что такое uart ардуино
UART и с чем его едят
После Vogue истерии появилось множество вопросов, как подключить плату к компьютеру. И многие люди даже не понимают, что же такое UART. И я решил рассказать здесь какой это мощный инструмент.
Роутер превращается в компьютер, если к нему по UART подключить клавиатуру и дисплей
От телеграфа к COM-порту
Протокол UART (Universal asynchronous receiver/transmitter) или, по-русски, УАПП (универсальный асинхронный приемопередатчик) — старейший и самый распространенный на сегодняшний день физический протокол передачи данных. Наиболее известен из семейства UART протокол RS-232 (в народе – COM-порт, тот самый который стоит у тебя в компе). Это, наверное, самый древний компьютерный интерфейс. Он дожил до наших дней и не потерял своей актуальности.
Надо сказать, что изначально интерфейс УАПП появился в США как средство для передачи телеграфных сообщений, и рабочих бит там было пять (как в азбуке Морзе). Для передачи использовались механические устройства. Потом появились компьютеры, и коды ASCII, которые потребовали семь бит. В начале 60-х на смену пришла всем известная 8-битная таблица ASCII, и тогда формат передачи стал занимать полноценный байт, плюс управляющие три бита.
В 1971 году, когда уже начался бум микросхем, Гордон Белл для компьютеров PDP фирмы Western Digital сделал микросхему UART WD1402A. Примерно в начале 80-х фирмой National Semiconductor был создан чип 8520. В 90-е был придуман буфер к интерфейсу, что позволило передавать данные на более высоких скоростях. Этот интерфейс, не претерпев практически никаких изменений, дошел и до наших дней
Физика интерфейса
Чтобы понять, что роднит и отличает разные UART-интерфейсы, разберем принцип работы самого популярного и любимого нами протокола RS-232. Дотошно расписывать все тонкости его работы я не буду. Об этом написан ни один десяток мегабайт статей, и если ты умеешь пользоваться Гуглом, то без проблем найдешь всю необходимую информацию. Но основы я расскажу, благо с ними можно уже круто всем рулить, а всякие фишки используются очень редко.
Приём сигнала по RS-232 (взято из книги М.Гук «Аппаратные интерфейсы ПК»)
Такая большая амплитуда рабочих напряжений, целых 24 вольта, нужна в первую очередь для помехоустойчивости линий связи. По стандарту, длина кабеля, по которому у нас бегают данные, может быть 15 м. Хотя на практике люди умудрялись заставлять его работать даже на 25 м. Электрические параметры RS-232 – это главная характеристика, которая отличает его от других протоколов семейства UART.
Следующие характеристики – формат посылки и скорость передачи данных – полностью применимы ко всем видам UART и обеспечивают их совместимость через несложные схемы сопряжения.
Сигнал UART на экране осциллографа. Виден старт бит, данные и стоповый бит. Спасибо DIHALTза картинку
Скорость работы
Даже если тебе раньше никогда не приходилось работать с СОМ-портом, по крайней мере, в модеме ты должен знать номинальные скорости работы: 9600, 28800, 33600, 56000 и т.п. Сколько бит в секунду убегает из нашего порта? Вот смотри, допустим, скорость у нас 9600 бит в секунду. Это означает, что передача одного бита будет занимать 1/9600 секунды, а пересылка байта – 11/9600. И такая скорость для байта верна только в случае, если стоп-бит будет занимать один бит. В случае, если он занимает два стоп-бита, то передача будет 12/9600. Это связано с тем, что вместе с битами данных передаются еще специальные биты: старт, стоп и бит четности. Линейка скоростей СОМ-порта стандартизирована. Как правило, все устройства работают на трех стандартных скоростях: 9600, 19200, 115200. Но возможны другие варианты, даже использование нестандартных скоростей или скорости, меняющейся во времени, – с этим я сталкивался при разборе полетов очередного устройства.
Такой разный протокол
Видов UART существует великое множество. Я не буду перечислять их наименования, ибо, если ты владеешь английским, то сумеешь и сам нагуглить. Но самые основные не отметить нельзя! Напомню, что главное отличие интерфейсов состоит в среде и способе передаче данных. Данные могут передаваться даже по оптоволокну.
