Arduino (hardware)

Sigla Arduino

Arduino este o platformă hardware formată dintr-o serie de plăci electronice echipate cu un microcontroler . A fost conceput și dezvoltat în 2005 de către unii membri ai Institutului de interacțiune din Ivrea ca un instrument pentru prototipare rapidă și în scopuri hobby, educaționale și profesionale. ^[1] . Numele consiliului provine de la cel al barului din Ivrea frecventat de fondatorii proiectului, nume care la rândul său îl amintește pe cel al lui Arduino d'Ivrea , regele Italiei în 1002 ^[2] .

Cu Arduino, dispozitivele mici , cum ar fi controlerele de lumină, regulatoarele de viteză pentru motoare, senzorii de lumină, automatizarea pentru controlul temperaturii și umidității și multe alte proiecte care utilizează senzori , actuatori și comunicații cu alții pot fi realizate relativ rapid și ușor. Placa este combinată cu un mediu de dezvoltare integrat simplu pentru programarea microcontrolerului. Toate software-urile furnizate sunt gratuite , iar schemele de circuit sunt distribuite ca hardware gratuit și din acest motiv este utilizat pe scară largă în predarea educațională ^[3] .

Arhitectură

Arduino include o platformă hardware pentru calcul fizic dezvoltată la Interaction Design Institute , un institut de formare post-doctorală cu sediul în Ivrea , fondat de Olivetti și Telecom Italia ^[4] .

Platforma fizică se bazează pe un circuit imprimat care integrează un microcontroler cu pini conectați la porturile I / O , un regulator de tensiune și, atunci când este necesar, o interfață USB care permite comunicarea cu computerul utilizat pentru programare. Acest hardware este însoțit de un mediu de dezvoltare integrat pe mai multe platforme (IDE) disponibil pentru Linux , Apple Macintosh și Windows . Acest software permite, de asemenea, novicilor să lucreze cu Arduino, deoarece programele sunt scrise într-un limbaj de programare simplu și intuitiv, numit Cablare , derivat din C și C ++ , descărcabil gratuit și editable ^{[este limba editabilă? ]} . Programele din Arduino se numesc schițe .

Arduino poate fi utilizat pentru dezvoltarea obiectelor interactive de sine stătătoare și poate interacționa, de asemenea, printr-un link și un cod adecvat, cu software-ul rezident pe computere, precum Adobe Flash , Processing , Max / MSP , Pure Data , SuperCollider , Vvvv .

Platforma hardware Arduino este adesea distribuită pasionaților într-o versiune pre-asamblată, care poate fi achiziționată de pe internet sau în magazine specializate. O mulțime de informații despre hardware sunt disponibile pentru oricine, totuși este hardware sursă închisă, deoarece lista de materiale și diagramele circuitelor de lucru nu sunt niciodată eliberate direct de personalul Arduino. Comunitatea utilizatorilor a putut găsi aceste informații. Doar datorită acestui efort al comunității Arduino și bunăvoinței personalului Arduino față de replici sau plagii, oricine dorește poate construi în mod legal o clonă Arduino sau poate obține o versiune modificată din aceasta, descărcând schema de cablare gratuit și lista. componentelor electronice necesare ^[5] . Această posibilitate a permis dezvoltarea produselor compatibile Arduino de către companiile mici și mijlocii din întreaga lume și a devenit posibil să alegeți dintr-o cantitate imensă de plăci compatibile Arduino. Toate aceste produse partajează codul sursă pentru mediul de dezvoltare integrat și biblioteca rezidentă care sunt puse la dispoziție și licențiate pentru utilizare în condițiile legale ale unei licențe gratuite, GPLv2 .

Datorită bazei software comune concepute de creatorii proiectului, comunitatea Arduino a reușit să dezvolte programe pentru a conecta la acest hardware mai mult sau mai puțin orice obiect electronic, computer, senzor , afișaj sau actuator . După ani de experiență, acum este posibil să beneficiați de o vastă bază de date de informații.

