Arduino. Przepisy na rozpoczęcie, rozszerzanie i udoskonalanie projektów. Wydanie III

Popularność Arduino szybko rośnie. Dla niektórych jest to uzależniające hobby, dla innych - praktyczny, tani komputer, który może komunikować się ze światem zewnętrznym i obsługiwać przeróżne urządzenia elektroniczne. Arduino jest przy tym stosunkowo prosty w obsłudze nawet dla osób bez doświadczenia w programowaniu i elektronice. Wystarczy dobry pomysł i dzięki Arduino można łatwo tworzyć projekty związane z internetem rzeczy, czujniki monitorujące otoczenie, a także urządzenia reagujące na dotyk, dźwięk, temperaturę czy światło. Książka stanowi zbiór ponad dwustu receptur ułatwiających wykorzystanie potencjału Arduino 1.8. Jest dostosowana do potrzeb osób, które chcą po prostu szybko znaleźć rozwiązanie problemu ze sprzętem czy z kodem. Zawiera informacje potrzebne do pomyślnej realizacji szerokiej gamy projektów oraz dostosowania ich do szczególnych potrzeb. Nie ma tu przydługawych rozważań teoretycznych, za to są wskazówki pozwalające na błyskawiczne napisanie działającego kodu. Praktyczne receptury umożliwiające wykonanie wielu popularnych zadań przydadzą się zarówno adeptom Arduino, jak i doświadczonym programistom, którzy chcą skutecznie korzystać z niskopoziomowych zasobów kontrolera AVR. W książce znajdziesz receptury dotyczące: koncepcji pracy z programowaniem płytki Arduino odczytywania sygnałów cyfrowych i analogowych wykorzystywania różnorodnych czujników i urządzeń wejścia stosowania wyświetlaczy, generowania dźwięków i sterowania pracą silników komunikowania się ze zdalnie sterowanymi urządzeniami domowymi zaawansowanych technik programowania i zarządzania pamięcią Jaki zadziwiający projekt zrobisz dziś z Arduino? Spis treści Wstęp Rozdział 1. Wprowadzenie do Arduino 1.0. Wprowadzenie 1.1. Instalacja zintegrowanego środowiska programistycznego (IDE) 1.2. Rozpoczęcie pracy z płytką Arduino 1.3. Przygotowanie szkicu Arduino za pomocą zintegrowanego środowiska programistycznego 1.4. Wgrywanie i uruchamianie szkicu Blink 1.5. Tworzenie i zapisywanie szkicu 1.6. Pierwszy prosty projekt Arduino 1.7. Użycie płytek spoza standardowej dystrybucji z Arduino 1.8. Korzystanie z 32-bitowego Arduino lub płytki kompatybilnej z Arduino 2.0. Wprowadzenie Rozdział 2. Programowanie w Arduino 2.1. Typowy szkic Arduino 2.2. Stosowanie prostych typów zmiennych 2.3. Stosowanie liczb zmiennoprzecinkowych 2.4. Praca z zestawem wartości 2.5. Korzystanie z możliwości łańcucha znaków w Arduino 2.6. Korzystanie z tablic znaków języka C 2.7. Dzielenie tekstu rozdzielonego przecinkami na grupy 2.8. Zamiana liczby na łańcuch znaków 2.9. Zamiana łańcucha znaków na liczbę 2.10. Podział kodu na funkcjonalne bloki 2.11. Zwracanie więcej niż jednej wartości z funkcji 2.12. Wykonywanie instrukcji w zależności od warunku 2.13. Powtarzanie sekwencji poleceń, gdy warunek jest spełniony 2.14. Powtarzanie poleceń za pomocą licznika 2.15. Przerywanie pętli for 2.16. Wykonywanie wielu różnych operacji w oparciu o jedną zmienną 2.17. Porównywanie znaków i wartości liczbowych 2.18. Porównywanie łańcuchów znaków 2.19. Przeprowadzanie porównań logicznych 2.20. Stosowanie operatorów bitowych 2.21. Skrócone operatory przypisania 3.0. Wprowadzenie Rozdział 3. Działania matematyczne 3.1. Dodawanie, odejmowanie, mnożenie i dzielenie 3.2. Inkrementacja i dekrementacja wartości 3.3. Reszta z dzielenia dwóch