Второй по распространению интерфейс после RS-232 – это RS-485. Он является промышленным стандартом, и передача в нем осуществляется по витой паре, что дает ему неплохую помехоустойчивость и повышенную скорость передачи до 4 мегабит в секунду. Длина провода тут может достигать 1 км. Как правило, он используется на заводах для управления разными станками.
Надо сказать, что IRDA, или инфракрасная связь, которая встроена в большинство телефонов и КПК, тоже по сути является UARTом. Только данные передаются не по проводам, а с помощью инфракрасного излучения.
В SMART-картах (SIM, спутниковое телевиденье, банковские карты) – тех самых устройствах, которые мечтает похачить каждый уважающий себя фрикер – тоже используется наш любимый UART. Правда, там полудуплексная передача данных, и логика работы может быть 1,8/3,3 и 5 вольт. Выглядит так, будто RX запаян с TX на одном конце и на другом – в результате, один передает, другой в этот момент слушает, и наоборот. Это регламентировано стандартом смарт-карт. Так мы точно знаем, сколько байт пошлем, и сколько нам ответит карточка. Тема достойна отдельной статьи. В общем, запомни, что UART есть практически везде.
Устройства, которые имеют на своём борту UART, по часовой стрелке: мышка, ридер-эмулятор SMART-карт, КПК Palm m105, отладочная плата для микроконтроллера ATtiny2313 (или AT89C2051), модем.
Сопряжение интерфейсов
Я уже глаза намозолил разными интерфейсами, но как с ними работать-то? Ну, с обычным RS-232 понятно, а, допустим, с 5-вольтовым юартом как быть? Все просто: существуют различные готовые микросхемы-преобразователи. Как правило, в маркировке они содержат цифры «232». Увидел в схеме микруху с этими цифирями – будь уверен: скорее всего, это преобразователь. Через такие микросхемы с небольшим обвязом и сопрягаются все интерфейсы UART. Я не буду рассказывать о промышленных интерфейсах, а скажу о тех преобразователях, которые интересуют нас в первую очередь.
Самый известный преобразователь интерфейса – это микросхема, разработанная фирмой MAXIM, которая и получила от нее часть своего названия (max232). Для ее работы требуется четыре конденсатора от 0,1 микрофарады до 4 микрофарад и питание 5 вольт. Удивительно, что эта микросхема из 5 вольт генерирует отрицательное напряжение, чтобы сопрягать 5-вольтовый UART с RS-232.
Существуют микросхемы сопряжения USB с UART, например, микросхема ft232rl. В Ubuntu для этой микросхемы уже встроены драйвера. Для Windows их придется качать с официального сайта. После установки драйверов в системе появится виртуальный СОМ-порт, и с ним уже можно рулить различными устройствами. Советую не принимать эти микросхемы, как единственно возможные. Найдется громадное количество более дешевых и интересных аналогов, посему наседай на Гугл и поймешь, что мир UARTа – это круто.
В целом, микросхемы стоят достаточно дорого и порой можно обойтись более сложными, но зато более дешевыми схемами на паре транзисторов.
Что нам это дает?
Как ты понял, интерфейс UART присутствует во многих устройствах, в которых стоит какой-либо процессор или контроллер. Я даже больше скажу: если там стоит контроллер, то юарт есть стопудово (только он не всегда может использоваться). Как правило, по этому интерфейсу идет наладка и проверка работоспособности девайса. Зачастую производитель умалчивает о наличии этого интерфейса в изделии, но найти его несложно: достаточно скачать мануал на процессор и, где находится юарт, ты будешь знать. После того, как ты получишь физический доступ к железяке по нашему интерфейсу, можно его настроить на свое усмотрение или даже заставить работать, так как надо тебе, а не как задумал производитель. В общем, – выжать максимум возможностей из скромного девайса. Знание этого протокола дает также возможность подслушать, что же творится в линиях обмена между различными процессорами, так как часто производители организуют целые юарт-сети в своем устройстве. В общем, применений много, главное – интуитивно понимать, как это делать.
