Μάθε τι είναι το Arduino και πώς λειτουργεί

Δεν θα ήταν φανταστικό αν ξέρατε τι είναι το Arduino και πώς μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε, για να δημιουργήσετε το δικό σας ρομπότ; Ίσως να έχεις κάποια εφαρμογή στο μυαλό σου, κάποιο πρόβλημα που θέλετε να λύσετε και με το παρακάτω άρθρο μπορείτε να κάνετε την σκέψη σου πραγματικότητα.

Θα μάθετε από που ξεκίνησαν όλα και σε ποιους τομείς εφαρμόζεται σήμερα και λύνει καθημερινά προβλήματα αυτοματοποιώντας διαδικασίες. Έπειτα, θα αναλύσουμε τον τρόπο που εφαρμόζεται σε ένα drone. Τέλος, σου παραθέτουμε μια λίστα από διάφορες Arduino πλακέτες που υπάρχουν σήμερα στην αγορά. Γιατί όλα αυτά;

Στο άρθρο αυτό λοιπόν, θα καταλάβετε τις δυνατότητες του arduino και θα γνωρίσετε πώς αυτό χρησιμοποιείται. Έτσι, θα μπορείτε να το αναφέρετε σε κάποιον που γνωρίζετε ότι θα του ήταν χρήσιμο και να τον εντυπωσιάσετε. Αν βιάζεστε, διαβάστε απλά τα key takeaways στο τέλος του άρθρου.

Τι είναι το Arduino

Το Arduino είναι ένας μικροελεγκτής ικανός να διαβάσει καταστάσεις από το περιβάλλον χρησιμοποιώντας διάφορους αισθητήρες, αλλά και να δράσει σε αυτό με τα κατάλληλα εξαρτήματα. Υπάρχουν διάφορα είδη από Arduino, τα οποία τα αποκαλούμε πλακέτες. Ποια είναι η καλύτερη; Δεν υπάρχει καλή ή κακή, είναι ανάλογα την φύση του Project για το οποίο θα χρησιμοποιηθεί (Υγεία, Ρομποτική, Διασκέδαση κ.τ.λ.). Το Arduino UNO που παρουσιάζεται παρακάτω είναι η πιο βασική πλακέτα. Θα λέγαμε η πλακέτα γενικού σκοπού.

Παρουσίαση της πλακέτας Arduino UNO

Κάθε Arduino Project που θα βρείτε αποτελείται από δύο τμήματα. Το πρώτο τμήμα είναι το hardware και το δεύτερο το software. Πρέπει δηλαδή να έχουμε το απαραίτητο hardware, την κατάλληλη πλακέτα Arduino και τους κατάλληλους αισθητήρες και να τα συνδέσουμε όλα αυτά με το σωστό διάγραμμα σύνδεσης. Έπειτα, χρησιμοποιώντας το Arduino IDE, μαθαίνουμε πώς να το προγραμματίζουμε και δημιουργούμε αυτό που αποκαλούμε κώδικα. Ο προγραμματισμός του Arduino γίνεται με την γλώσσα Wiring η οποία έχει αρκετές ομοιότητες με την C++ (για όσους γνωρίζουν προγραμματισμό). Με ένα κλικ ανεβάζουμε τον κώδικα στην πλακέτα μας και το Project τελείωσε ή μάλλον μόλις άρχισε, γιατί είμαι σίγουρος ότι αν φτάσετε σε αυτό το σημείο δεν θα θέλετε να σταματήσετε!

Για παράδειγμα ο αισθητήρας DHΤ22 διαβάζει την θερμοκρασία του περιβάλλοντος και την μεταφέρει στο Arduino. Προγραμματίζοντας το Arduino με τον κατάλληλο κώδικα, μπορούμε να διαβάσουμε από τον DHT22 αισθητήρα τους βαθμούς κελσίου και το ποσοστό υγρασίας και να το εμφανίσουμε σε κάποια οθόνη, στο κινητό μας ή να το στείλουμε οπουδήποτε στον κόσμο μέσω του IoT.