wartości 3.4. Wartość bezwzględna 3.5. Ograniczanie wartości liczby do danego zakresu 3.6. Wartość minimalna i wartość maksymalna 3.7. Podnoszenie liczby do potęgi 3.8. Obliczanie pierwiastka kwadratowego 3.9. Zaokrąglanie liczb zmiennoprzecinkowych w dół i w górę 3.10. Funkcje trygonometryczne 3.11. Liczby losowe 3.12. Ustawianie i odczytywanie bitów 3.13. Przesuwanie bitów 3.14. Wyciąganie najmniej i najbardziej znaczących bajtów ze zmiennej typu int lub long 3.15. Tworzenie zmiennej int lub long z połączenia górnych i dolnych bajtów Rozdział 4. Komunikacja szeregowa 4.0. Wprowadzenie 4.1. Wysyłanie informacji z Arduino do komputera 4.2. Wysyłanie sformatowanego tekstu i danych liczbowych z Arduino 4.3. Odbieranie danych szeregowych przez Arduino 4.4. Wysyłanie z Arduino wielu informacji w jednej wiadomości 4.5. Odbieranie na Arduino wielu informacji w jednej wiadomości 4.6. Wysyłanie danych binarnych z Arduino 4.7. Odbieranie na komputerze danych binarnych wysłanych z Arduino 4.8. Wysyłanie wartości binarnych z Processingu do Arduino 4.9. Wysyłanie wartości wielu pinów Arduino 4.10. Zapisywanie danych z Arduino w pliku rejestru zdarzeń na komputerze 4.11. Wysyłanie danych do kilku urządzeń szeregowych 4.12. Odbieranie danych z kilku urządzeń szeregowych 4.13. Użycie Arduino z Raspberry Pi Rozdział 5. Proste wejścia cyfrowe i analogowe 5.0. Wprowadzenie 5.1. Wykorzystanie przycisku 5.2. Korzystanie z przycisku bez zewnętrznych rezystorów 5.3. Rozwiązanie problemu drgających styków 5.4. Sprawdzanie, jak długo przycisk był wciśnięty 5.5. Odczytywanie wartości z klawiatury numerycznej 5.6. Odczytywanie wartości analogowych 5.7. Zmiana zakresu wartości 5.8. Odczytywanie więcej niż sześciu wejść analogowych 5.9. Pomiar napięcia do 5 V 5.10. Reagowanie na zmiany napięcia 5.11. Pomiar napięcia wyższego niż 5 V (dzielniki napięcia) Rozdział 6. Odczytywanie informacji wejściowych z czujników 6.0. Wprowadzenie 6.1. Arduino z wieloma wbudowanymi czujnikami 6.2. Wykrywanie ruchu 6.3. Wykrywanie światła 6.4. Wykrywanie ruchów istot żywych 6.5. Pomiar odległości 6.6. Dokładny pomiar odległości 6.7. Wykrywanie drgań 6.8. Wykrywanie dźwięku 6.9. Pomiar temperatury 6.10. Odczytywanie etykiet RFID (NFC) 6.11. Monitorowanie ruchu obrotowego 6.12. Monitorowanie ruchu obrotowego w szkicu z przerwaniami, który wykonuje wiele zadań 6.13. Korzystanie z myszki 6.14. Pobieranie pozycji z modułu GPS 6.15. Wykrywanie obrotu za pomocą żyroskopu 6.16. Wykrywanie kierunku 6.17. Odczytywanie przyspieszenia Rozdział 7. Optyczne urządzenia wyjścia 7.0. Wprowadzenie 7.1. Podłączanie i wykorzystywanie diod LED 7.2. Dostosowywanie jasności diody LED 7.3. Korzystanie z diod LED wysokiej mocy 7.4. Dostosowywanie koloru diody LED 7.5. Sterowanie wieloma kolorowymi diodami LED 7.6. Sterowanie wieloma diodami LED — tworzenie wykresu słupkowego 7.7. Sterowanie wieloma diodami LED — efekt pływającego światła 7.8. Sterowanie matrycą diod LED za pomocą multipleksowania 7.9. Wyświetlanie obrazków na matrycy LED 7.10. Sterowanie matrycą LED — charlieplexing 7.11. Sterowanie 7-segmentowym wyświetlaczem LED 7.12. Sterowanie kilkucyfrowymi wyświetlaczami 7-segmentowymi: multipleksowanie 7.13. Sterowanie kilkucyfrowymi wyświetlaczami 7-segmentowymi za pomocą mniejszej liczby pinów 7.14. Sterowanie matrycą diod LED za pomocą rejestrów przesuwnych MAX72xx 7.15. Zwiększenie liczby analogowych wyjść za pomocą