Апдейтим роутер
Намедни я намутил себе WiFi-роутер WL-520GU и, прочитав статью Step’a «Level-up для точки доступа» (][ #106), успешно установил туда Linux. Но у меня возникли проблемы с монтированием swap-раздела жесткого диска. Так появилась необходимость посмотреть лог загрузки точки доступа – подмонтировался раздел или нет – причем, как говорится, на лету, чтобы сразу вносить необходимые изменения. Шестым чувством я подозревал, что в моем роутере просто обязан быть UART. Я взял в руки крестовую отвертку и начал его разбирать. Дело тривиальное, но с заковыркой – потайные винтики находятся под резиновыми ножками (если решишь повторить, помни, что при разборе ты лишаешься гарантии). Моему взору предстала достаточно скучная плата, где все «chip-in-one»: один центральный процессор, в который включено все, внешняя оператива, флеша, преобразователь питания и рядок разъемов с кнопками. Но на плате была не распаянная контактная площадка, точнее сказать, отверстия под иголки. Их было четыре штуки. Вот он UART, это очевидно! По плате даже без мультиметра видно, что крайние иголки – это +3,3 вольта и второй – земля. Средние контакты, соответственно, RX и TX. Какой из них что, легко устанавливается методом научного тыка (спалить интерфейс очень проблематично).
Сразу хочу отметить, что интерфейс UART в каждом роутере выглядит по-разному. В большинстве случаев, это не распаянные отверстия на плате. Правда, в одном роутере от ASUS я даже встретил полностью подписанный разъем.
Собираем преобразователь
Чтобы подключить роутер к компу, необходимо сопрячь интерфейсы RS-232 с UARTом роутера. В принципе, можно подключить к USB, используя указанную выше микросхему FT232RL, – что я и сделал при первой проверке роутера. Но эта микросхема – в достаточно сложном для пайки корпусе, посему мы поговорим о более простых решениях. А именно – микросхеме MAX232. Если ты собираешься питаться от роутера, то там, скорее всего, будет 3,3 вольта, поэтому лучше использовать MAX3232, которая обычно стоит в КПК (схему распайки нетрудно найти в инете). Но в моем роутере присутствовало питание +5 вольт на входе, а указанных микросхем у меня великое множество, и я не стал заморачиваться. Для сборки нам потребуются конденсаторы 0,1 мкФ (4 штуки) и сама микросхема. Запаиваем все по традиционной схеме, и начинаем эксперименты.
Исходники для сборки
На выход я сразу повесил 9-пиновый разъем типа «папа», чтобы можно было легко подключить нуль-модемный кабель. Если ты помнишь, во времена DOSа такими кабелями делали сетку из двух компов и резались в «Дюкнюкем». Провод для наших целей собрать несложно. Правда, получится не полный нуль-модем и через него особо не поиграешь, но рулить точкой доступа будет самое то! Тебе понадобятся два 9-пиновых разъема типа «мама», корпуса к ним и провод, например, от старой мышки или клавы (главное, чтобы в нем было три провода). Сначала соединяем земли ¬- это пятый контакт разъемов; просто берем любой провод и с обоих сторон припаиваем к 5-му контакту. А вот с RX и TX надо поступить хитрее. С одного конца провода запаиваем на 3-й контакт, а с другого – на 2-й. Аналогично с третьим проводом, только с одного конца запаиваем на 2-й контакт, с другого – на 3-й. Суть в том, что TX должен передавать в RX. Прячем запаянные разъемы в корпус — и готов нуль-модемный кабель!
Распаянные иголки на плате роутера.
Для удобства монтажа в материнку роутера я впаял штырьковый разъем, а в монтажку с MAX232 – обратный разъем и вставил платку, как в слот. RX и TX роутера подбираются экспериментально.
Собраная плата
Теперь надо запитать микросхему преобразователя. Общий провод у нас присутствует уже прямо в разъеме на мамке роутера. А вот + 5 вольт находится прямо у входа питания роутера, в месте, где подключается адаптер. Точку нахождения 5 вольт определяем вольтметром, измеряя разные узлы относительно земли роутера.
Подключаем питание. Включаем и начинаем наши злостные эксперименты.
Прожигаем отверстие для вывода проводов
Распаянный СОМ-порт
Всё в сборе. Обратите внимание, что красный провод питания идёт к разъёму адаптера роутера. Узелок внутри сделан, для того чтобы рывком на оторвать припаянные провода.
