Σεμινάριο Αυτοματισμού: Arduino, Hands On Training με τον ηλέκτρονικό μηχανικό Ροβινσών Ισμήρογλου.
Στόχος του σεμιναρίου ήταν να έρθουν οι σπουδαστές σε επαφή με τον κόσμο των μικρουπολογιστών. Το Arduino είνaι μια μικρογραφία των κυκλωμάτων και εργαλείων που υπάρχουν σε πολλά σύγχρονα μοντέλα αυτοκινήτων. Ο σπουδαστής αντιλαμβάνεται τον τρόπο σκέψης και την φιλοσοφία που λειτουργούν οι κατασκευαστές λογισμικού για αυτοκίνητα
Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων ήδη χρησιμοποιούν αισθητήρες απόστασης, ταχύτητας, θερμοκρασίας, υγρασίας και άλλους στα σύγχρονα αυτοκίνητα. Στο πλαίσιο της συνεχους εκπαίδευσης, οι σπουδαστές, εκτός από το hardware μαθαίνουν και τις βασικές γνώσεις προγραμματισμού και ανάπτυξης λογισμικού. Έτσι μπορούν να διαγνώσουν τυχόν προβλήματα σε επίπεδο software και να επέμβουν σε αυτό»
Επίσης έχουν τη δυνατότητα να προσθέσουν νέες δυνατότητες σε αυτοκίνητα. Από απομακρυσμένο έλεγχο air condition σε παλιότερα μοντέλα και custom αισθητήρες μέχρι και- γιατί όχι; – πλήρως αυτοματοποιημένα οχήματα. Είναι όπως η διαδικασία της μάθησης. Ξεκινάμε με γερές βάσεις και μετά αρχίζουμε και χτίζουμε πάνω σε αυτές. Η γνώση μας βοηθάει στο να κάνουμε πράξη τη φαντασία και δημιουργικότητά μας
Τι είναι το Arduino;
Το Arduino είναι μια πλακέτα «ανοικτού κώδικα», ένα μικρός υπολογιστής με τον οποίο μπορούμε να κατασκευάσουμε εφαρμογές ρομποτικής και συστήματα αυτοματισμού.
Τι σημαίνει «ανοιχτός κώδικας»;
Στην περίπτωση του Arduino σημαίνει ότι όλη η πληροφορία για τον τρόπο κατασκευής και προγραμματισμού του, η λογική και τα σχέδια δηλαδή πίσω από το hardware και το software είναι ελεύθερα και προσβάσιμα από κάθε ενδιαφερόμενο σε κάθε επίπεδο και είναι ανοιχτά για χρήση, μετατροπή ή βελτίωση.
Πως χρησιμοποιείται το Arduino και που;
Η πλακέτα Arduino είναι ένας μικρουπολογιστής με εισόδους και εξόδους. Ανάλογα με το πώς θα προγραμματιστεί μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε για να ελέγξουμε από το αυτόματο κλείσιμο μιας λάμπας φωτισμού στο σπίτι μας μέχρι εξελιγμένες ρομποτικές συσκευές.
Το Arduino δέχεται δεδομένα με τις εισόδους του που μπορεί να είναι από ένα πληκτρολόγιο, ένα τηλεκοντρόλ, αισθητήρες, κάμερες κ.α, τα επεξεργάζεται και δίνει εντολές μέσω των εξόδων του.
Έτσι με τη χρήση αυτού του μικρού εγκεφάλου μπορούμε να συνδέσουμε έναν αισθητήρα φωτός ως είσοδο, το Arduino να επεξεργάζεται την έντασή του και να δίνει εντολή στις λάμπες ενός σπιτιού να αυξομειώνουν αντίστοιχα την έντασή τους.
Γιατί είναι σημαντική η γνώση Arduino;
Το μικρό του μέγεθος και η προσιτή τιμή του το έχουν καθιερώσει ως μια εξαιρετική πλατφόρμα prototyping. Δηλαδή δημιουργίας πρωτότυπων μικροσυσκευών κατάλληλες για Εφαρμογές Ρομποτικής και αυτοματισμού.
