Arduino:Продукты/Продукты Arduino/Arduino Robot

Содержание

Знакомство с Arduino

Продукты

Основы

Справочник языка Arduino

Примеры

Библиотеки

Хакинг

Изменения

Сравнение языков Arduino и Processing

Перевод: Максим Кузьмин

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Arduino Robot

Arduino Robot – это первый продукт Arduino на колесах. Робот состоит из двух плат, и у каждой из них имеется свой процессор. Моторная (нижняя) плата управляет моторами, а контрольная (верхняя) считывает данные с датчиков и решает, как действовать. Обе платы – это, по сути, те же платы Arduino, которые можно программировать при помощи IDE Arduino.

Кроме того, обе платы – это микроконтроллерные платы на базе ATmega32u4 (даташит). Робот оснащен множеством контактов, привязанных к различным датчикам и контроллерам. Программирование робота осуществляется примерно так же, как Arduino Leonardo. Оба процессора имеют функционал для коммуникации по USB, что устраняет необходимость во втором процессоре.

Благодаря этому Arduino Robot отображается на компьютере как виртуальный (CDC) последовательный / COM порт.

Как и в других продуктах Arduino, каждый элемент робота – оборудование, ПО и документация – распространяются по принципу «open-source». Это значит, что вы можете самостоятельно разобраться, как устроен Arduino Robot, а затем использовать эти знания, чтобы построить собственного робота.

Информацию о гарантии можно почитать тут.

С чего начать

На этой странице можно найти всю необходимую информацию о том, как настроить плату, использовать IDE Arduino и т.д.

Нужна помощь?

• На этих форумах Arduino можно спросить о ПО
• На этих – о проектах
• Здесь можно запросить клиентскую поддержку о продуктах

Технические характеристики

Контрольная плата:

• Микроконтроллер – ATmega32u4
• Рабочее напряжение – 5 вольт
• Входное напряжение – 5 вольт через ленточный кабель
• Цифровые I/O контакты – 5 шт.
• Каналы ШИМ – 6 шт.
• Входные аналоговые каналы – 4 шт. (находятся на цифровых I/O контактах)
• Входные аналоговые каналы (объединенные) – 8 шт.
• Максимальная сила тока на один I/O контакт – 40 миллиампер
• Flash-память – 32 Кб (ATmega32u4), из которых 4 Кб используются загрузчиком
• SRAM – 2,5 Кб (ATmega32u4)
• EEPROM (внутренняя) – 1 Кб (ATmega32u4)
• EEPROM (внешняя) – 512 к/бит (I2C)
• Тактовая частота – 16 МГц
• Клавиши – 5 шт.
• Регулятор – потенциометр, подключенный к аналоговому контакту
• Полноцветный LCD – через шину SPI
• Кардридер для SD-карты – для карт, отформатированных под FAT16
• Динамик – 8 ом
• Цифровой компас – отклонение от географического севера в градусах
• Порты для I2C – 3 шт.
• Области для прототипирования – 4 шт.
• Радиус – 185 мм
• Высота – 85 мм

Моторная плата:

• Микроконтроллер – ATmega32u4
• Рабочее напряжение – 5 вольт
• Входное напряжение – 9 вольт от зарядного устройства
• Слоты для перезаряжаемых батареек типа AA – 4 шт. (для алкалиновых или никель-металлгидридных батареек)
• Цифровые I/O контакты – 4 шт.
• Каналы ШИМ – 1 шт.
• Входные аналоговые каналы – 4 шт. (находятся на цифровых I/O контактах)
• Максимальная сила тока на один I/O контакт – 40 миллиампер
• Конвертер постоянного тока в постоянный – генерирует 5 вольт, с помощью которых питается весь робот
• Flash-память – 32 Кб (ATmega32u4), из которых 4 Кб используются загрузчиком
• SRAM – 2,5 Кб (ATmega32u4)
• EEPROM – 1 Кб (ATmega32u4)
• Тактовая частота – 16 МГц
• Подстроечный потенциометр – для калибровки движения
• ИК-датчики для слежения за линией – 5 шт.
• Порты для I2C – 1 шт.
• Области для прототипирования – 2 шт.