Настройка терминала
Нам нужно настроить терминальную программу. В Винде все достаточно просто: запускаем Hyper Terminal, отключаем программную и аппаратную проверку данных, выставляем скорость 115200 и один стоповый бит. А вот в Линухе дело обстоит чуть хитрее. У меня Ubuntu, и рассказывать буду про нее. Для начала разберись, как в твоей сборке именуется СОМ-порт. В моем случае СОМ1 был ttyS0 (если использовать к примеру микросхему FT232, то он будет именоваться ttyUSB0). Для работы с ним я использовал софтинку minicom.
* Скорость/четность/биты 115200 8N1
* Аппаратное управление потоком — нет
* Программное управление потоком — нет
Я не рекомендую подключать микросхему преобразователя к роутеру, дабы проверить ее функционал. Допускается только брать с него питание. Проверка проходит очень просто — необходимо перемкнуть RX с TX. Сначала перемыкаешь в СОМ-порте 2-й и 3-й контакт — проверяешь настройки терминалки. Пишешь что-то на клаве: если символы возвращаются, значит, все ОК. Также проверяешь кабель, те же контакты. Потом подключаешь микросхему, и уже у нее на выходе ставишь перемычку. Я заостряю на этом внимание, потому что, например, у меня возникли проблемы, и ничего не работало, пока я все не проверил и не нашел ошибку.
После всех настроек можешь смело цеплять к роутеру и искать RX-TX на роутере, периодически выдергивая из него питание. Если все сделано правильно, то при подаче питания ты увидишь лог загрузки роутера. Принимай поздравления, теперь у тебя полный аппаратный рут, так, будто ты сидишь за монитором с клавой роутера.
Лог загрузки роутера в программе minicom
Автономное плаванье
Согласись, делать через терминальную программу то же самое, что удобнее сделать через SSH – не айс. Мне хотелось превратить роутер в автономный Linux-компьютер, со своей хитрой архитектурой. Для этого нужно, чтобы данные с клавиатуры передавались по UART, и по нему же выводились на монитор. Паять и разрабатывать устройство было лениво. Тогда-то и пришла идея заюзать для этих целей пылящийся без дела КПК. По сути, наладонник будет исполнять роль контроллера клавиатуры и дисплея, ну и служить сопряжением интерфейсов.
Сначала я попробовал древнейший Palm m100. Но, видимо, у него очень маленькая буферная память, и от количества данных, которые идут с роутера, ему становилось плохо. Я взял другой — промышленный КПК, с нормальным СОМ-портом и терминалкой. Подключил, вставил в док и, в результате, получил небольшой линукс-компьютер. В принципе, вместо дорогущего промышленного КПК подойдет большинство наладонников, работающих под операционкой WinCE, главное – найти подходящий терминальный софт.
Линукс компьютер 🙂
Итоги
Итак, я показал небольшой пример использования UART. Если ты вкуришь в этот протокол, то поверь, станешь просто повелителем различных железок. Есть он практически везде, и через него можно сопрягать, казалось бы, совершенно разные вещи. К примеру, к тому же роутеру при небольших настройках подключается мобильный телефон по юарту, – и раздает с него интернет. В общем, применений куча. Не бойся экспериментировать, самообразовываться и реализовать свои идеи.
Этот пост является отредактированной для хабра версией моей статьи в Хакере № 05/09 «Главный инструмент фрикера».
Обмен данными между двумя Arduino при помощи программного UART
Тем не менее, у большинства Arduino имеется только один последовательный порт, который используется при связи по USB. Но как же связать такой контроллер с другим? Конечно использование Arduino типа Mega или подобного решает эту задачу, ведь у него до четырех последовательных портов, но если нужна связь с простыми платами из линейки Ардуино, тут нужно искать другой выход. Существует особая программная библиотека, которая имитирует UART порт на других цифровых контактах. У нее имеются несколько недостатков, но в общем она работает.
Так что нам понадобится для демонстрации подобной коммуникации:
2 Arduino контроллера
Выполните следующие шаги, для подключения двух Arduino UNO, с помощью программного последовательного порта:
1. Например, воспользуемся выводами 8 и 9 для RX и TX на обоих Arduino, соедините контакт 8 на одном Arduino с контактом 9 на другом, и контакт 9 на первом Arduino подключить с контактом 8 на втором.