Echipa Arduino este formată din Massimo Banzi , David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino și David Mellis. Proiectul a început în Ivrea, în Italia, în 2005, cu scopul de a pune la dispoziție proiecte de interacțiune realizate de studenți, un dispozitiv de control mai ieftin decât sistemele de prototipare disponibile atunci. Designerii au reușit să creeze o platformă ușor de utilizat și care, în același timp, a permis o reducere semnificativă a costurilor în comparație cu alte produse disponibile pe piață. Până în octombrie 2008, peste 50.000 de unități Arduino fuseseră deja vândute în întreaga lume ^[6] .

După numirea în funcția de CEO al Intel , Brian Krzanich va produce plăci Arduino echipate cu un procesor Intel.

Software

Arduino Uno

O placă tipică Arduino constă dintr-un microcontroler AVR pe 8 biți produs de Atmel cu adăugarea de componente suplimentare pentru a facilita încorporarea în alte circuite. În carduri sunt utilizate cipurile din seria megaAVR , în special modelele ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280 și ATmega2560.

Multe plăci Arduino includ un regulator de tensiune liniar de 5 volți și un oscilator de cristal de 16 MHz. Cu toate acestea, unele implementări, cum ar fi micul LilyPad ^{[7] [8]} , sunt tactate la 8 MHz și nu sunt echipate cu regulatorul.

Placi oficiale Arduino

Arduino Leonardo

Arduino Zece Mii.

În spatele plăcii Arduino Duemilanove.

Versiune flexibilă a Arduino LilyPad, pentru aplicații pe țesături.

Hardware-ul original Arduino este realizat în întregime în Italia de Smart Projects, în timp ce clonele plăcii pot fi realizate de oricine oriunde în lume.

Au fost comercializate următoarele versiuni ale hardware-ului Arduino:

1. Serial Arduino, programat cu un port serial DB9 . Folosește microcontrolerul ATmega8;
2. Arduino Extreme, cu interfață de programare USB , folosind cipul ATmega8;
3. Arduino Mini, o versiune în miniatură care folosește un suport de suprafață ATmega168;
4. Arduino Nano, o versiune chiar mai mică a Mini-ului, utilizând același controler ATmega168 SMD și alimentat prin USB;
5. LilyPad Arduino, un proiect minimalist pentru aplicare pe îmbrăcăminte, cu același ATmega168 în versiunea SMD ; ^[7] cardul este circular cu un diametru de 50 mm, grosime de aproximativ 0,8 mm;
6. Arduino NG, cu interfață USB pentru programarea și utilizarea unui ATmega8;
7. Arduino NG plus, cu interfață de programare USB, cu un ATmega168;
8. Arduino BT, cu interfață de programare Bluetooth și cu un ATmega168;
9. Arduino Diecimila, cu interfață de programare USB și cu un ATmega168 într-un pachet DIL28;
10. Arduino Duemilanove, utilizând cipul Atmega168 (sau Atmega328 în cele mai recente versiuni) și alimentat prin USB, cu comutare automată între surse de alimentare;
11. Arduino Mega, care folosește un suport de suprafață ATmega1280 pentru I / O și memorie suplimentară;
12. Arduino Uno, evoluția lui Duemilanove cu un cip diferit, programabil și mai ieftin, dedicat conversiei serial USB;
13. Arduino Mega2560, care folosește un ATmega2560 (de asemenea montat pe suprafață) și este o evoluție a Arduino Mega;
14. Arduino Due, care folosește un procesor Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3;
15. Arduino Zero Pro, echipat cu un microcontroler Atmel SAMD21 bazat pe nucleul ARM Cortex M0 + pe 32 de biți;
16. Arduino Yún, care folosește un ATmega32u4 și procesorul Atheros AR9331, acesta din urmă compatibil cu o distribuție Linux bazată pe OpenWrt și numită Linino OS ;
17. Arduino Nano 33 IoT;
18. Arduino Nano 33 BLE;
19. Arduino Nano Every.