Η ιστορία του Arduino
Το 2005 ένα σχέδιο κίνησε προκειμένου να φτιαχτεί μία συσκευή για τον έλεγχο προγραμμάτων διαδραστικών σχεδίων από μαθητές, η οποία θα ήταν πιο φθηνή από άλλα πρωτότυπα συστήματα διαθέσιμα εκείνη την περίοδο. Οι ιδρυτές Massimo Banzi και David Cueartielles ονόμασαν το σχέδιο από τον Αρντουίνο της Ιβρέας και ξεκίνησαν να παράγουν πλακέτες σε ένα μικρό εργοστάσιο στην Ιβρέα, κωμόπολη της επαρχίας Τορίνο στην περιοχή Πεδεμόντιο της βορειοδυτικής Ιταλίας – την ίδια περιοχή στην οποία στεγαζόταν η εταιρία υπολογιστών Olivetti.
Το σχέδιο Arduino είναι μία διακλάδωση της πλατφόρμας Wiring για λογισμικό ανοικτού κώδικα και προγραμματίζεται χρησιμοποιώντας μια γλώσσα βασισμένη στο Wiring (σύνταξη και βιβλιοθήκες), παρόμοια με την C++ με απλοποιήσεις και αλλαγές, καθώς και ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης (IDE).
Τo Hardware του Arduino
Μία πλακέτα Arduino αποτελείται από ένα μικροελεγκτή Atmel AVR (ATmega328 και ATmega168 στις νεότερες εκδόσεις, ATmega8 στις παλαιότερες) και συμπληρωματικά εξαρτήματα για την διευκόλυνση του χρήστη στον προγραμματισμό και την ενσωμάτωσή του σε άλλα κυκλώματα. Όλες οι πλακέτες περιλαμβάνουν ένα γραμμικό ρυθμιστή τάσης 5V και έναν κρυσταλλικό ταλαντωτή 16MHz (ή κεραμικό αντηχητή σε κάποιες παραλλαγές). Ο μικροελεγκτής είναι από κατασκευής προγραμματισμένος με ένα bootloader, έτσι ώστε να μην χρειάζεται εξωτερικός προγραμματιστής.
Σε εννοιολογικό επίπεδο, στην χρήση του Arduino software stack, όλα τα boards προγραμματίζονται με μία RS-232 σειριακή σύνδεση, αλλά ο τρόπος που επιτυγχάνεται αυτό διαφέρει σε κάθε hardware εκδοχή. Οι σειριακές πλάκες Arduino περιέχουν ένα απλό level shifter κύκλωμα για την μετατροπή του σήματος επιπέδου RS-232 σε TTL. Τα σημερινά Arduino προγραμματίζονται μέσω USB· αυτό καθίσταται δυνατό μέσω της εφαρμογής προσαρμογέων chip USB-to-Serial όπως το FTDI FT232. Κάποιες παραλλαγές, όπως το Arduino mini και το ανεπίσημο Boarduino, χρησιμοποιούν ένα αφαιρούμενο USB-to-Serial καλώδιο ή board, Bluetooth ή άλλες μεθόδους. (Όταν χρησιμοποιείται με παραδοσιακά εργαλεία microcontroller αντί για το Arduino IDE, χρησιμοποιείται πρότυπος προγραμματισμός AVR ISP).
Ο πίνακας Arduino εκθέτει τα περισσότερα microcontroller I/Ο pins για χρήση από άλλα κυκλώματα. Τα Diecimila, Duemilanove και το τρέχον Uno παρέχουν 14 ψηφιακά I/Ο pins, έξι από τα οποία μπορούν να παράγουν pulse-width διαμορφωμένα σήματα, και έξι αναλογικά δεδομένα. Αυτά τα pins βρίσκονται στην κορυφή του πίνακα μέσω female headers 0.1 ιντσών (2,2mm). Διάφορες εφαρμογές ασπίδων plug-in είναι εμπορικώς διαθέσιμες.