2. Соедините общий провод GND обеих Arduino вместе.
3. Подключите один Arduino к USB компьютера, и соедините вывод 5В этого контроллера с таким же выводом другого или подайте на второй отдельное питание.
Вот реализация с использованием выводов 8 и 9 для RX и TX:
Следующий код разделен на две части. Arduino мастер будет получать команды от компьютера и передавать их по программному последовательному порту. Вот первая часть кода:
// Подключаем библиотеку Software Serial
// Объявляем задействованные дискретные каналы контроллера для связи
SoftwareSerial softSerial(8, 9); // RX, TX>
Serial.begin(9600); // Обычная скорость передачи данных
softSerial.begin(9600); // инициализация программного последовательного порта
// Проверяем получение команд от компьютера
// Отправляем полученную команду компьютера на программный UART
А вот и код подчиненного (слейва), который интерпретирует символы, отправленные от мастера. Если пришол символ «а», он включит встроенный светодиод. Если получен символ «х», то светодиод будет потушен:
// Подключение библиотеки Software Serial
// Назначение задействованных дискретных каналов
SoftwareSerial softSerial(8, 9); // RX, TX
// Дискретный канал, на котором висит встроенный светодиод
softSerial.begin(9600); // Инициализация программного последовательного порта
pinMode(LED, OUTPUT); // Определение светодиодного вывода как выход
// Проверяем, есть ли что-нибудь в буфере программного последовательного порта
// Читаем один символ из буфера программного последовательного порта и сохраняем его переменную com
int com = softSerial.read();
// Действуем соответственно полученному символу
Как это работает
Программный последовательный порт имитирует стандартный последовательный порт на различных цифровых выводах Arduino. Это довольно удобно в целом, но нужно понимать, что это программная имитация, не поддержанная аппаратно. Это означает, что при этом тратятся общие ресурсы контроллера, в частности время выполнения цикла программы и памяти. А вообще, оно работает просто как обычный последовательный порт. Все функции, присутствующие в нормальном последовательном порте также присутствуют и в программном.
Разбор кода
Для начала взглянем на программу мастера, который получает команды по обычному последовательному порту с компьютера и отправляет подчиненному контроллеру. В начале кода мы подключаем библиотеку SoftwareSerial.h
Дальше нам нужно объявить объект нашей библиотеки. Это делается соответственно следующему синтаксису:
SoftwareSerial softSerial(8, 9); // RX, TX
При этом будет вызвана параллельная связь, в данном случае программная. Она будет использовать вывод 8 для чтения (RX) и вывод 9 для передачи (TX). Далее подробнее остановимся на том, какие именно выводы следует выбирать.
Используя объявленный объект библиотеки, мы можем использовать все функции, характерные для обычного аппаратного параллельного порта, такие как softSerial.read(), softSerial.write() и так далее. В следующей части кода мы проверяем пришло ли что-нибудь с аппаратного порта. И если что-то пришло, мы считываем это и отправляем в программный порт:
В коде подчиненного контроллера использована самая простая реализация управления светодиодом командами через последовательный порт с одной только разницей, что тут используются команды с программного порта. Меняется только синтаксис и вместо привычных функций Serial.read(), Serial.available() и так далее нужно писать softSerial.read() и softSerial.available().
Программный UART имеет некоторые важные ограничения и недостатки. Вот некоторые из них.
Использование выводов
Мы не можем использовать любые дискретные выводы плат Arduino для организации программного порта. Для Tx, вообще-то можем использовать любые, но для Rx можно использовать только те, которые поддерживают внешние прерывания. У плат Arduino Leonardo и Micro могут быть использованы только выводы 8, 9, 10, 11, 14, 15 и 16, в то время как у Mega или Mega 2560 могут быть использованы только выводы 10, 11, 12, 13, 50, 51, 52, 53, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68 и 69.