Programarea microcontrolerului

În unele cazuri, microcontrolerul plăcii este pre-programat cu un bootloader, ceea ce face mai ușoară încărcarea programelor pe memoria flash încorporată a plăcii.

Arduino Yun

Conceptual, programele de pe toate cardurile sunt încărcate printr - un port serial RS-232 , dar modul în care această funcționalitate este implementată în hardware variază de la versiune la versiune. Plăcile seriale Arduino conțin un circuit invertor simplu care permite conversia între nivelul RS-232 și nivelul semnalului TTL .

Versiunile actuale ale Arduino sunt gestionate prin USB : versiunea Uno utilizează un microcontroler Atmega8U2 programat ca convertor USB-serial, în timp ce versiunile anterioare Diecimila și Duemilanove utilizează cipuri adaptor serial USB, cum ar fi FT232s ale FTDI . Unele variante, cum ar fi Arduino Mini și versiunea neoficială Boarduino , utilizează o placă sau un cablu adaptor USB-la-serie detașabil.

Funcționalitate de intrare / ieșire

Pentru a implementa un comportament interactiv, Arduino este prevăzut cu funcționalitate de intrare / ieșire (I / O). Prin funcțiile de intrare, placa primește semnale colectate de senzori externi. Comportamentul plăcii este gestionat de microcontroler pe baza valorilor provenite de la senzori și a operațiunilor determinate de programul care rulează în acel moment pe placă. Interacțiunea cu exteriorul are loc prin intermediul dispozitivelor de acționare pilotate de program, care furnizează instrucțiunile prin intermediul canalelor de ieșire furnizate.

Conectori I / O

Arduino vine cu mulți dintre conectorii de intrare / ieșire ai microcontrolerului utilizați pe alte circuite. Toți pinii I / O sunt amplasați în partea superioară a plăcii utilizând conectori de 0,1 "de sex feminin. În plus, multe plăci de aplicații plug-in , cunoscute sub numele de" scuturi ", sunt disponibile comercial.

Plăcile Barebones și Boarduino , două clone compatibile Arduino, au conectori masculi pe partea inferioară a circuitului, astfel încât să poată fi conectați la o placă fără a fi necesară lipirea.

I / O digitală

Arduino Uno, de exemplu, care a înlocuit Duemilanove , oferă 14 porturi pentru I / O digitale (numerotate de la 0 la 13). Direcția de funcționare a ușilor utilizate, de intrare sau de ieșire, trebuie stabilită prin intermediul instrucțiunilor specifice care trebuie incluse în schița programată pe IDE.

Șase dintre cele paisprezece canale I / O pot genera semnale de modulare a lățimii impulsurilor (PWM). Prin intermediul semnalelor PWM este posibil, de exemplu, să reglați intensitatea luminozității unui LED sau viteza de rotație a unui motor electric ^[9] . Hardware-ul a trei dintre pinii I / O (9, 10 și 11) implementează capacitatea de a le gestiona direct prin funcția analogWrite() care vă permite să controlați eficient PWM-ul semnalului analogic de ieșire fără a fi nevoie să executați linii de cod special pregătit ^[10] . Această funcție trebuie să primească doi parametri ca intrare, dintre care primul este numărul pinului acționat și al doilea reprezintă intensitatea modulației exprimată pe o scară de la 0 la 255: de exemplu, analogWrite(9, 128) va activa un LED conectat la pinul 9 la 50% din luminozitatea sa ^[11] .

I / O analog

De asemenea, pe Uno există alți 6 conectori special dedicați intrărilor analogice de semnal (deci conectate la un ADC ), care primesc valori de tensiune citite de senzori externi, până la maximum 5 volți, care sunt convertiți în 1024 nivele discrete ( de la 0 la 1023). Acești 6 conectori pot fi reprogramați (din nou din codul de schiță de pe IDE) pentru a funcționa ca intrări / ieșiri digitale normale, crescând astfel numărul de ieșiri digitale (în timp ce conectorii digitali nu pot fi folosiți ca analogici).

