Состоит, соответственно, из двух основных частей:

• 
  Аппаратная часть (англ. hardware) – устройство сбора и обработки информации, например компьютер, плата видеозахвата, биометрический детектор, калибратор т. д.
  
• 
  Программная часть (англ. software) – специализированное программное обеспечение (как правило, написанное компанией-производителем аппаратной части), обрабатывающее и интерпретирующее данные, собранные аппаратной частью. Например: встроенное программное обеспечение, операционная система. Это платформа построена на печатной плате с интегрированной средой для написания программного обеспечения. В основе аппаратной части лежит микроконтроллер семейства ATmega и минимально необходимая для работы обвязка (рисунок 2). Arduino может принимать цифровые и аналоговые сигналы с различных устройств и имеет возможность управления различными исполнительными модулями.
  

Как подключить Arduino к компьютеру?

Arduino Uno и Nano подключаются к компьютеру по USB. При этом нет аппаратной поддержки USB порта, здесь применено схемное решение преобразования уровней, обычно называемое USB-to-Serial или USB-UART (rs-232). При этом в микроконтроллер прошит специальный Arduino загрузчик, который позволяет прошиваться по этим шинам. На рис.3. представлена изображение платы Аrduino с расшифровкой функции каждого вывода.



Рис.3. Изображение платы Arduino и расшифровка функций каждого

вывода, Arduino UNO pinout
Контрольные вопросы:

1. 
   1. Что такое Arduino?
   
2. 
   2. Программно - аппаратный комплекс ?
   

1. 
   3. Что такое аппаратная часть ?
   
2. 
   4. Что такое программная часть ?
   

Все соединения можно сделать с помощью таких клемм

(Dupont), они бывают как с двух сторон с гнездами, так и со штекерами, так и

с одной стороны гнездо, а с другой штекер(см.рис.4).



Рис4. Клеммы соединения (Dupont)

---

Что такое беспаечная макетная плата (Breadbord)?

Плата(Макетная плата), на которой можно собрать макет устройства без использования паяльника. Она бывает разных размеров и модели несколько отличаются по компоновке, но принцип действия и внутреннее их устройство одинаковы. Макетная плата состоит из корпуса из ABS пластика, в котором расположены разъёмные соединения, которые напоминают сдвоенные металлические шины между которыми зажимается проводник. На лицевой части корпуса отверстия, пронумерованные и промаркированные, в них можно вставлять провода, ножки микросхема, транзисторов и других радиодеталей в корпусах с выводами(см.рис5).

м

Рис,5. Макетная плата
На рассмотренной печатной плате крайние два столбца отверстий с каждой из сторон объединили вертикально общими шинами, из которых обычно формируют шину плюсового контакта(красная) источника питания и минусовую (общую шину, синяя, (см.рис.6).




Рис,6. Макетная плата при сборке.

Электробезопасность

Макетирование устройств работающих от 220в ЗАПРЕЩЕНО категорически. Хоть и выводы закрыты пластиковой панелью, но куча проводников и перемычек могут привести к случайному замыканию или поражению электрическим током.
Подключение мощных потребителей

Так как микроконтроллер может только УПРАВЛЯТЬ работой устройств, вы не можете подключить мощный потребитель к её порту. Примеры таких потребителей:

• 
  Реле;
  
• 
  Соленоиды;
  
• 
  Электродвигатели;
  
• 
  Сервоприводы.
  

Подключение сервопривода

Рассмотрим для примера подключения из мощных потребителей сервопривода. Основная задача сервопривода - это задать положение ротора подключенного к исполнительным механизмам

---

, контролировать и изменять его с помощью малых усилий. То есть, вы, с помощью потенциометра, если сервопривод рассчитан на вращение в пределах половины оборота (180 градусов) или с помощью энкодера, если необходимо круговое вращение (360 градусов) можете управлять положением вала сервопривода (электродвигателя в нашем случае) произвольной мощности.

Многие любители робототехники используют ардуину в качестве основы своих роботов. Здесь сервоприводы нашли отличное применение. Их используют в качестве привода поворотных механизмов для камер, датчиков

и механических рук. Радиомоделисты используют для привода поворота колес в моделях автомобилей. В промышленности используют большие приводы в ЧПУ станках и прочей автоматизации.

Схема подключения.


Скетч

#include <Servo.h>

#define pot A1

int potval;

Servo ser;

Void setup() {

Serial.begin(9600);

ser.attach(9);

ser.write(90);

}
Void loop(() {

ser.write(map(analogRead(pot), 0 , 1024, 0, 180));

Serial.println(analogRead(pot));

}

Подведение итогов темы и ответы на вопросы студентов (5минут).

Контрольные вопросы:

1. Что такое Ардуино?

2. Что такое Аппаратная часть?

3. Что такое Программная часть?

4. Что такое Аппаратно-программный комплекс ?

5. Как подключить Arduino к компьютеру?

6. Что такое соединительные клеммы Dupont?

7. Что такое макетная плата?

8. Что такое Электробезопасность?
Тема№4. Микроконтроллер

Тип и форма: Ознакомления с новым материалом (лекция, практическое занятия).

Основные понятия, рассматриваемые на занятии:

• 
  Интегральная схема;
  
• 
  Контроллер;
  
• 
  Компоненты микроконтроллера;
  
• 
  Микроконтроллер и платформа Arduino.
  

Основной управляющей схемой, «мозгом» создаваемого робота является микроконтроллер.