Питание

Arduino Robot можно питать через USB-соединение или от батареек. Источник питания выбирается автоматически. Батарейный блок вмешает 4 перезаряжаемые никель-металлгидридных батарейки типа AA.

Примечание

Не используйте неперезаряжаемые батарейки.

Когда робот питается от USB, моторы находятся в выключенном состоянии (в целях безопасности). Робот оснащен встроенным зарядным устройством, который требует 9 вольт от внешнего источника питания вроде адаптера, конвертирующего переменный ток в постоянный. Адаптер подключается к разъему питания на моторной плате при помощи 2,1-миллиметрового коннектора с центральным положительным контактом. Если питание идет от USB, то зарядное устройство работать не будет. Контрольная плата питается от источника питания на моторной плате.

Память

Чип ATmega32u4 оснащен 32 Кб памяти для хранения кода (из них 4 Кб используются загрузчиком). Кроме того, у него есть 2,5 Кб памяти типа SRAM и 1 Кб памяти типа EEPROM. Запись и считывание на EEPROM осуществляется при помощи библиотеки EEPROM. Контрольная плата оснащена дополнительными 512 Кбит памяти типа EEPROM, которая доступна через I2C. Кроме того, к GTFT-дисплею подключен внешний кардридер для SD-карты – он подсоединен к процессору контрольной платы и может быть использован в качестве дополнительного запоминающего устройства.

Входные и выходные контакты

Робот имеет несколько коннекторов, которые устанавливаются на него еще на стадии производства и предназначены для подключения дополнительных компонентов. Определить месторасположение этих портов просто, т.к. рядом с каждым из них есть соответствующая надпись. Управление этими контактами осуществляется при помощи библиотеки Robot. Каждый из этих контактов может давать/принимать не более 40 миллиампер при 5 вольтах.

Некоторые из этих контактов имеют специальные функции:

• От TK0 до TK7 (на контрольной плате): эти контакты объединены в один аналоговый контакт на микропроцессоре контрольной платы. Их можно использовать в качестве входных аналоговых контактов для устройств вроде датчиков расстояния, ультразвуковых аналоговых датчиков или механических переключателей (для определения столкновений).
• От TKD0 до TKD5 (на контрольной плате): эти цифровые I/O контакты подключены напрямую к процессору, и работа с ними выполняется при помощи функций Robot.digitalRead() и Robot.digitalWrite(). Контакты с TKD0 по TKD3 можно также использовать в качестве входных аналоговых контактов при помощи функции функции Robot.analogRead().

Примечание: В ранних версиях Arduino Robot контакты «TKD» обозначены на плате как «TDK». Правильное название – это именно «TKD», и это то, как к этим контактам нужно обращаться в программном коде.

• От TK1 до TK4 (на моторной плате): в программном коде эти контакты называются B_TK1, B_TK2 и т.д. Они могут быть и цифровыми, и входными аналоговыми контактами, и работа с ними осуществляется при помощи функций Robot.digitalRead(), Robot.digitalWrite() и функции Robot.analogRead().

• Последовательная коммуникация: Платы «общаются» друг с другом при помощи последовательного порта, и это осуществляется при помощи 10-контактного коннектора. Кроме того, этот коннектор обеспечивает питание и передает дополнительную информацию вроде данных о заряде батареек.
• Интерфейс SPI на контрольной плате: шина SPI используется для управления GTFT-дисплеем и SD-картой. Если вы хотите перезаписать процессор при помощи внешнего программатора, то сначала отключите дисплей.
• Светодиоды на контрольной плате: всего их три. Один сообщает, подается ли на плату питание (PWR), а два других сообщают о коммуникации по USB-соединению (LED1/RX и TX). Кроме того, доступ к LED1 можно получить через код.
• Порты I2C на обеих платах: три на контрольной плате и один на моторной плате.