Tabelul următor rezumă caracteristicile hardware ale diferitelor modele:

Alimentare electrică

Placa poate fi alimentată cu un cablu USB, prin portul USB al computerului sau prin majoritatea surselor de alimentare USB sau printr-o sursă de curent continuu de 9 volți cu conector cilindric (diametru 2,1 mm și central pozitiv). În acest din urmă caz, placa Uno trece automat la alimentarea externă atunci când este introdus conectorul sursei de alimentare externe, în timp ce comută autonom la alimentarea USB atunci când conectorul este deconectat și cablul USB este introdus. Arduino-NG și Arduino Diecimila, versiuni mai vechi, trebuie schimbate manual, acționând un comutator situat între portul USB și intrarea externă de alimentare.

Plăci Arduino compatibile

Cantitatea enormă și variabilitatea extremă de utilizare și componente fac dificilă definirea unică a unei plăci compatibile Arduino. De obicei, conține un microcontroler la 8, 16 sau 32 biți Atmel AVR , PIC sau ARM , cu frecvență de ceas variabilă între 1 și 96 MHz. Multe carduri încorporează componente suplimentare concepute pentru cele mai variate utilizări.

Programarea microcontrolerului

Programarea poate avea loc prin protocolul ISP și o altă placă Arduino utilizată ca programator, prin USB (în unele cazuri, microcontrolerul conține hardware USB) sau datorită unui programator extern dedicat.

Accesorii

Un „scut” de prototipare montat pe o placă Arduino

Atât placa originală, cât și clonele folosesc scuturi sau extensii la Arduino de bază, realizate cu plăci de circuite imprimate care pot fi plasate deasupra Arduino, prin introducerea în conectorii deja prezenți în mod normal pe Arduino. Există extinderi dedicate diverselor funcții, de la controlul motorului la breadboarding ( prototipare ).

Software

IDE Arduino

Același subiect în detaliu: Arduino IDE .

Captură de ecran a IDE-ului Arduino, care arată un exemplu simplu de cod

Mediul de dezvoltare integrat Arduino (IDE) este o aplicație multi-platformă scrisă în Java și derivă din IDE creat pentru limbajul de programare Procesare și pentru proiectul de cablare . Este conceput pentru a începe programarea începătorilor care sunt noi în dezvoltarea de software. Pentru a permite scrierea codului sursă , IDE include un editor de text cu câteva caracteristici speciale, precum evidențierea sintaxei , controlul parantezelor și indentarea automată. Editorul este, de asemenea, capabil să compileze și să încarce programul de lucru și executabil pe tablă cu un singur clic. În general, nu este nevoie să creați Makefiles sau să rulați programe din linia de comandă .

Diverse schițe de probă sunt descărcate împreună cu IDE, pentru a introduce utilizatorul în programarea mașinii; temele sunt foarte elementare: cum să gestionezi intrările analogice și digitale, să faci un LED să se aprindă într-un mod pulsatoriu și variabil; cu toate acestea, se pot confrunta și cu probleme mai complexe, cum ar fi gestionarea unui afișaj LCD sau a unei cartele telefonice GSM ^[14] . În plus față de bibliotecile deja încorporate (mai mult de o duzină), utilizatorul le poate adăuga cu un instrument de import inclus în IDE. Pentru a vedea rezultatele unei schițe, se poate activa o fereastră de monitorizare serială din IDE, pe care poate fi Serial.print(parametro) ieșirea instrucțiunilor Serial.print(parametro) încorporate în schiță.

Minibloq

Același subiect în detaliu: Minibloq .

Exemplu de cod generat cu Minibloq: datele de la o telecomandă cu infraroșu RC5 sunt trimise la portul serial

Un exemplu alternativ de mediu integrat dedicat Arduino (dar și altor utilizări) este Minibloq , distribuit sub o licență gratuită, care oferă un mediu de dezvoltare vizual special pentru programarea Arduino, roboți și alte dispozitive de calcul fizice similare.