Микроконтроллер – это компьютер на одной микросхеме. Он предназначен для управления различными электронными устройствами. Микроконтроллеры можно встретить во многих современных приборах

---

, таких, как телефоны, стиральные машины и т. п. На рис.7. приведен Однокристальный микроЭВМ.

Внутри такой микросхемы реализованы такие компоненты, как :

• 
  арифметико-логическое устройство;
  
• 
  система управления;
  
• 
  FLASH-память;
  
• 
  счетчики, таймеры и прочие схемы;
  
• 
  порты для связи с внешними устройствами;
  
• 
  и многое другое.
  

Рис.7. Однокристальная микроЭВМ

Микроконтроллер - это самый настоящий маленький компьютер. Внутри микроконтроллера есть процессор и периферийные устройства: FLASH-память, таймеры, интерфейсы для связи с внешними устройствами и множество других полезных схем. На нём удобно учиться программировать и изучать устройство компьютера.

---

Входы и выходы микроконтроллера

У робота есть органы для взаимодействия с окружающей средой. Органы, которые получают информацию из окружающей среды, называются рецепторами илидатчиками, например, фототранзистор, микрофон, контактный датчик (кнопка). А органы, которые воздействуют на окружающую среду – эффекторы:двигатели, динамики, светодиоды и прочие (см.рис.8.).

У микроконтроллера есть некоторое количество входов и выходов. К входам мы можем присоединить рецепторы, а к выходам эффекторы. Микроконтроллер может обрабатывать информацию с входов и создавать электрические сигналы на выходах в соответствии с тем, как мы запрограммируем поведение робота(см.рис.9.).

Для создания подобного робота предстоит:

• 
  Изучить основы архитектуры микроконтроллеров и микроЭВМ
  
• 
  Изготовить контроллер робота
  
• 
  Научиться азам программирования на языке Си (для этого предстоит выполнить ряд лабораторных работ по программированию)
  
• 
  Изготовить ходовую часть робота, датчики и т.п.
  

 


Рис.8. Необходимые роботу эффекторы и рецепторы



Рис.9. Робот, управляемый микроконтроллером и решающий задачу движения по полосе.
На таблице №4 приведены часто встречаемые электронные компоненты, которые позволяют студенту их идентифицировать и возможно понять принцип их действия

 

Таблица №4
Электронные компоненты Arduino
Наименование компонента	Назначение	Примечание
LED (светодиод)	Излучает свет, если пропустить через него небольшой ток. Важно: через светодиод только в одном направлении. Вид: Похож на небольшую лампочку.	Число выводов: 2 более длинный вывод (анод) подключается к положительному потенциалу. Важно: Работает только при правильном включении. Потребуется резистор для ограничения силы тока.
Диод	Ток через диод может течь только в одну сторону. Вид: Обычно цилиндрической формы с выводами на противоположных торонах.	Число выводов: 2 Важно: Пропускает ток только в одном направлении
Резистор	Ограничивает силу тока, протекающего в цепи. Вид: Обычно цилиндрической формы с выводами на противоположных сторонах.	Число выводов: 2 Важно: не перепутать номинал.
Транзистор	Используется для коммутации или усиления сигналов. Вид: Выпускается в разнообразных корпусах. Название обычно наносится на корпус.	Число выводов: 3 Важно: Не путать выводы. Требуется резистор для ограничения силы тока.
Сервопривод	Преобразует электрические импульсы в угол поворота оси. Вид: Пластиковая коробочка с тремя проводками и металлической осью с кронштейном.	Число выводов: 3 Важно: Правильное подключение.
Коллекторный Двиг.	Коллекторный Двигатеель в Вращается, когда через него протекает электрический ток. Вид: Выглядит как мотор. Обычно цилиндрической формы с осью посередине.	Число выводов: 2 Важно: Используйте транзистор или реле соответствующей мощности для подключения двигателя.
Пьезоэлемент	Импульс тока преобразуется в щелчок. Последовательность импульсов преобразуется в музыкальный тон. Вид: В этом наборе он выглядит как черный бочонок. Иногда может выглядеть как золотой диск.	Число выводов: 2 Важно: Трудно подключить неправильно.
Интегральная схема	Содержит в себе электронику любой сложности. Вид: Название компонента обычно нанесено на корпус (часто для того чтобы прочитать требуется увеличительное стекло или хорошее освещение).	Число выводов: от двух до нескольких сотен. В этом наборе TMP36 имеет 3 вывода и 74HC595 имеет 16 выводов. Важно: Не перепутать ориентацию микросхемы.
Кнопка	Замыкает контакты при нажатии. Вид: Маленький квадратик с выводами внизу и кнопкой наверху.	Число выводов: 4 Важно: Практически квадратная, можно внизу и кнопкой наверху. вставить с поворотом на 90 градусов.
Потенциометр	Резистор с номиналом, величина 3 которого зависит от угла поворота оси. Вид: Выпускается в разнообразных корпусах	Число выводов: 3 Важно: Может иметь линейную или логарифмическую шкалу
Фоторезистор	Резистор с номиналом, величина которого зависит от интенсивности падающего на него света. Вид: бычно выглядит как небольшой диск с прозрачным покрытием и зигзагообразным проводником под ним.	Число выводов: 2 Важно: Чтобы получить полезный сигнал, необходимо использовать фоторезистор как часть делителя напряжения

---

Смотрите также файлы

• русский.doc

• .docx

• Жылуэнергетиканы растырушы материалдары.docx

• Практических заданий по дисциплине бюджетная система российской федерации.docx

• Курсовая работа по дисциплине выполнил(а) студент(ка) Группа Научный.docx