Другие статьи

Цель нашей работы - изучение аминокислотного и минерального состава травы чертополоха поникшего
2010

Слово «этика» произошло от греческого «ethos», что в переводе означает обычай, нрав. Нравы и обычаи наших предков и составляли их нравственность, общепринятые нормы поведения.
2010

Артериальная гипертензия (АГ) является важнейшей медико-социальной проблемой. У 30% взрослого населения развитых стран мира определяется повышенный уровень артериального давления (АД) и у 12-15 % - наблюдается стойкая артериальная гипертензия
2010

Целью нашего исследования явилось определение эффективности применения препарата «Гинолакт» для лечения ВД у беременных.
2010

Целью нашего исследования явилось изучение эффективности и безопасности препарата лазолван 30мг у амбулаторных больных с ХОБЛ.
2010

Деформирующий остеоартроз (ДОА) в настоящее время является наиболее распространенным дегенеративно-дистрофическим заболеванием суставов, которым страдают не менее 20% населения земного шара.
2010

Целью работы явилась оценка анальгетической эффективности препарата Кетанов (кеторолак трометамин), у хирургических больных в послеоперационном периоде и возможности уменьшения использования наркотических анальгетиков.
2010

Для более объективного подтверждения мембранно-стабилизирующего влияния карбамезапина и ламиктала нами оценивались перекисная и механическая стойкости эритроцитов у больных эпилепсией
2010

Нами было проведено клинико-нейропсихологическое обследование 250 больных с ХИСФ (работающих в фосфорном производстве Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции)
2010


C использованием разработанных алгоритмов и моделей был произведен анализ ситуации в системе здравоохранения биогеохимической провинции. Рассчитаны интегрированные показатели здоровья
2010

Специфические особенности Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции связаны с производством фосфорных минеральных удобрений.
2010

Использование аппаратной платформы arduino в образовательном процессе студентов инженерных специальностей

Аннотация

В этой статье приведена необходимость применения платформы Arduino Uno при изучении микроконтроллеров студентами инженерных специальностей.

Аппаратная платформа Arduino имеет огромную практическую ценность для студентов, обучающихся на инженерных специальностях. На кафедре «Энергетика и радиоэлектроника» СКГУ им. М. Козыбаева нашла свое применение одна из таких платформ как Arduino Uno, славящаяся своей простотой и практичностью. В частности, она активно используется на лабораторных и практических работах по дисциплинам «Мехатроника и робототехника», «Микроконтроллеры и микропроцессоры в электроэнергетике», «Микроконтроллеры и специальные микропроцессоры» у специальностей 5В071600 - «Приборостроение», 5В071800 - «Электроэнергетика» и 5В071900 - «Радиотехника, электроника и телекоммуникации». Плата Arduino Uno имеет довольно компактную форму, что позволяет ей свободно умещаться в ладони. На рисунке 1 изображена плата Arduino Uno в сравнении габаритов со спичечным коробком.

Теперь стоит разобраться, что собой представляет архитектура таких плат. Arduino Uno контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи. В отличие от всех предыдущих плат, использовавших FTDI USB микроконтроллер для связи по USB, новый Arduino Uno использует микроконтроллер ATmega8U2. "Uno" переводится как один с итальянского и разработчики тем самым намекают на грядущий выход Arduino 1.0. Новая плата стала флагманом линейки плат Arduino. Для сравнения с предыдущими версиями можно обратиться к полному списку плат Arduino. Основные характеристики платы вынесены в таблицу 1.

Микроконтроллер

ATmegaS 2 8

Рабочее напряжение

5 В

Входное рекомендуемое напряжение

7-12 В

Входное предельное напряжение

6-20 В

Таблица 1. Основные характеристики платы Arduino Uno

Использование аппаратной платформы Arduino

в образовательном процессе студентов инженерных специальностей

203

Цифровые входы/выходы

14 (6-ШИМ)

Аналоговые входы

6

Постоянный ток через вход/выход

40 мА

Флеш-память

32 Кб

ОЗУ

2 Кб

EEPROM

1 Кб

Тактовая частота

16 МГц

Каждый из 14 цифровых выводов Uno может настроен как вход или выход, используя функции pinMode(), digitalWriteQ, и digitalReadQ. Выводы работают при напряжении 5 В. Каждый вывод имеет нагрузочный резистор (по умолчанию отключен) 20-50 кОм и может пропускать до 40 мА. Некоторые выводы имеют особые функции:

