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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 아두이노. 아는 사람. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 라디오 아마추어 디자이너 아마도 초보 라디오 아마추어의 삶에서 가장 단순한 전자 장치에 더 이상 만족하지 않는 순간이 올 것입니다. 실용적으로 유용한 것을 디자인하고 싶은 욕구가 있습니다. 그러나 한 쌍의 트랜지스터를 기반으로 하는 장치는 다소 복잡한 문제를 해결할 것으로 기대하기 어렵습니다. 반면에 초보 프로그래머는 자신이 작성한 프로그램이 일종의 자율 로봇이나 기타 유사한 장치를 제어하기를 원할 수 있습니다. 프로그램이 단순히 컴퓨터 메모리의 정보를 사용하여 작동하는 것과 로봇이 작성된 프로그램에 따라 방 주위를 "여행"하거나 프로그래밍된 마이크로 컨트롤러가 유용한 장치의 일부가 되는 것은 전혀 다른 것입니다. 동시에, 초보 무선 아마추어나 프로그래머 모두 마이크로 컨트롤러 장치를 재설계하는 것은 말할 것도 없고 반복할 수 있는 충분한 지식과 기술을 갖고 있지 않습니다. 실제로 마이크로 컨트롤러는 매우 작고 단순하지만 여전히 컴퓨터입니다. 특정 마이크로 컨트롤러의 아키텍처를 자세히 알고 그에 맞는 어셈블러 언어를 연구하는 것이 필요합니다. 이 문제를 해결하는 가장 쉬운 방법은 모든 종류의 어린이를 위한 유명한 디자이너 제조업체인 레고가 만든 것과 같은 로봇을 만들기 위해 기성품 키트를 사용하는 것입니다. 이러한 키트에는 로봇 제조에 필요한 모든 구성 요소(마이크로 컨트롤러 장치, 전기 모터, 센서)가 포함되어 있습니다. 이러한 세트의 확실한 장점은 이를 기반으로 매우 간단하고 빠르게 로봇을 설계할 수 있다는 것입니다. 필요한 모든 소프트웨어가 키트에 포함되어 있으며 직관적인 인터페이스를 갖추고 있습니다. 기술 문서는 가장 어린 기술 애호가를 위해 설계되었습니다. 그러나 저자에 따르면 그다지 크지 않은 센서 및 액추에이터 세트와 표준 플라스틱 부품 세트의 경우 불합리하게 많은 금액을 지불해야 합니다. 그러나 이것이 그러한 디자이너가 젊은 연령층에 가장 적합하다는 사실을 부정하는 것은 아닙니다. 전문 생성자의 높은 비용에도 불구하고 상대적으로 적은 수의 표준 기능 장치를 사용하여 복잡한 장치를 만드는 아이디어는 상당히 합리적으로 보입니다. 이는 AVR 시리즈 마이크로컨트롤러와 이를 위한 많은 확장 보드가 포함된 Arduino 보드 개발자가 따르는 경로입니다. 오늘날 이 보드의 가장 일반적인 버전은 Arduino UNO입니다. 맞춤형 프로그램을 만들기 위해 널리 사용되는 C++ 언어를 기반으로 프로그래밍을 수행하는 전문 개발 환경인 Arduino IDE가 있습니다. Arduino의 가장 큰 장점은 거의 완전한 개방성입니다. 개발자 공식 홈페이지에서 개발환경을 무료로 다운로드 받을 수 있다[1,2]. 시작되면 그림에 표시된 것과 같습니다. 프로그램을 입력하고 이를 기계어 코드로 변환한 후 Arduino 보드의 마이크로 컨트롤러에 로드하고 실행하여 실행할 수 있는 1 창입니다.