Распиновка на контрольной плате

Arduino Leonardo	Контрольная плата на Arduino Robot	ATmega32u4	Функция	Регистр
D0	RX	PD2	RX	RXD1/INT2
D1	TX	PD3	TX	TXD1/INT3
D2	SDA	PD1	SDA	SDA/INT1
D3#	SCL	PD0	8-битная ШИМ/SCL	OC08/SCL/INT0
D4	MUX_IN A6	PD4		ADC0
D5#	BUZZ	PC6	???	OC3A/#OC4A
D6#	MUXA/TKD4	PD7	FastPWM	#OC4D/ADC10
D7	RST_LCD	PE6		INT6/AIN0
D8	CARD_CS A8	PB4		ADC11/PCINT4
D9#	LCD_CS A9	PB5	16-битная ШИМ	OC1A/#OC4B/ADC12/PCINT5
D10#	DC_LCD A10	PB6	16-битная ШИМ	OC1B/0c4B/ADC13/PCINT6
D11#	MUXB	PB7	8-битная и 16-битная ШИМ	0C0A/OC1C/#RTS/PCINT7
D12	MUXC/TKD5 A11	PD6		T1/#OC4D/ADC9
D13#	MUXD	PC7	10-битная ШИМ	CLK0/OC4A
A0	KEY D18	PF7		ADC7
A1	TKD0 D19	PF6		ADC6
A2	TKD1 D20	PF5		ADC5
A3	TKD2 D21	PF4		ADC4
A4	TKD3 D22	PF1		ADC1
A5	POT D23	PF0		ADC0
MISO	MISO D14	PB3		MISO,PCINT3
SCK	SCK D15	PB1		SCK,PCINT1
MOSI	MOSI D16	PB2		MOSI,PCINT2
SS	RX_LED D17	PB0		RXLED,SS/PCINT0
TXLED	TX_LED	PD5
HWB		PE2		HWB

Распиновка на моторной плате

Arduino Leonardo	Моторная плата на Arduino Robot	ATmega32u4	Функция	Регистр
D0	RX	PD2	RX	RXD1/INT2
D1	TX	PD3	TX	TXD1/INT3
D2	SDA	PD1	SDA	SDA/INT1
D3#	SCL	PD0	8-битная ШИМ/SCL	OC0B/SCL/INT0
D4	TK3 A6	PD4		ADC8
D5#	INA2	PC6	???	OC3A/#OC4A
D6#	INA1 A7	PD7	FastPWM	#OC4D/ADC10
D7	MUXA	PE6		INT6/AIN0
D8	MUXB A8	PB4		ADC11/PCINT4
D9#	INB2 A9	PB5	16-битная ШИМ	OC1A/#OC4B/ADC12/PCINT5
D10#	INB1 A10	PB6	16-битная ШИМ	OC1B/0c4B/ADC13/PCINT6
D11#	MUXC	PB7	8-битная и 16-битная ШИМ	0C0A/OC1C/#RTS/PCINT7
D12	TK4 A11	PD6		T1/#OC4D/ADC9
D13#	MUXI	PC7	10-битная ШИМ	CLK0/OC4A
A0	TK1 D18	PF7		ADC7
A1	TK2 D19	PF6		ADC6
A2	MUX_IN D20	PF5		ADC5
A3	TRIM D21	PF4		ADC4
A4	SENSE_A D22	PF1		ADC1
A5	SENSE_B D23	PF0		ADC0
MISO	MISO D14	PB3		MISO,PCINT3
SCK	SCK D15	PB1		SCK,PCINT1
MOSI	MOSI D16	PB2		MOSI,PCINT2
SS	RX_LED D17	PB0		RXLED,SS/PCINT0
TXLED	TX_LED	PD5
HWB		PE2		HWB

Коммуникация

Arduino Robot оснащен несколькими средствами для коммуникации с компьютером, а также с другими Arduino и микроконтроллерами. Во-первых, ATmega32u4 поддерживает последовательную UART TTL (5-вольтовую) коммуникацию – она осуществляется через коннекторы с 10 цифровыми контактами, которые обеспечивают связь между контрольной и моторной платами. Во-вторых, чип Atmega32u4 поддерживает последовательную коммуникацию через USB (типа CDC), благодаря которой компьютер видит плату как виртуальный последовательный порт. Кроме того, используя стандартные USB/COM драйверы, чип может работать в качестве устройства типа USB 2.0 в режиме full-speed. На Windows понадобится файл формата *.inf.