Παρουσίαση του DHT22 αισθητήρα

Πόσο κοστίζει η αγορά ενός Arduino

Το κόστος αγοράς του Arduino είναι σχετικά μικρό. Σε σχέση πάντα με έναν υπολογιστή ή έτοιμα προϊόντα στην αγορά που καλύπτουν τις ίδιες ανάγκες. Αυτό ίσως είναι και το κύριο ανταγωνιστικό του πλεονέκτημά και έχει γίνει τόσο δημοφιλής. Μπορείτε να το αγοράσετε τόσο από Εξωτερικό όσο και από Ελλάδα. Φυσικά, αν ψάχνετε για το χαμηλότερο κόστος της αγοράς, θα πρέπει να επισκεφτείτε το ebay, το amazon ή το banggood και να θυμηθείτε να μην πάρετε μόνο ένα γιατί η παραλαβή τους μπορεί να αργήσει.

Η λύση στον χρόνο αναμονής είναι η Ελλάδα. Ένα από τα πιο αξιόπιστα καταστήματα είναι το Grobotronics στο οποίο μπορείτε να βρείτε τόσο το αυθεντικό Arduino REV3 όσο και παραλλαγές όπως Fuduino UNO REV3 που φυσικά έχει χαμηλότερο κόστος. Θα αναρωτιέστε τώρα, τι είναι το Fuduino και ποιες διαφορές με το Arduino; Πάμε να δούμε.

Αρχιτεκτονική και σχεδιασμός

Το Arduino είναι μια πλατφόρμα ανοιχτού κώδικα. Η αρχιτεκτονική του, το πώς δηλαδή είναι σχεδιασμένο είναι ελεύθερη προς χρήση και τροποποίηση από τον οποιοδήποτε. Έτσι, τίποτα δεν σε σταματά από το να φτιάξεις το δικό σου Arduino. Όλα αυτά τα chip και τα εξαρτήματα στο arduino μπορούν να αγοραστούν μεμονωμένα και με κατάλληλα εργαλεία να φτιάξετε το δικό σας αν και αυτό θα κοστίσει λίγο παραπάνω από το να αγοράσετε ένα έτοιμο.

Υπάρχουν μικρές και μεγάλες εταιρείες που δημιουργούν το δικό τους Arduino με λίγο διαφορετικό όνομα όπως Fuduino. Κατά ένα μεγάλο ποσοστό είναι το ίδιο, ανάλογα βέβαια την εφαρμογή στην οποία θα χρησιμοποιηθεί, μπορεί να δημιουργήσει κάποια προβλήματα. Συνήθως το αυθεντικό είναι πιο αξιόπιστο από μια αντιγραφή.

Custom Πλακέτα Arduino
Custom πλακέτα Arduino UNO

Πώς ξεκίνησαν όλα

Το 2005, αν και υπήρχαν διάφορες επιλογές για διαδραστικά σχέδια, μια ομάδα μαθητών ξεκίνησε ένα project προκειμένου να γίνει μια πλατφόρμα με σχετικά χαμηλό κόστος και  προσιτή στον οποιοδήποτε. Έτσι, οι ιδρυτές Massimo Banzi και David Cueartielles ξεκίνησαν το project δημιουργώντας διάφορες πλακέτες σε έναν χώρο στην Ιβρέα, Τορίνο της Ιταλίας, περιοχή όπου υπήρχε και η εταιρία υπολογιστών Olivetti.

Από το 2006 και μετά, σχεδόν κάθε χρόνο ανακοινώνονται νέες πλατφόρμες βασισμένες στο αρχικό σχέδιο και με στόχο να εξυπηρετήσουν όσο περισσότερο γίνεται όλο και πιο απαιτητικά Project.

Δημιουργία του Arduino στο Torino, Italy

Εφαρμογές του Arduino

Η πρώτη πλακέτα ήταν το “UNO”, όμως οι ανάγκες ήταν πολλές. Σήμερα έχουν δημιουργηθεί αρκετές παραλλαγές του Arduino UNO όπως Mega, Nano κτλ. Κάθε μια έχει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και προορίζεται για Project σε συγκεκριμένο τομέα. Επιπλέον το κάθε Project δεν αποτελείται μόνο από ένα Arduino αλλά και αισθητήρες. Οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για να καταλαβαίνει το Arduino το περιβάλλον αλλά και να δρα σε αυτό. Παραδείγματα αισθητήρων είναι οι αισθητήρες θερμοκρασίας, υγρασίας, φωτεινότητας, ήχου κτλ Παραδείγματα εξόδων είναι το μοτέρ, LED, οθόνες κ.τ.λ. Κάποιοι από τους τομείς στους οποίους δημιουργούνται project είναι:

  • Ρομποτικές εφαρμογές
  • Internet of Things (IoT) στα πλαίσια του εξυπνου σπιτιού.
  • Arcade παιχνίδια.
  • Συστήματα ασφάλειας και παρακολούθησης.
  • Αυτοματοποίηση και συγχρονισμός μουσικής.
  • Έξυπνα ρούχα με αισθητήρες.