아두이노 개발회사가 아두이노 LLC와 아두이노 SRL이라는 두 개의 독립 회사로 분할되어 동일한 브랜드 이름으로 제품을 계속 생산하고 있어 혼란을 야기하고 있다는 점에 유의해야 합니다. 그럼에도 불구하고 소프트웨어는 정기적으로 업데이트되며 Windows, Linux, MacOS용 버전이 있습니다. 보드 개발자가 제공하는 소프트웨어 외에도 [3]과 같은 다른 개발 환경이 많이 있습니다. 소프트웨어가 있는 폴더는 C 드라이브의 루트 폴더에 위치하는 것이 가장 좋습니다. 프로그램 텍스트 편집기 및 컴파일러와 함께 여기에는 일반적인 프로그램의 예가 포함된 하위 폴더와 표준 작업 해결을 위한 라이브러리 세트가 포함되어 있어 작업 수명을 크게 단순화합니다. 초보 프로그래머. Arduino 보드를 컴퓨터에 처음 연결하면 운영 체제가 새 장치를 감지하고 해당 드라이버를 설치하도록 요구합니다. 이 드라이버는 소프트웨어 폴더에서도 사용할 수 있습니다. 드라이버를 설치한 후 컴퓨터를 다시 시작해야 합니다. 성공적으로 설치되면 Windows 장치 관리자에 추가 COM 포트가 표시됩니다. 고급 언어를 사용하면 개발이 단순화되고 프로그래머의 자격 요구 사항이 크게 줄어들지만, 반면에 결과 프로그램은 점유 메모리 및 실행 속도 측면에서 최적이 아닙니다. 저수준 언어(어셈블러 언어)로 작성된 프로그램은 훨씬 적은 메모리 공간을 차지하고 더 빠르게 실행됩니다. 그러나 아마추어 개발에서는 이것이 무시될 수 있습니다. 당연히 중요한 경우에는 Arduino를 매우 주의해서 사용해야 합니다. 그러나 가장 단순한 온도 조절기부터 무인 항공기까지 다양한 장치에서 Arduino를 사용하는 것이 기본적으로 가능합니다. 예를 들어, 초경량 발사체 설계에 종사하는 러시아 항공우주 회사 "Lin Industry al"[4]은 실험용 로켓(그림 2)을 위한 Arduino 기반 비행 매개변수 기록 장치(그림 3)를 만들었습니다. 그리고 인도 연구 및 과학 교육 연구소(Trivandrum)의 과학자들은 훈련용 전파 망원경에 Arduino를 사용했습니다[5].
Arduino 보드에 설치된 마이크로 컨트롤러에는 특수 부트로더 프로그램이 미리 작성되어 있습니다. 이를 통해 컴퓨터에서 개발된 응용 프로그램이 마이크로 컨트롤러의 프로그램 메모리에 기록됩니다. 부트로더 자체는 이 메모리의 일부(버전에 따라 XNUMX~XNUMXKB)를 차지하지만 이러한 컴퓨터와의 상호 작용 구성 덕분에 사용자가 잘못된 명령을 사용하여 마이크로 컨트롤러를 작동 불능 상태로 만드는 것은 어렵습니다. . ATmega4P 마이크로컨트롤러는 328KB RAM과 2KB 프로그램 메모리를 갖춘 Arduino UNO 보드(그림 32)에 설치되어 있습니다. 16MHz의 마이크로컨트롤러 클록 주파수는 석영 공진기에 의해 설정됩니다. Arduino UNO에는 별도의 프로그래머가 필요하지 않으며 보드를 컴퓨터의 USB 커넥터에 직접 연결할 수 있으며 마이크로컨트롤러에는 USB-BF 커넥터와 USB-직렬 인터페이스 변환기가 있습니다. Arduino 보드의 다른 변형에서는 마이크로 USB 커넥터를 사용하여 컴퓨터에 연결할 수 있습니다. 오래된 보드와 직접 만든 보드에서는 일반 COM 포트도 찾을 수 있습니다.