Caracteristicile Minibloq sunt interfața intuitivă și capacitatea de a genera codul pornind de la o diagramă bloc grafică trasată de utilizator. Datorită acestei setări intuitive, software-ul vizează apropierea începătorilor și începătorilor de microcontrolerele de programare, în contexte școlare și educaționale, de la școala primară până la mediul liceu .

Aplicația, compilată cu GCC , poate fi utilizată și pe computere cu performanțe mai scăzute, precum netbook-uri , OLPC XO-1 , Intel - Classmate .

Derivate

Deși schemele hardware și sursa software sunt puse la dispoziție sub licențe copyleft , numele și sigla Arduino sunt mărci comerciale înregistrate și pot fi utilizate numai cu permisiunea. Documentul care exprimă politica de utilizare a numelui „Arduino” subliniază modul în care proiectul este deschis încorporării lucrărilor altor persoane în produsul oficial. ^[15]

Ca o consecință a acestor convenții de protecție a numelui, un grup de utilizatori a „ furcat ” (în sensul larg al termenului) Arduino Diecimila, distribuind un card echivalent numit „Freeduino”; numele nu este înregistrat în mod deliberat și, prin urmare, este liber de utilizat.

Mulțumiri

Proiectul Arduino a primit o mențiune de onoare la Prix ​​Ars Electronica din 2006 , la categoria Comunități digitale ^[16] . Arduino a trezit interesul mass-media italiene și internaționale, intrând în dezbaterea publică. Istoricul Gabriele Catania, într-un interviu pentru un ziar milanez, Banzi însuși i-a explicat: „În rezumat, [Arduino] este un computer mic, de foarte mică putere, foarte simplu, de dimensiunea unui card de credit. Este același tip de computer care se găsește, de exemplu, într-un cuptor cu microunde sau într-o telecomandă. Pe obiecte de zi cu zi, pe scurt. Și este conceput pentru a fi ușor de cunoscut și de programat [...] O persoană cu tehnici de cunoștințe limitate, dacă dobândește o oarecare experiență cu Arduino, apoi este capabil să proiecteze obiecte de uz comun care au o inimă digitală în interior, adică acest procesor " ^[17] .

Litigiile legale

În 2008, când Arduino LLC (proprietarul domeniului arduino.cc) a fost creat, cei cinci fondatori ( Massimo Banzi , David Cuartielles, David Mellis, Tom Igoe, Gianluca Martino) au decis să creeze o companie care deținea doar drepturile asupra Arduino marca: producția și vânzarea plăcilor, pe de altă parte, ar fi avut loc prin companii externe de la care Arduino ar fi obținut o redevență pentru exploatarea mărcii. În plus, statutul companiei preciza că fiecare dintre cei cinci fondatori ar transfera toate drepturile asupra mărcii Arduino către companie. La sfârșitul anului 2008, în timp ce Arduino se pregătea să înregistreze marca comercială în Statele Unite, fără nicio notificare prealabilă și ținându-i pe ceilalți parteneri în întuneric, compania lui Gianluca Martino , Smart Projects, principalul producător de plăci Arduino din Italia, a înregistrat Numele Arduino în Italia.

Când compania a decis să internaționalizeze marca și să o extindă la restul lumii, și-a dat seama că cineva a înregistrat-o deja în Italia: Martino i-a asigurat pe acționari că deciziile sale au singurul scop de a proteja investiția colectivă; apoi, pe baza acestui acord, au continuat să lucreze împreună ani de zile, primind redevențe și încercând, între timp, să readucă marca la companie. Cu toate acestea, în noiembrie 2014, Smart Projects a încetat să plătească redevențe și și-a schimbat numele în Arduino SRL, înregistrând domeniul arduino.org. La scurt timp după aceea, Martino a vândut Arduino SRL unui holding elvețian, Gheo SA, administrat de Federico Musto.