Στον κόσμο γύρω μας, όλα λειτουργούν με μια ηλεκτρονική πλακέτα και ρεύμα. Θεωρητικά, σχεδόν τα πάντα μπορούν να υλοποιηθούν με ένα Arduino και τους κατάλληλους αισθητήρες. Αν όχι τα πάντα με μια αναζήτηση στο google σίγουρα μπορείτε να βρείτε χιλιάδες Project που περιορίζονται μόνο και μόνο από την φαντασία του κατασκευαστή. Γιατί να ψάχνετε όμως; Μην ξεχνάτε πως μπορείτε με ένα κλικ να μεταβείτε και στα Project του Future Generation.

Πώς να εγκαταστήσετε το Arduino

Εγκατάσταση του Arduino στον υπολογιστή σας τόσο σε Windows όσο και σε Linux περιβάλλον.

Πώς δουλεύει το Arduino

Σχεδόν όλες οι εφαρμογές του Arduino ακολουθούν μια βασική λογική. Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να γνωρίζετε πως στο Arduino μπορείτε να τοποθετήσετε διάφορους αισθητήρες εισόδου, αισθητήρες που καταλαβαίνουν την θερμοκρασία, υγρασία, φωτεινότητα κ.τ.λ. από το περιβάλλον και επίσης μπορείτε να τοποθετήσετε διάφορα άλλα εξαρτήματα όπως μοτέρ, οθόνες,  LED κ.τ.λ. τα οποία αποκαλούνται και ως εξαρτήματα εξόδου καθώς έχουν ένα ενεργό ρόλο στο περιβάλλον.

Έτσι λοιπόν, οι αισθητήρες συνδέονται με τα εξαρτήματα μέσω του Arduino, μπορούμε να θεωρήσουμε το arduino ως μια γέφυρα που παίζει το ρόλο της επεξεργασίας. Η παρακάτω εικόνα δείχνει τι είναι το Arduino σε ένα πιο λογικό επίπεδο. Θα μπορούσαμε να πούμε πως είναι ένα επιπλέον επίπεδο ανάμεσα στην λογική του “κατανοώ το περιβάλλον και πράττω”

Διάγραμμα διασύνδεσης αισθητήρων με το Arduino

Ο κάθε ένας αισθητήρας συνδέεται με καλώδια ή και απευθείας πάνω στο Arduino, έτσι το Arduino μπορεί να διαβάσει τις τάσεις και τις τιμές που λαμβάνει από τα καλώδια. Συνήθως ακολουθεί μια φάση επεξεργασίας όπου για παράδειγμα μπορεί να μετατρέπονται οι βαθμοί κελσίου σε Φαρενάιτ. Αφού γίνει και αυτό, ακολουθεί η τελική φάση της εξόδου με κάποιο εξάρτημα. αυτό μπορεί να είναι μια οθόνη που δείχνει τις τιμές που διαβάσαμε, μετά την επεξεργασία, ή μπορεί να είναι ακόμη και ένα SMS στο κινητό μας τηλέφωνο. Υπάρχουν και περιπτώσεις βέβαια όπου η έξοδος είναι η νέα είσοδος.

Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να ξέρετε τι είναι και πώς δουλεύει το Arduino. Τώρα που γνωρίζετε τι είναι το arduino, μπορείτε να ακολουθήσετε τα βήματα που αναφέρουμε και να κάνετε εγκατάσταση του arduino τόσο σε Windows όσο και Linux. Στην συνέχεια θα αναλύσουμε ένα παράδειγμα με drone.