Подключаемое железо, интерфейсы
Суть и вообще предназначение Ардуино состоит в быстрой и удобной разработке электронных устройств. Это универсальный контроллер, на базе которого можно сделать законченный девайс (от англ. Device – устройство, прибор) абсолютно произвольного назначения, от полезного (часы-будильник, реле времени с кучей настроек и дисплеем, автоматизацию теплицы, умный дом…) до бесполезного, но забавного или интересного (самонаводящийся вентилятор, машинка на радиоуправлении с пушкой, робот с большим количеством функций и так далее). Для достижения этих целей к Ардуино подключаются различные внешние устройства, с которыми она может взаимодействовать.
Начнем с мира цифрового, в котором устройства общаются друг с другом при помощи цифровых сигналов, так называемых логических, то есть имеющих два простейших состояния: правда и ложь, да и нет, 1 и 0. В большинстве цифровых устройств эти два состояния передаются напряжением 0 и 5 Вольт, но бывает и 0 и 3.3 Вольта. Таким образом микроконтроллер по сути может измерить цифровой сигнал (что подаётся на ногу, 0 или 5 Вольт), или выдать со своей ноги 0 и 5 Вольт соответственно. Закодированный цифровой сигнал выглядит примерно вот так: скачки 0 и 5 (или 3.3) Вольт с разной продолжительностью.
Совокупность правил и длин участков 5 и 0 Вольт называют интерфейсом связи.
Распиновка Nano
Простые цифровые датчики
К простым цифровым можно отнести любые датчики, имеющие пин с логическим выходом, то есть напряжение на этом пине может быть только 0 или 5 Вольт в зависимости от показания датчика. Это например ИК датчик движения, кнопка, датчик линии, энкодер, а также практически все остальные датчики с пинами питания и выходом, помеченным как DO, OUT или S.
Такие модули подключаются в любые GPIO пины.
Интерфейсы
Некоторые датчики имеют цифровой выход, но выдают не просто 0 и 5V, а передают данные по цифровому интерфейсу связи. Сигнальные пины таких датчиков могут быть подписаны как SCK, SDA, SCL, MISO, MOSI, SS и прочими аббревиатурами. Для работы с такими датчиками нужно обязательно смотреть примеры или документацию. По сути любой такой датчик можно подключить на любой GPIO пин и программно эмулировать нужный интерфейс связи, что сложно и будет отбирать лишнее процессорное время. Arduino Nano поддерживает несколько интерфейсов аппаратно, то есть позволяет работать с ними очень быстро и эффективно.
UART – пины D0 (RX) и D1 (TX). По нему чаще всего подключаются Bluetooth, GPS и GSM модули. В общем случае поддерживает подключение только одного модуля. Пины на модуле называются обычно RX и TX. Подключение к модулю осуществляется “наоборот” – RX->TX и TX->RX, так как RX принимает сигналы (Receiver), а TX – передаёт (Transmitter). Для подключения нескольких UART модулей или одновременной работы модуля и “монитора порта” используют программный UART при помощи встроенной библиотеки SoftwareSerial.
I2C – пины A4 (SDA) и A5 (SCL). Данный интерфейс является шиной, то есть к нему можно подключить параллельно сразу несколько (до 128) устройств с уникальными адресами.
Варианты маркировки и подключение к аппаратному I2C:
SPI – пины D11 (MOSI), D12 (MISO) и D13 (SCLK), иногда добавляется D10 (SS). Данный интерфейс также является шиной, причём высокоскоростной, и поддерживает подключение по сути неограниченного количества модулей: у модуля есть пин CS (Chip Select), который прижимается микроконтроллером к GND для выбора данного модуля в качестве устройства приёма и передачи данных в текущий момент. SPI – очень распространённый и простой интерфейс, очень часто датчики и модули подключают к любым GPIO пинам и используют программную отправку и приём данных через встроенные функции shiftIn() и shiftOut(). “Сложные” датчики и датчики с большим объёмом и высокой скоростью передаваемых данных (карта памяти, NFC модуль) нужно подключать к аппаратной шине SPI микроконтроллера.