  • последовательная шина: О (RX) и 1 (TX). Выводы используются для получения (RX) и передачи (TX) данных TTL. Данные выводы подключены к соответствующим выводам микросхемы последовательной шины ATmega8U2 USB- to-TTL.
  • внешнее прерывание: 2 и 3. Данные выводы могут быть сконфигурированы на вызов прерывания либо на младшем значении, либо на переднем или заднем фронте, или при изменении значения. Подробная информация находится в описании функции attachlnterruptQ.
  • ТПИМ 3, 5, 6, 9, 10, и 11. Любой из выводов обеспечивает ШИМ с разрешением 8 бит при помощи функции analogWriteQ.
  • SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Посредством данных выводов осуществляется связь SPI, для чего используется библиотека SPI.
  • LED: 13. Встроенный светодиод, подключенный к цифровому выводу 13. Если значение на выводе имеет высокий потенциал, то светодиод горит.

Платформа программируется посредством программного обеспечения Arduino. Из меню Tools > Board выбирается «Arduino Uno» (согласно установленному микроконтроллеру).

Микроконтроллер ATmega328 поставляется с записанным загрузчиком, облегчающим запись новых программ без использования внешних программаторов. Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500 [1].

Таким образом, Arduino Uno - это, в первую очередь, перепрограммируемый микроконтроллер ATmega328 с вынесенной на плату периферией.

Программное обеспечение Arduino имеет довольно простой и понятный интерфейс и, что важно, имеет русифицированную версию (рисунок 2).

На лабораторных и практических занятиях, студенты, как правило, работают входами-выходами платы, которые имеют как аналоговый и цифровой характер. Для начала, проведем эксперимент с цифровыми выводами.

Напишем программу для работы с 9 выводом Arduino, который поддерживает генерацию широтно-импульсного сигнала [2, с. 49-52]. Подключим к выводу светодиода, чья яркость будет меняться с помощью ШИМ, программно генерируемого с микроконтроллера. ШИМ - это сигнал, характеризующийся изменением коэффициента заполнения:

По сути, ШИМ - это эмуляция аналогового сигнала, что делает его неоценимым при изучении микронтроллеров. Ведь ШИМ используется со многими электромеханическими нагрузками, в частности с двигателями постоянного тока.

Язык Arduino основывается на платформе C++, что позволит с легкостью перейти на изучение этого языка программирования.

Прошивка платы осуществляется через последовательный порт персонального компьютера, взаимодействующего с USB-портом Arduino Uno.

Программа для изменяющего яркость светодиода представлена на рисунке 4:

Цифровые контакты Arduino Uno имеют 8-разрядную систему, т.е. могут генерировать значения от О до 255. Таким образом, напряжение в О вольт соответствует десятичному значению 0, а значение напряжения около 5 вольт - десятичному значению 255.

Плату Arduino Uno очень удобно коммутировать с макетными платами, что демонстрирует рисунок 5, где изображен макет для вышеописанной программы.

Теперь проведем эксперимент с аналоговыми входами Arduino Uno. По сути, это подразумевает работу с 6-канальным 10-разрядным аналого-цифровым преобразователем. То есть, он принимает 1024 градации от О до десятичного значения 1023[2, с.64-66]. Соединим аналоговый вход О со средним выводом потенциометра и будем крутить его ручку, что будет соответствовать изменению напряжения на входе О Arduino Uno О до 5 вольт. Рисунок 5 иллюстрирует макет устройства.

Программа для устройства подразумевает считывание аналогового значения с потенциометра и отправку его каждые 0,5 секунд в встроенный в Arduino интерфейс последовательного порта компьютера (рисунок 7) [2, с. 67-71]:

В интерфейсе COM-порта можно увидеть значения напряжения в десятичной форме, т.е. значению в 2,5 вольт соответствует число 512, значению в 5 вольт-число 1023 и т.д. (рисунок 8).