Arduino SRL intenționează să invalideze marca comercială pe care Arduino LLC o deține asupra mărcii „Arduino” deoarece „Arduino SRL a solicitat-o ​​în septembrie 2014 și a produs fizic plăci de marcă Arduino din 2005. Arduino LLC s-a născut în 2008 și nu a controlat numele la ora.pe care a aplicat-o pentru marca comercială. Riftul adânc care a rezultat în grupul de dezvoltare a afectat comunitatea uriașă care a apărut în jurul său între timp. ^{[18] [19] [20] [21]} În 2015, Arduino LLC a înregistrat marca „Genuino” ca măsură de precauție și a început producția plăcilor din California datorită unei colaborări cu Adafruit Industries . ^[22]

La 1 octombrie 2016 s-a anunțat că Arduino LLC (arduino.cc) și Arduino SRL (arduino.org) au semnat un acord pentru a pune capăt diferențelor lor. ^[23] Acordul a fost finalizat la sfârșitul anului 2016 și „Arduino Holding” a devenit singurul punct de contact pentru distribuția produselor prezente și viitoare. În plus, Arduino a format „Fundația Arduino”, o fundație non-profit dedicată evoluției mediului de dezvoltare IDE și a mișcării open source, care va oferi sprijin școlilor, comunității și dezvoltatorilor.

Disputele legale s-au încheiat în 2017. BCMI, compania fondată de Massimo Banzi împreună cu David Cuartielles, David Mellis și Tom Igoe, fondatorii Arduino, a achiziționat de fapt 100% din Arduino AG, compania care deținea toate mărcile Arduino. ^[24]

După achiziție, Massimo Banzi a revenit la funcția de președinte și CTO al Arduino, în timp ce Fabio Violante a fost numit în funcția de CEO. În afara companiei Federico Musto, partenerul cu care au apărut disputele legale privind marca Arduino.

Notă

Bibliografie

• Massimo Banzi , BetaBook, manualul Arduino , în Apogeo , versiunea β , 13 decembrie 2009. Accesat la 12 iulie 2011 (arhivat din original la 18 iulie 2011) .

• ( EN ) Joshua Noble, Programming Interactivity: A Designer's Guide to Processing, Arduino și openFramework , în O'Reilly Media , prima ediție, 15 iulie 2005, p. 768.

• ( EN ) Massimo Banzi, Noțiuni introductive despre Arduino , în Make Books , prima ediție, 24 martie 2009, p. 128.

• Lucio Sciamanna, Arduino microprocesorul pentru toată lumea , în Sandit , 2010, p. 140, ISBN 978-88-95990-71-2 .

• Maik Schmidt, Manualul Arduino , în Apogeo , 2011, p. 242, ISBN 978-88-503-3044-7 .

• Michael Margolis, Proiecte și soluții Arduino , în Tecniche Nuove , 2011, p. 625, ISBN 978-88-481-2539-0 .

• Massimo Banzi, Arduino Ghidul oficial , în Tecniche Nuove , 2012, p. 140, ISBN 978-88-481-2726-4 .

• Simone Majocchi, Primii pași în Arduino cu placa Genuino UNO , ediție gratuită în CC-BY-ND-NC descărcabilă de pe bit.ly/PPcGUbSM , 26 ianuarie 2016, p. 115.

• Simone Majocchi, Arduino UNO Advanced programming and system libraries , în Vispa Edizioni , iunie 2012, p. 224, ISBN 978-88-907430-2-3 .

Elemente conexe

• Fritzing
• mici mușcături
• Minibloq
• Prelucrare
• Cablare

Alte proiecte

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Arduino

Collegamenti esterni

• ( EN ) Sito ufficiale , su arduino.cc .
• ( EN ) Blog ufficiale , su blog.arduino.cc .
• ( EN ) Arduino , su GitHub .
• Video tutorial di Arduino in italiano , su italiantechproject.it .

Portale Informatica

Portale Software libero