Докладчик: Яркоев Константин Евгеньевич. Яркоев Константин Евгеньевич2 Содержание Микроконтроллеры Введение. - презентация

1 Докладчик: Яркоев Константин Евгеньевич

2 Яркоев Константин Евгеньевич2 Содержание Микроконтроллеры Введение в Arduino Основы на пальцах Hello, world! Проект велосипедной спецодежды

3 Яркоев Константин Евгеньевич3 Виды компьютеров Суперкомпьютеры Мейнфреймы Серверы Персональные компьютеры Микроконтроллеры

4 Яркоев Константин Евгеньевич4 Области использования МК Промышленность Медицина Транспорт Робототехника Бытовая техника, умный дом Игрушки

5 Яркоев Константин Евгеньевич5 Параметры МК Наличие/отсутствие –ОЗУ, ПЗУ –возможности перепрошивки –встроенного генератора тактовой частоты –сторожевого таймера –периферии Архитектура: 8, 16, 32 бит Различная частота процессора Специального назначения

6 Яркоев Константин Евгеньевич6 Содержание Микроконтроллеры Введение в Arduino –Платформа Arduino –Популярность платформы –Основные платы –Платы расширения –Плата Arduino Uno –Среда разработки Основы на пальцах Hello, world! Проект велосипедной спецодежды

7 Яркоев Константин Евгеньевич7 Платформа Arduino Электронный конструктор и удобная платформа быстрой разработки электронных устройств для новичков и профессионалов –Среда разработки –Платы

8 Яркоев Константин Евгеньевич8 Популярность платформы Низкий порог входа в мир МК Разнообразие плат. Две версии носимых плат: LilyPad и Seeeduino Film Кроссплатформенность среды разработки. Переносимость кода для разных плат Arduino. Отсутствие необходимости в программаторе –почти все платы имеют USB разъем Отсутствие необходимости в пайке –схемы собираются на беспаячной макетной плате. Open Source САПР системы для создания схем с платами Arduino –кросплатформенные –бесплатные Язык программирования C/C++

9 Яркоев Константин Евгеньевич9 Основные платы Uno –базовая платформа Arduino –14 цифровых входов/выходов (из них 6 ШИМ) –6 аналоговых входов –1 последовательный порт UART –программируется через USB с токовой защитой –дополняется платами расширения Mega2560 –54 цифровых входа/выхода (из них 14 ШИМ) –16 аналоговых входов –4 последовательных порта UART –дополняется платами расширения –программируется через USB Nano –14 цифровых входов/выходов (6 могут использоваться как выходы ШИМ) –8 аналоговых входов –программируется через Mini-USB

10 Яркоев Константин Евгеньевич10 Платы расширения GSM+GPS GSM+GPS LED LCD Bluetooth Ethernet xBee

11 Яркоев Константин Евгеньевич11 Плата Arduino Uno КНОПКА ПЕРЕЗАГРУЗКИ РАЗЪЕМ USB 5В РАЗЪЕМ ПИТАНИЯ 7-12В ЦЕНТР + ЦИФРОВЫЕ ВЫВОДЫ (ШИМ ~) АНАЛОГОВЫЕ ВХОДЫ ЗЕМЛЯ ВХОД + ВЫХОД 5В + ВЫХОД 3.3В + МК ATmega328 КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР 16 МГц СВЕТОДИОД НА ВЫВОДЕ 13 ЗЕМЛЯ

12 Яркоев Константин Евгеньевич12 Среда разработки Выбор платы Выбор COM-порта Прошивка

13 Яркоев Константин Евгеньевич13 Содержание Микроконтроллеры Введение в Arduino Основы на пальцах –Ток, напряжение, сопротивление –Резистор –Конденсатор –Катушка индуктивности –Диод –Транзистор –Ноль и единица Hello, world! Проект велосипедной спецодежды

14 Яркоев Константин Евгеньевич14 Ток, напряжение, сопротивление Высота жидкости подобна напряжению Чем больше разность уровней, тем больше энергия Другое название напряжения – разность потенциалов Чем больше разность уровней тем быстрее и сильнее поток Поток, стремящийся сверху вниз Полезная нагрузка Нулевой уровень, зона нулевого потенциала, земля Источник Трение жидкости о стенки трубы, а также выполнение какой-либо работы, обеспечивают сопротивление Чем сильней сопротивление тем медленней поток При большом сопротивлении можно увеличить поток, подняв давление – разность потенциалов