컴퓨터에 연결된 Arduino UNO 보드는 USB 커넥터를 통해 전원이 공급됩니다. 그리고 컴퓨터 없이 작업하려면 보드에 특수 커넥터가 있는 외부 소스에서 7 ... 12V의 전압을 공급해야 합니다. 내장된 전압 조정기 덕분에 Arduino UNO는 공급 전압 품질에 특별한 요구 사항을 부과하지 않습니다. 따라서 그 소스는 출력 전압이 필요한 범위에 있는 거의 모든 소형 전원 공급 장치 및 심지어 9V 갈바닉 배터리(예: Krona(6F22) 또는 3336개의 직렬 연결된 3 배터리(12RXNUMX))일 수 있습니다. D14-D0이라고 불리는 13개의 디지털 입출력 라인이 있는데, 이는 외부 액추에이터와의 통신과 센서로부터의 정보 검색을 위한 것입니다. 그 중 0개에서 마이크로컨트롤러는 소프트웨어로 제어되는 듀티 사이클(PWM)로 펄스를 출력할 수 있습니다. 칠판에 "~"로 표시되어 있습니다. 또한 5개의 아날로그 입력 라인(A14-A19)이 있습니다. 아날로그 입력은 마이크로 컨트롤러에 내장된 XNUMX비트 아날로그-디지털 변환기에 연결되지만 필요한 경우 추가 디지털 입출력 라인 DXNUMX-DXNUMX로 사용할 수도 있습니다. 보드 버전에 따라 아날로그 입력 라인 수와 PWM 모드에서 작동할 수 있는 라인 수가 변경된다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어 Arduino Leonardo 보드와 국내 제품인 Iskra Neo에는 12개의 아날로그 라인과 XNUMX개의 PWM 라인이 있습니다. 원칙적으로 보드의 모든 I/O 라인은 표시되어 있어 이해하기 쉽습니다. Arduino UNO 보드에는 전원 표시기(ON), D13 라인에 영구적으로 연결된 LED(L), 직렬 포트(TXi RX)를 통해 외부 장치와의 정보 교환을 나타내는 XNUMX개의 LED 등 XNUMX개의 LED가 있습니다. , 마이크로컨트롤러를 초기 상태로 전환하는 버튼도 있습니다. Arduino의 장점 중 하나는 소위 "방패"(영어 방패 - 방패)라고 불리는 다양한 추가 보드입니다. 전기 모터 및 기타 강력한 부하를 Arduino에 연결하고, 이더넷 및 WiFi 프로토콜을 사용하여 컴퓨터 네트워크에서 작업을 제공하고, GSM 셀룰러 네트워크를 통해 정보를 전송하고, 사운드 작업 등을 수행할 수 있습니다. 공식 및 공식 모두 기성 소프트웨어 라이브러리 , 방패 작업 및 제 XNUMX자가 작성한 것. Arduino UNO 보드는 개발 단계에서 프로그램을 디버깅하고 설계를 설정하는 데 매우 적합합니다. 그러나 많은 실제 응용 분야에서는 Arduino UNO의 기능이 중복되고 크기가 너무 커서 완제품에 설치할 수 없습니다. Arduino Nano 및 Arduino Mini 보드는 기성품 설계에 사용하도록 설계되었습니다. 매개변수 측면에서는 Arduino UNO와 거의 동일하지만 디자인이 단순화되고 크기가 더 작으며 다소 저렴합니다. Arduino UNO의 기능이 충분하지 않은 경우에는 더 많은 메모리와 I/O 라인 수를 갖춘 Arduino Mega 보드를 사용할 수 있습니다. Arduino 보드의 옵션 목록은 이에 국한되지 않지만 초기 연구를 위한 다른 옵션은 덜 적합합니다. Arduino라는 이름만 저작권으로 보호되므로 많은 제조업체가 Free-duino, Craft Duino, Funduino, Diavolino 등의 이름으로 자체 버전을 출시합니다. 이 모든 다양성 중에는 원본을 완전히 반복하는 디자인뿐만 아니라 자신의 디자인이 원본과의 호환성이 때때로 의심스럽습니다. 