generatorów PWM 7.16. Wykorzystanie miernika analogowego jako wyświetlacza Rozdział 8. Fizyczne urządzenia wyjścia 8.0. Wprowadzenie 8.1. Sterowanie obrotem za pomocą serwomechanizmu 8.2. Sterowanie obrotem serwomechanizmu za pomocą potencjometru lub czujnika 8.3. Sterowanie prędkością serwomechanizmów przystosowanych do pracy ciągłej 8.4. Sterowanie serwomechanizmami za pomocą poleceń wysyłanych z komputera 8.5. Sterowanie silnikiem bezszczotkowym (za pomocą hobbystycznego regulatora prędkości) 8.6. Sterowanie solenoidami i przekaźnikami 8.7. Wywoływanie wibracji obiektu 8.8. Sterowanie silnikiem szczotkowym za pomocą tranzystora 8.9. Sterowanie kierunkiem obrotu silnika szczotkowego za pomocą mostku H 8.10. Sterowanie kierunkiem obrotu i prędkością silnika szczotkowego za pomocą mostku H 8.11. Stosowanie czujników do sterowania kierunkiem obrotu i prędkością silników szczotkowych 8.12. Sterowanie bipolarnym silnikiem krokowym 8.13. Sterowanie bipolarnym silnikiem krokowym (za pomocą płytki EasyDriver) 8.14. Sterowanie unipolarnym silnikiem krokowym za pomocą sterownika ULN2003A Rozdział 9. Dźwiękowe urządzenia wyjścia 9.0. Wprowadzenie 9.1. Granie dźwięków 9.2. Odtwarzanie prostej melodii 9.3. Generowanie więcej niż jednego dźwięku jednocześnie 9.4. Generowanie dźwięków niekolidujące z PWM 9.5. Sterowanie MIDI 9.6. Utworzenie syntezatora audio 9.7. Osiągnięcie wysokiej jakości syntezy audio Rozdział 10. Zdalne sterowanie 10.0. Wprowadzenie 10.1. Odbieranie sygnałów z pilota na podczerwień 10.2. Odkodowywanie sygnałów podczerwieni 10.3. Naśladowanie sygnałów pilota 10.4. Sterowanie aparatem cyfrowym 10.5. Sterowanie urządzeniami na prąd zmienny przez zhakowanie zdalnie sterowanego przełącznika Rozdział 11. Wyświetlacze 11.0. Wprowadzenie 11.1. Tekstowe wyświetlacze LCD 11.2. Formatowanie tekstu 11.3. Włączanie i wyłączanie kursora i wyświetlacza 11.4. Przewijanie tekstu 11.5. Wyświetlanie znaków specjalnych 11.6. Tworzenie własnych znaków 11.7. Wyświetlanie symboli złożonych z kilku znaków 11.8. Wyświetlanie pikseli mniejszych niż pojedynczy znak 11.9. Wybór graficznego wyświetlacza LCD 11.10. Sterowanie kolorowym wyświetlaczem LCD 11.11. Sterowanie monochromatycznym wyświetlaczem OLED Rozdział 12. Godziny i daty 12.0. Wprowadzenie 12.1. Stosowanie funkcji millis do pomiaru czasu 12.2. Tworzenie przerw w szkicu 12.3. Precyzyjne mierzenie długości impulsu 12.4. Wykorzystanie Arduino jako zegarka 12.5. Regularne wywoływanie funkcji 12.6. Korzystanie z zegara czasu rzeczywistego 13.0. Wprowadzenie Rozdział 13. Komunikacja za pomocą I2C i SPI 13.1. Podłączanie kilku urządzeń I2C 13.2. Podłączanie kilku urządzeń SPI 13.3. Praca z układem scalonym I2C 13.4. Zwiększenie liczby wejść i wyjść za pomocą ekspandera wyprowadzeń I2C 13.5. Komunikacja między kilkoma płytkami Arduino 13.6. Korzystanie z akcelerometru wbudowanego w kontrolerze Wii Rozdział 14. Prosta komunikacja bezprzewodowa 14.0. Wprowadzenie 14.1. Wysyłanie wiadomości za pomocą tanich modułów bezprzewodowych 14.2. Podłączenie Arduino przez ZigBee lub sieć 802.15.4 14.3. Wysyłanie wiadomości do konkretnego XBee 14.4. Przesyłanie danych z czujników między modułami XBee 14.5. Włączanie elementu wykonawczego za pomocą XBee 14.6. Łączenie się z urządzeniami wyposażonymi w Bluetooth Classic 14.7. Łączenie się z urządzeniami za pomocą Bluetootha Low Energy Rozdział 15. Wi-Fi i Ethernet 15.0. Wprowadzenie 15.1. Łączenie