15 Яркоев Константин Евгеньевич15 Закон Ома Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи I = U / R U – величина напряжения в вольтах R – сумма всех сопротивлений в омах I – протекающий по цепи ток в амперах

16 Яркоев Константин Евгеньевич16 Закон Кирхгофа

17 Яркоев Константин Евгеньевич17 Закон Ома на практике Точка с высшим потенциалом. Обычно это плюс питания Точка с нулевым потенциалом. Обычно это минус питания Rсумм = R1 + R2 = 2 Ом Распределение напряжения в зависимости от сопротивления:

18 Яркоев Константин Евгеньевич18 Резистор

19 Яркоев Константин Евгеньевич19 Конденсатор Сейчас конденсатор заряжается от источника Но если переключить рубильник на другую цепь, то произойдет разряд конденсатора на резистор

20 Яркоев Константин Евгеньевич20 Катушка индуктивности

21 Яркоев Константин Евгеньевич21 Диод

22 Яркоев Константин Евгеньевич22 Транзистор Транзистор подобен вентилю, где крошечная сила может управлять могучим потоком энергии, в сотни раз превышающим управляющий Транзистор позволяет слабым сигналом, например с ноги микроконтроллера, управлять мощной нагрузкой типа двигателя или лампочки. Если не хватит усиления одного транзистора, то их можно соединять каскадами

23 Яркоев Константин Евгеньевич23 Понятие нуля и единицы

24 Яркоев Константин Евгеньевич24 Подтяжка выводов до нужного напряжения

25 Яркоев Константин Евгеньевич25 Содержание Микроконтроллеры Введение в Arduino Основы на пальцах Hello, world! –План полета –Предполетная подготовка –Полет –Разбор полета Проект велосипедной спецодежды

26 Яркоев Константин Евгеньевич26 Hello, world! План полета –Предложить схему для мигания светодиодом –Написать программу, которая мигает светодиодом –Скомпилировать программу –Загрузить программу в Arduino –Программа выполняется = светодиод мигает

27 Яркоев Константин Евгеньевич27 Предполетная подготовка Проверить наличие Arduino-совместимой платы и USB-кабеля (Опционально) Проверить наличие макетной платы, соединительных проводов, диода и резистора на Ом

28 Яркоев Константин Евгеньевич28 Предполетная подготовка Принципиальная схема

29 Яркоев Константин Евгеньевич29 Предполетная подготовка Макетная плата

30 Яркоев Константин Евгеньевич30 Полет

31 Яркоев Константин Евгеньевич31 Разбор полета (1) Имя функции Тип возвращаемого значения, либо void, если ничего не возвращаем Параметры функции и их тип Объявление переменной типа int Инициализация переменной значением Прекращение выполнения функции и возврат значения типа int Оператор присваивания

32 Яркоев Константин Евгеньевич32 Разбор полета (2) Характеристики диода: Тип корпуса Угол рассеивания, градусы Типовой (рабочий) ток, А Падение (рабочее) напряжения, В Цвет свечения (длина волны), нм Пример:

33 Яркоев Константин Евгеньевич33 Разбор полета (3) Недостаток программы: если мы захотим поменять вывод 13 на другой, мы должны внести исправления в нескольких местах. Решение: введем глобальную переменную, хранящую номер вывода

34 Яркоев Константин Евгеньевич34 Разбор полета (4) Недостаток программы: слишком много дублированного кода внутри цикла Решение: введем глобальную переменную, хранящую текущее значение напряжения

35 Яркоев Константин Евгеньевич35 Разбор полета (5) Недостаток программы: delay(1000) означает, что процессор МК простаивает 1 секунду и мы не можем обрабатывать датчики/делать вычисления. Фактически, мы замедлили его работу до частоты 1 Гц вместо 16 МГц. Если сработает датчик, то мы сможем отследить его через 1 сек вместо 1/ сек., либо вообще не сможем отследить событие

36 Яркоев Константин Евгеньевич36 Содержание Микроконтроллеры Введение в Arduino Основы на пальцах Hello, world! Проект велосипедной спецодежды