В IDE Arduino встроен монитор порта, который позволяет отправлять простые текстовые данные – и на Arduino Robot, и от него. Также на Arduino Robot имеются светодиоды RX (LED1) и TX, которые загораются при передаче данных по USB-соединению с компьютером (но не при последовательной коммуникации между платами).

Примечание: Контрольная и моторная платы имеют разные идентификаторы, поэтому в IDE Arduino будут отображаться как разные порты; программируя, убедитесь, что выбрали правильный порт.

Чип ATmega32u4 также поддерживает коммуникацию через I2C (TWI) и SPI. Для упрощения работы с шиной I2C в IDE Arduino имеется библиотека Wire. Для шины SPI используется библиотека SPI.

Программирование

Arduino Robot программируется при помощи IDE Arduino. Зайдите в программу, кликните по Инструменты > Плата > Arduino Robot Control или Arduino Robot Motor (Tools > Board > Arduino Robot Control или Arduino Robot Motor). О языке программирования читайте тут, а руководства ищите здесь.

Процессоры ATmega32u4, установленные на платах Arduino Robot, идут с уже записанными загрузчиками, которые позволяют загружать новый код без использования внешнего аппаратного программатора.

Этот загрузчик коммуницирует через протокол AVR109. Вы можете обойти этот загрузчик и запрограммировать микроконтроллер при помощи ICSP-гребешка; инструкции читайте тут.

Автоматический (программный) сброс и инициация загрузчика

Arduino Robot устроен так, что вам необязательно вручную нажимать на кнопку сброса перед загрузкой, потому что сброс можно выполнить программно – при помощи ПО, установленного на подключенном компьютере.

Сброс активируется при помощи виртуального (CDC) последовательного/COM порта, который открывается для Arduino Robot на скорости 1200 бод, а затем закрывается. Когда это происходит, процессор сбрасывается, прерывая соединение с компьютером (это значит, что виртуальный последовательный/COM порт исчезнет). После сброса процессора запускается загрузчик и остается активным в течение примерно 8 секунд. Загрузчик также можно инициировать двойным нажатием на кнопку сброса на Arduino Robot. Обратите внимание, что если на плату загружен скетч, то она перепрыгнет сразу к нему, игнорируя загрузчик.

Из-за того, как в Arduino Robot устроена система сброса, лучше позволить IDE Arduino инициировать сброс перед загрузкой скетча – особенно если вы, работая с другими платами, привыкли делать это сами. Если у IDE Arduino не получится сбросить плату, вы всегда можете запустить загрузчик, самостоятельно дважды нажав на кнопку сброса на плате. Одно нажатие на кнопку сброса перезапустит скетч, двойное нажатие запустит загрузчик.

Защита от перегрузок

Обе платы Arduino Robot оснащены самовосстанавливающимся предохранителем, который защищает USB-порты вашего компьютера от коротких замыканий и перегрузок. Хотя у большинства компьютеров есть собственная защита от подобных неприятностей, этот предохранитель добавляет к ней еще один слой. Если на USB-порт будет подано более 500 миллиампер, этот предохранитель автоматически прервет соединение, пока короткое замыкание или перегрузка не будут устранены.

Физические характеристики

Диаметр Arduino Robot составляет 19 см. Вместе с колесами, GTFT-дисплеем и другими коннекторами высота Arduino Robot должна составить около 10 см.

Что дальше

Если вы используете старую модель Arduino Robot (где используется Honeywell HMC 6352), и вам нужно откалибровать компас-модуль, читайте это руководство. Кроме того, здесь можно почитать ознакомительную информацию об Arduino Robot, а здесь – о библиотеке Robot.

Документация

Arduino Robot – это устройство, изготовленное по принципу «open-source». Вы можете создать на его основе собственного робота (или другое устройство), используя файлы ниже:

• Eagle-файлы в ZIP-архиве