Варианты маркировки и подключение к аппаратному SPI:
Другие
Помимо этих трёх популярных интерфейсов существуют и другие (CAN, 1-wire и прочее), но так как у нас есть сила микроконтроллера, мы можем эмулировать практически любой протокол и интерфейс связи, так называемый software (softwareSerial, softwareI2C…). И тут на помощь приходит комьюнити ардуино, которое уже написало библиотеки для всего что можно, и можно без проблем общаться практически с любой железкой, поддерживающей какой-либо популярный протокол связи. По той же CAN шине можно подключиться к мозгам своего автомобиля и делать с ним всякое. Куча микросхем различного назначения без особых проблем и телодвижений подключаются к ардуино и позволяют собой управлять. Всяческие усилители, драйверы, сдвиговые регистры, ЦАПы, АЦПы, мультиплексоры, цифровые резисторы и сотни других интересных штук.
Аналоговый сигнал
Второй тип связи – аналоговый, работает только “на приём”. Микроконтроллер может измерять напряжение, которое подаётся ему на АЦП (аналогово-цифровой преобразователь), диапазон измерения ограничен вплоть до опорного напряжения или напряжения питания микроконтроллера, то есть максимум, что может измерить микроконтроллер без дополнительного железа – от 0 до 5 вольт, или от 0 до 3.3 вольт для 3.3 вольтовых моделей. К этому мы ещё вернёмся.
Благодаря наличию АЦП (чтение аналогового сигнала) ардуино может считывать показания любых аналоговых датчиков: термисторы, термопары, фоторезисторы, потенциометры, напряжение шунта и прочее прочее из мира аналоговой электроники. По сути можно подключить всё что угодно без особых навыков, было бы желание и готовая библиотека. Ну и умение читать.
К аналоговым относятся модули и датчики, сигнал с которых выходит в виде напряжения от 0 до 5 Вольт, но меняется “плавно” в зависимости от показания с датчика. Это например микрофон, термистор, фоторезистор, датчик влажности, потенциометр и прочее. Многие аналоговые датчики имеют пины, подписанные так же, как цифровые. Как отличить цифровой датчик от аналогового? Либо по описанию, либо методом “тыка” – подключить в аналоговый пин и вывести сигнал. Некоторые модули имеют цифровой и аналоговый выход одновременно (датчики звука, линии, холла и некоторые другие), пины у них обычно подписаны как DO – цифровой выход и AO – аналоговый. Также аналоговый выход может быть маркирован как OUT или S.
Такие модули подключаются в любые ANALOG пины.
Резюмируя
Теперь по сути дела: датчики, их куча кучная, измерять можно ну просто всё, что вообще измеряется. Электроника: напряжение, ток, сопротивление, работа с переменным током, поля. Параметры микроклимата: температура, влажность, давление, содержание газов, скорость ветра, освещенность, что угодно. Интересных модулей тоже очень много: Bluetooth, сотовая связь, GPS, дисплеи различных типов и размеров, датчики присутствия, как ИК, так и микроволновые, модули для беспроводной связи ардуинок и многое другое.
Можно управлять абсолютно любой железкой, которая выполняет свою функцию просто при подаче питания: лампочка, светодиодная лента, электронагреватель, мотор или любой электропривод, электромагнит, соленоид-толкатель, и это все с любым напряжением питания. Но тут нужно кое что понять: Ардуино (точнее микроконтроллер) – логическое устройство, то есть по-хорошему она должна только отдавать команды другим устройствам, или принимать их от них. Это я к тому, что напрямую от ардуино не работают ни лампочки, ни моторчики, ни нагреватели, ни- ху че-го. Максимум – светодиод. С пониманием этого идём дальше. Чтобы ардуино включила или выключила (подала питание) на другое устройство, нужно устройство – посредник, например реле или транзистор. Ардуино управляет реле, а реле в свою очередь включает любую нужную нагрузку с любым напряжением питания и все такое, подробнее об этом поговорим отдельно.
Как суть всего выше написанного – возможности Ардуино по подключению и управлению различными железками практически безграничны, можно воплотить любую идею, даже самую безумную. Датчики что то измеряют, исполнительные устройства что то контролируют, в это же время ведётся отсылка данных куда-нибудь, что-то отображается на дисплее и контролируется при помощи кнопок. Романтика!
У меня в каталоге ссылок на Ардуино-компоненты можно найти практически все существующие датчики, модули и прочие железки для Ардуино, и практически у каждого есть ссылка на статью с примером и библиотекой. Пользуйтесь!