그러나 일반적으로 여러 제조업체의 장치는 표준화되어 있으므로 보드가 Arduino UNO의 복사본으로 선언되면 Arduino UNO에 대해 언급된 모든 내용이 보드에 적용됩니다. 물론 각 제조업체에 대해 보증할 수는 없습니다. 아마추어에게 허용 가능한 수준의 품질은 원래 장치 제조업체뿐만 아니라 유사한 디자인을 훨씬 저렴한 가격에 제공하는 잘 알려지지 않은 회사에서도 제공할 수 있습니다. Arduino 보드는 그다지 복잡하지 않으며 자체 제작이 매우 저렴합니다. 이에 대한 문서는 제조업체의 공식 웹사이트에서 찾을 수 있습니다[6]. Arduino 제품군의 일부인 홈메이드 보드에 대한 설명은 Radio 잡지에도 게재되었습니다[7]. 이러한 장점 덕분에 전자제품 애호가들 사이에서는 아두이노가 사실상 일종의 표준이 되었습니다. 완전한 기능 블록과 프로그램 라이브러리를 사용하면 개발이 크게 단순화되고 속도가 빨라집니다. 실제로 Arduino 쉴드는 "블랙박스"입니다. 이 블록이나 그 블록이 특정 신호 및 영향에 어떻게 반응하는지가 중요하지만 내부 구조는 기본이 아닙니다. Arduino에 대한 설명을 전문으로 하는 러시아어 인쇄 출판물이 존재하지만 솔직히 모든 서점이나 도서관의 선반에 있는 것은 아닙니다. 예를 들어, 책 [8]을 인용할 수 있고, 정기 간행물 중에서 "Levsha" 저널("Young Technician" 저널의 부록)에 있는 일련의 기사를 볼 수 있습니다. 거기서부터 시작해서 6년 2012위, Arduino 사용에 관한 기사를 매월 게시합니다[9]. 그러나 인터넷에서는 Arduino [10-12]에 전적으로 전념하는 많은 리소스와 해당 섹션 [13-16]이 있는 더 광범위한 과학 및 기술 방향의 사이트를 찾을 수 있습니다. 결론적으로 Arduino 작업을 용이하게 하기 위해 몇 가지 간단한 장치를 만들 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 예를 들어, 전선의 벗겨진 끝 부분을 커넥터 소켓에 붙이는 것은 그리 편리하지 않습니다. 이를 위해 그림 5에 나와 있습니다. 핀이자 소켓인 러그가 있는 특수 연결 와이어 6개. 커넥터의 접점을 사용하여 유사한 전선을 직접 만드는 것은 쉽습니다. 그리고 외부기기의 빠른 연결을 위해서는 그림 XNUMX와 같은 연결선을 사용하는 것이 좋습니다. XNUMX, 한쪽 끝에는 악어 커넥터가 납땜되어 있고 다른 쪽 끝에는 핀 접점이 있습니다.
예를 들어 여러 센서에 전원을 공급하려면 보드의 하나의 출력에 여러 개의 와이어를 연결해야 하는 경우가 많습니다. 여기서는 PBS 소켓 또는 이와 유사한 것을 사용할 수 있습니다. 이 소켓의 모든 리드는 함께 연결되고 반대쪽 끝에 핀 접점이 있는 연결 와이어에 납땜되어야 합니다. 납땜 인두를 사용하지 않고 간단한 장치를 빠르게 조립하려면 특수 프로토타이핑 보드가 적합합니다. 그 중 하나의 모습이 그림 7에 나와 있습니다. 그림 8, 다이어그램은 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX.
부품의 하드 리드는 해당 보드의 스프링 소켓에 삽입되고, 이들 사이의 누락된 연결은 와이어 점퍼 또는 위에 설명된 와이어를 사용하여 이루어집니다. 따라서 Arduino의 가장 큰 장점은 상당히 복잡한 설계의 기초가 되기 위해 잘 개발되고 유연한 기능이 있다는 것입니다. 반면에 시작하는 데 필요한 초기 지식의 양은 충분하지 않습니다. 실제로 물리학 및 컴퓨터 과학 분야의 학교 과정을 뛰어 넘습니다. 문학
저자: D. Lekomtsev
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