Το Arduino είναι η γέφυρα μετατροπής των ανθρώπινων αισθήσεων σε πληροφορία κατανοητή από τον υπολογιστή αλλά και από τον ίδιο τον άνθρωπο.
FutureGeneration

Παράδειγμα Χρήσης

Ας πάρουμε ως παράδειγμα τα Drones. Κάθε Drone έχει μια πηγή ενέργειας και αυτή δεν είναι άλλη από την μπαταρία. Έτσι τροφοδοτείται το Arduino με ρεύμα. Το Arduino είναι συνδεδεμένο με δύο τμήματα. Το πρώτο είναι οι αισθητήρες και το δεύτερο είναι οι ηλεκτροκινητήρες.

Οι αισθητήρες “καταλαβαίνουν και διαβάζουν” το περιβάλλον, δηλαδή το που ακριβώς βρίσκονται στον χώρο. Μπορεί το Drone να είναι συνδεδεμένο και με GPS ή ακόμη και με αισθητήρα που του επιτρέπει να ξέρει το ύψος του από την επιφάνεια της γης. Όλοι αυτοί οι αισθητήρες αποσκοπούν σε μια και μόνο δουλειά, την τροφοδότηση του Arduino με πληροφορίες για το περιβάλλον στο οποίο βρίσκεται ακριβώς όπως λειτουργούν και οι αισθητήρες του ανθρώπου (όραση, ακοή, γεύση κ.τ.λ.).

Το επόμενο βήμα είναι να ορίσουμε την αποστολή. Για παράδειγμα, αν η ένταση ανέμου είναι μεγάλη πρέπει το drone να κάνει τις απαραίτητες κινήσεις. Επίσης, αν ο χρήστης του ορίσει μια τοποθεσία, βάση του GPS πρέπει να κινηθεί αυτόνομα προς αυτή την τοποθεσία κ.τ.λ.

Άρα λοιπόν, γνωρίζει το περιβάλλον και γνωρίζει την αποστολή του. Τώρα τι μένει; Να ελέγξουμε κατάλληλα του 4 κινητήρες (έλικες. Το Arduino αποφασίζει δηλαδή, πόσο ρεύμα θα αφήσει να περάσει από την μπαταρία στους κινητήρες. Ελέγχοντας λοιπόν τους κινητήρες του είναι σαν να ελέγχουμε το γκάζι σε ένα αυτοκίνητο. Τόσο απλά.

Παρουσίαση του DJI Mavic Mini Pro

Ο μόνος λόγος που τα Drones είναι σταθερά και πετάνε είναι γιατί πλέον ο καθορισμός της ταχύτητας της κάθε έλικας γίνεται απίστευτα γρήγορα και με πολύ μεγάλη ακρίβεια.

Τύποι από πλακέτες Arduino

Όλα ξεκίνησαν από το Arduino UNO, αυτή είναι και η βασική πλακέτα (board). Βασισμένοι στην επιτυχία που είχε, τόσο η official κοινότητα του Arduino όσο και άλλες εταιρείες άρχισαν να δημιουργούν πλακέτες που κατά κύριο λόγο οι βασισμένες στα αρχικά σχέδια. Έτσι λοιπόν, διαχωρίζουμε τις πλακέτες σε official πλακέτες που δημιουργούνται από την κοινότητα του Arduino και non-official πλακέτες που δημιουργούνται από τον οποιοδήποτε έχει πρόσβαση σε κάποια μηχανήματα και την απαραίτητη γνώση.

Διάφορες πλακέτες Arduino

Ανανεωμένη λίστα με τις διαθέσιμες πλακέτες καθώς και περισσότερες πληροφορίες για κάθε μια μπορείτε να βρείτε στην επίσημη ιστοσελίδα του Arduino.

Key takeaways

  • Υπάρχουν διάφοροι τύποι (πλακέτες) που μπορείς να επιλέξεις.
  • Το κόστος είναι σχετικά χαμηλό και κυμαίνεται από 4€ μέχρι 50€.
  • Η βασική ιδέα είναι ότι το Arduino διαβάζει το περιβάλλον, επεξεργάζεται αυτό που διάβασε και κάνει κάτι που του έχουμε πει να κάνει πχ. προβολή θερμοκρασίας σε οθόνη.
  • Υπάρχουν πολλοί τομείς εφαρμογών όπως Ρομποτική, Γεωργία, IoT και έξυπνα σπίτια κτλ.

Πώς να εγκαταστήσετε το Arduino

Εγκατάσταση του Arduino στον υπολογιστή σας τόσο σε Windows όσο και σε Linux περιβάλλον.

Υποβολή απάντησης