Το Arduino nano και το Arduino-Compatible Bare Bones Board και Boarduino Board ενδέχεται να παρέχουν male header pins στο κάτω μέρος του board προκειμένου να συνδέονται σε Breadboards. Υπάρχουν πολλά boards συμβατά με και προερχόμενα από Arduino boards. Κάποια είναι λειτουργικά ισάξια με ένα Arduino και μπορεί να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά. Πολλοί είναι το βασικό Arduino με την προσθήκη καινοτόμων output drivers, συχνά για την χρήση σχολικής μόρφωσης για να απλοποιήσουν την κατασκευή buggies και μικρών robot. Άλλες είναι ηλεκτρικά ισάξιες αλλά αλλάζουν τον παράγοντα μορφής, επιτρέποντας κάποιες φορές την συνεχόμενη χρήση των Shields ενώ κάποιες όχι. Κάποιες παραλλαγές είναι τελείως διαφορετικοί επεξεργαστές, με ποικίλα επίπεδα συμβατότητας.
Το Software του Arduino
Το ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης (IDE) του Arduino είναι μία εφαρμογή γραμμένη σε Java, που λειτουργεί σε πολλές πλατφόρμες και προέρχεται από το IDE για τη γλώσσα προγραμματισμού Processing και το σχέδιο Wiring. Έχει σχεδιαστεί για να εισαγάγει στον προγραμματισμό τους καλλιτέχνες και τους νέους που δεν είναι εξοικειωμένοι με την ανάπτυξη λογισμικού. Περιλαμβάνει ένα πρόγραμμα επεξεργασίας κώδικα με χαρακτηριστικά όπως είναι η επισήμανση σύνταξης και ο συνδυασμός αγκύλων και είναι επίσης σε θέση να μεταγλωττίζει και να φορτώνει προγράμματα στην πλακέτα με ένα μόνο κλικ. Δεν υπάρχει συνήθως καμία ανάγκη να επεξεργαστείτε αρχεία make ή να τρέξετε προγράμματα σε ένα περιβάλλον γραμμής εντολών. Ένα πρόγραμμα ή κώδικας που γράφτηκε για Arduino ονομάζεται σκίτσο (sketch).
Τα Arduino προγράμματα είναι γραμμένα σε C ή C++. Το Arduino IDE έρχεται με μια βιβλιοθήκη λογισμικού που ονομάζεται “Wiring”, από το πρωτότυπο σχέδιο Wiring, γεγονός που καθιστά πολλές κοινές λειτουργίες εισόδου/εξόδου πολύ πιο εύκολες. Οι χρήστες πρέπει μόνο να ορίσουν δύο λειτουργίες για να κάνουν ένα πρόγραμμα κυκλικής εκτέλεσης:
-setup():μία συνάρτηση που τρέχει μία φορά στην αρχή του προγράμματος η οποία αρχικοποιεί τις ρυθμίσεις
-loop():μία συνάρτηση που καλείται συνέχεια μέχρι η πλακέτα να απενεργοποιηθεί
Είναι ένα χαρακτηριστικό των περισσότερων πλακετών Arduino ότι έχουν ένα LED και μία αντίσταση φορτίου που συνδέονται μεταξύ του pin 13 και του εδάφους, ένα βολικό χαρακτηριστικό για πολλά απλά τεστ. Ο προηγούμενος κώδικας δεν θα αναγνωριστεί από ένα κανονικό μεταγλωττιστή C + + ως έγκυρο πρόγραμμα, έτσι ώστε όταν ο χρήστης κάνει κλικ στο κουμπί “Upload to I / Ο board” στο IDE, ένα αντίγραφο του κώδικα θα γραφτεί σε ένα προσωρινό αρχείο με ένα παραπάνω include στην κορυφή και μία πολύ απλή συνάρτηση main() στο τέλος, για να φτιάξει ένα έγκυρο C++ πρόγραμμα.
Το IDE του Arduino χρησιμοποιεί το GNU toolchain και το AVR Libc για να μεταγλωττίζει προγράμματα και το avrdude για να φορτώνει προγράμματα στην πλακέτα.
Δεδομένου ότι η πλατφόρμα Arduino χρησιμοποιεί Atmel μικροελεγκτές, το περιβάλλον ανάπτυξης της Atmel, το AVR Studio ή το νεότερη έκδοση του Atmel Studio, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη λογισμικού για το Arduino.