Показания мультиметра при крайне правом положении ручки потенциометра равны 4,95 вольт вместо 5, что обусловлено некоторыми погрешностями АЦП и самим элементом (рисунок 9):

Использование аппаратной платформы Arduino

в образовательном процессе студентов инженерных специальностей

207

Таким образом, описанная плата имеет ряд отличительных достоинств для того, чтобы использовать её в образовательном процессе у студентов инженерных специальностей. Это компактность, удобство программирования, простота коммуникации с макетными платами, наличие 14 цифровых и 6 аналоговых выводов. Это позволяет проводить различные выводы по изучению микроконтроллеров и собирать макеты различной сложности.

На основе изученной платы Arduino Uno, автор перешел к изучению более сложных плат - Arduino Mega 2560 и Arduino Due. Такие многофункциональные платы, подразумевающие даже генерацию аналогового сигнала, могут использоваться в сложных системах автоматизации. В частности, на основе работы таких плат, готовится диссертационное исследование по разработке высокоточной автоматизированной системы управления двухдвигательным асинхронным электроприводом механизма вращения крупногабаритных агрегатов.

Литература:

1. http://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardUno

2. Джереми Блум. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. - СПб.: БХВ-Петербург. 2016. - 336 с.: ил.

Разделы знаний

Архитектура

Научные статьи по Архитектуре

Биология

Научные статьи по биологии 

Военное дело

Научные статьи по военному делу

Востоковедение

Научные статьи по востоковедению

География

Научные статьи по географии

Журналистика

Научные статьи по журналистике

Инженерное дело

Научные статьи по инженерному делу

Информатика

Научные статьи по информатике

История

Научные статьи по истории, историографии, источниковедению, международным отношениям и пр.

Культурология

Научные статьи по культурологии

Литература

Литература. Литературоведение. Анализ произведений русской, казахской и зарубежной литературы. В данном разделе вы можете найти анализ рассказов Мухтара Ауэзова, описание творческой деятельности Уильяма Шекспира, анализ взглядов исследователей детского фольклора.  

Математика

Научные статьи о математике

Медицина

Научные статьи о медицине Казахстана

Международные отношения

Научные статьи посвященные международным отношениям

Педагогика

Научные статьи по педагогике, воспитанию, образованию

Политика

Научные статьи посвященные политике

Политология

Научные статьи по дисциплине Политология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Психология

В разделе "Психология" вы найдете публикации, статьи и доклады по научной и практической психологии, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. В своих работах авторы делают обзоры теорий различных психологических направлений и школ, описывают результаты исследований, приводят примеры методик и техник диагностики, а также дают свои рекомендации в различных вопросах психологии человека. Этот раздел подойдет для тех, кто интересуется последними исследованиями в области научной психологии. Здесь вы найдете материалы по психологии личности, психологии разивития, социальной и возрастной психологии и другим отраслям психологии.  

Религиоведение

Научные статьи по дисциплине Религиоведение опубликованные в Казахстанских научных журналах

Сельское хозяйство

Научные статьи по дисциплине Сельское хозяйство опубликованные в Казахстанских научных журналах

Социология

Научные статьи по дисциплине Социология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Технические науки

Научные статьи по техническим наукам опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физика

Научные статьи по дисциплине Физика опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физическая культура

Научные статьи по дисциплине Физическая культура опубликованные в Казахстанских научных журналах

Филология

Научные статьи по дисциплине Филология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Философия

Научные статьи по дисциплине Философия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Химия

Научные статьи по дисциплине Химия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Экология

Данный раздел посвящен экологии человека. Здесь вы найдете статьи и доклады об экологических проблемах в Казахстане, охране природы и защите окружающей среды, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. Авторы рассматривают такие вопросы экологии, как последствия испытаний на Чернобыльском и Семипалатинском полигонах, "зеленая экономика", экологическая безопасность продуктов питания, питьевая вода и природные ресурсы Казахстана. Раздел будет полезен тем, кто интересуется современным состоянием экологии Казахстана, а также последними разработками ученых в данном направлении науки.  

Экономика

Научные статьи по экономике, менеджменту, маркетингу, бухгалтерскому учету, аудиту, оценке недвижимости и пр.

Этнология

Научные статьи по Этнологии опубликованные в Казахстане

Юриспруденция

Раздел посвящен государству и праву, юридической науке, современным проблемам международного права, обзору действующих законов Республики Казахстан Здесь опубликованы статьи из научных журналов и сборников по следующим темам: международное право, государственное право, уголовное право, гражданское право, а также основные тенденции развития национальной правовой системы.