37 Яркоев Константин Евгеньевич37 Велосипедная спецодежда

38 Яркоев Константин Евгеньевич38 Материалы (1) 1.Токопроводящая нить 2.Arduino Lilypad 3.Пакет светодиодов для поворотников 4.Пакет светодиодов для стоп сигнала 5.Переходник USB-RS232 6.Блок питания 7.Акселерометр

39 Яркоев Константин Евгеньевич39 Материалы (2) 8.Кнопки 9.Иголка 10.Ножницы 11.Мел или мыло для выкройки 12.Куртка

40 Яркоев Константин Евгеньевич40 Дребезг кнопки U t логическая 1 логический 0 логическая 1 Кнопка нажатаКнопка отпущена

41 Яркоев Константин Евгеньевич41 Самый простой способ решения проблемы 1.определить замыкание ключа 2.подождать миллисекунд 3.если ключ до сих пор замкнут, то замыкание действительно имеет место; иначе – игнорировать его

42 Яркоев Константин Евгеньевич42 Алгоритм работы программы Цикл: Опрашиваем левую и правую кнопки с помощью адаптивного алгоритма определения дребезга кнопки Если нажата –левая кнопка и состояние ВЫКЛЮЧЕНЫ, то перейти в состояние ЛЕВЫЙ –левая кнопка и состояние ЛЕВЫЙ, то перейти в состояние ВЫКЛЮЧЕНЫ –левая кнопка и состояние ПРАВЫЙ, то перейти в состояние ЛЕВЫЙ –правая кнопка и состояние ВЫКЛЮЧЕНЫ, то перейти в состояние ПРАВЫЙ –правая кнопка и состояние ПРАВЫЙ, то перейти в состояние ВЫКЛЮЧЕНЫ –правая кнопка и состояние ЛЕВЫЙ, то перейти в состояние ПРАВЫЙ Помигать левым или правым поворотником (или не мигать) в зависимости от текущего состояния Опрашиваем датчик ускорения Если значение ускорение выше (ниже) порогового, то включить стоп- сигнал. Иначе выключить

43 Яркоев Константин Евгеньевич43 Программа, управляющая миганием поворотников: if ( leftSwitch.stateChanged ) { if ( leftSwitch.lastState == LOW) { turnSignal.clickLeft(); } } if ( rightSwitch.stateChanged ) { if ( rightSwitch.lastState == LOW) {turnSignal.clickRight(); } } Программа, управляющая включением стоп-сигнала: int sensorValue = analogRead(sensorPin); if( sensorValue < 300 ) { digitalWrite(ledStop, HIGH); } else {digitalWrite(ledStop, LOW);} }

44 Яркоев Константин Евгеньевич44 Тестирование прототипа Прототипирование в FritzingПринципиальная схема с потенциометром вместо акселерометра Тестирование на макетной плате в классе

45 Яркоев Константин Евгеньевич45 Пошив Нужно выбирать материал достаточной толщины, т.к. нитка достаточно толстая Следует шить так, чтобы стежки не были видны снаружи Необходимо минимизировать длину ниток После шитья нужно покрыть швы лаком для предотвращения окисления и короткого замыкания

46 Яркоев Константин Евгеньевич46 Статистика Потрачено –10 метров нитки –40 человеко-часов работы непрофессионала –4400 рублей, из них Товар (услуга)Стоимость, руб. Электроника2000 Нитка900 Доставка из США600 Куртка900

47 Яркоев Константин Евгеньевич47 Будущее проекта В дальнейшем мы хотим развить наш проект, применив: гибкую плату Seeeduino Film для более комфортного ношения датчик света для автоматического включения светодиодов белого цвета в мерцающем режиме в темное время суток беспроводные технологии для разработки нового комплекса, состоящего из следующих устройств –модуля управляющей логики на руле –блока поворотников со стоп-сигналом.

48 Яркоев Константин Евгеньевич48 Заключение Платформа постоянно развивается С Ардуино многие вещи становятся простыми Ардуино можно и нужно изучать в школе Не хочешь покупать? Сделай сам!

49 Яркоев Константин Евгеньевич49 Список использованных источников информации Болл Стюарт Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров – М.: Издательский дом Додэка-XXI, – с

50 Яркоев Константин Евгеньевич50 Спасибо за внимание! Эту презентацию можно скачать здесь: – Скоро: проект велосипедной одежды с инструкцией и исходным кодом –