się z siecią Ethernet 15.2. Automatyczne uzyskiwanie swojego adresu IP 15.3. Wysyłanie i odbieranie prostych wiadomości 15.4. Użycie Arduino z wbudowanym Wi-Fi 15.5. Łączenie się z Wi-Fi za pomocą niedrogich modułów 15.6. Wyciąganie danych z odpowiedzi z serwera 15.7. Żądanie danych z serwera sieciowego w formacie XML 15.8. Arduino jako serwer sieciowy 15.9. Obsługa przychodzących żądań sieciowych 15.10. Obsługa przychodzących żądań dla określonych stron 15.11. Formatowanie odpowiedzi z serwera za pomocą HTML 15.12. Pobieranie danych z serwera za pomocą formularzy (POST) 15.13. Obsługa stron internetowych z dużą ilością danych 15.14. Publikowanie wiadomości na Twitterze 15.15. Wymiana danych w internecie rzeczy 15.16. Wysyłanie danych do brokera MQTT 15.17. Subskrypcja danych z brokera MQTT 15.18. Pobieranie godziny i daty z internetowego serwera czasu Rozdział 16. Stosowanie, modyfikowanie i tworzenie bibliotek 16.0. Wprowadzenie 16.1. Korzystanie z bibliotek wbudowanych w Arduino IDE 16.2. Instalacja bibliotek zewnętrznych 16.3. Modyfikacja biblioteki 16.4. Tworzenie własnych bibliotek 16.5. Tworzenie bibliotek wykorzystujących inne biblioteki 16.6. Aktualizacja bibliotek niestandardowych dla Arduino 1.0 Rozdział 17. Zaawansowane techniki programowania i obsługa pamięci 17.0. Wprowadzenie 17.1. Zrozumienie procesu kompilacji i wgrywania kodu źródłowego na płytkę 17.2. Określanie ilości zajętej i wolnej pamięci RAM 17.3. Przechowywanie danych liczbowych w pamięci flash i ich pobieranie 17.4. Przechowywanie łańcuchów znaków w pamięci flash i ich pobieranie 17.5. Stosowanie #define i const zamiast liczb całkowitych 17.6. Stosowanie kompilacji warunkowych Rozdział 18. Bezpośrednie korzystanie ze sprzętu kontrolera 18.0. Wprowadzenie 18.1. Przechowywanie danych w nieulotnej pamięci EEPROM 18.2. Automatyczne wykonywanie operacji po zmianie stanu pinu 18.3. Wykonywanie operacji cyklicznych 18.4. Ustawianie impulsu szerokości i długości licznika 18.5. Tworzenie generatora impulsów 18.6. Zmiana częstotliwości PWM licznika 18.7. Zliczanie impulsów 18.8. Dokładny pomiar impulsów 18.9. Szybki pomiar wartości analogowych 18.10. Zmniejszenie zużycia baterii 18.11. Bardzo szybkie ustawienie pinów cyfrowych 18.12. Wgrywanie szkiców za pomocą programatora 18.13. Zastępowanie programu rozruchowego Arduino 18.14. Poruszanie kursorem myszki na komputerze (PC lub Mac) Dodatek A. Komponenty elektroniczne Kondensator Dioda Obwody zintegrowane Klawiatura numeryczna Dioda LED Silnik prądu stałego (DC) Transoptor Fotorezystor Brzęczyk piezoelektryczny Potencjometr Przekaźnik Opornik Solenoid Głośnik Silnik krokowy Przełącznik Tranzystor Zobacz również Dodatek B. Czytanie schematów i dokumentacji Czytanie dokumentacji Wybór i stosowanie tranzystorów do zwiększania natężenia Dodatek C. Budowa obwodu Korzystanie z płytki stykowej Podłączanie i stosowanie zewnętrznych źródeł zasilania i baterii Stosowanie kondensatorów odsprzęgających Stosowanie tłumików przepięć z obciążeniami indukcyjnymi Praca z napięciami linii prądu zmiennego Dodatek D. Wskazówki dotyczące rozwiązywania problemów z programem Kod, który się nie kompiluje Kod, który się kompiluje, ale nie działa zgodnie z założeniami Dodatek E. Wskazówki dotyczące rozwiązywania problemów ze sprzętem Twój problem wciąż nie jest rozwiązany? Dodatek F. Piny cyfrowe i analogowe Dodatek G. Tabela ASCII i rozszerzony zestaw znaków