Современные информационные технологии/ 2Вычислительная техника и программирование

Кандидат педагогических наук С.А.Мартыненко,

студент четвертого курса Е.А.Журенко

ОСПНАУ Славянский колледж Национального авиационного университета, Украина

Программно-аппаратное ядро платформы Arduino

ХХІ век характеризуется интенсивным развитием микроэлектроники, наблюдается также увеличение вычислительной мощности современных микроконтроллеров. Последнее приводит к снижению цен на микроконтроллеры, и позволяет использовать возможности которые они предоставляют, в таких электроприводах, где ранее использование микроконтроллеров было экономически нецелесообразным. На рынке имеется огромный выбор программируемых логических контроллеров (ПЛК) от известных производителей Siemens, Advantech и др, которые обладают рядом достоинств: надежность, удобное программное обеспечение для работы с ПЛК и обучения персонала, техническая поддержка пользователей в режиме онлайн и т.д.

 В то же время, несмотря на известные достоинства указанных ПЛК существует также один существенный недостаток – высокая цена таких ПЛК, что является особенно актуальным для небольших предприятий и большинства высших учебных заведений. Поэтому актуальной является задача выбора альтернативы дорогим ПЛК, которую можно рекомендовать для обучения студентов принципам работы с микроконтроллерами и построения достаточно простых управляемых электроприводов. В качестве такой альтернативы эффективно применять относительно недорогие микроконтроллеры Atmel/AVR, и в частности, вычислительную платформу Arduino.

Таким образом, цель статьи – это раскрыть содержание программно-аппаратного ядра платформы Arduino, выделить преимущества использования платформы Arduino.

 

Ядро команды разработчиков Arduino составляют: М.Банци, Д.Куартиллье, Т.Иго, Дж.Мартино, Д.Меллис, Н.Замбетти. Также над проблемой программно-аппаратного ядра платформы Arduino плодотворно работают П.Александрович, Х.Блемингс, Дж.Боксал, Д.Борчерз, Дж.Ворен, Д.Джолиф, В.Зюбин, С.Монк, М.Марголис и др.

Перейдем к рассмотрению программного ядра Arduino. Для программирования Arduino не требуется внешний программатор, так как в микроконтроллере уже зашит загрузчик (BootLoader). Загрузка программы в Arduino осуществляется посредством последовательного порта (RS232), либо при помощи USB интерфейса. Таким образом, чтобы запрограммировать Arduino, достаточно подключить плату к персональному компьютеру через USB порт. Программирование осуществляется на языке Processing/Wiring, который имеет синтаксис схожий с С++. Для написания программ используется свободно-распространяемый редактор Arduino IDE [1, 2, 3].

Рассмотрим аппаратное ядро Arduino. Так, комплектующими платы Arduino являются: микроконтроллер Atmel AVR, элементная обвязка для программирования и интеграции с другими схемами. На каждой плате обязательно присутствуют: линейный стабилизатор напряжения 5 В, 16 МГц кварцевый генератор. Все платы программируются через RS-232 (последовательное соединение), однако реализация указанного способа отличается от версии к версии. Также платы Arduino позволяют использовать большую часть I/O выводов микроконтроллера во внешних схемах. Таким образом, аппаратное ядро включает в себя: 1 – контакт Analog Reference, 2 – заземление, 3 – цифровые выводы, 4 –контакт для передачи информации на компьютер, 5 – контакт для получения информации с компьютера, 6 – кнопка для перезагрузки платы,  7 – контакты для ISP соединения, 8 – микроконтроллер ATmega328, 9 – аналоговые выводы, 10 – контакт входного вольтажа, 11 – заземление, 12 –питание 5В, 13 – питание 3.3В, 14 контакт для перезагрузки, 15 – разъём для дополнительного питания, 16 – USB соединение (Рис.1) [5].

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

Платформа Arduino нашла себе применение во многих сферах

Рис.1. Аппаратное ядро Arduino

Подводя итоги выше изложенного, выделяем следующие достоинства платформы Arduino. Во-первых, низкая стоимость по сравнению с похожими аппаратными платформами: готовые модули Arduino стоят не дороже 50$, а возможность собрать плату вручную позволяет максимально сэкономить средства и получить Arduino за минимальную цену. Во-вторых, кроссплатформенность. Программное обеспечение Arduino работает на операционных системах Windows, Macintosh OSX и Linux, в то время, как большинство подобных систем ориентированы на работу только в Windows.

 В-третьих, простая и удобная среда программирования для начинающих, но при этом достаточно гибка для профессионалов. В-четвертых, расширяемое программное обеспечение с открытым исходным кодом, благодаря чему квалифицированные программисты могут изменять и дополнять его. Возможности языка Arduino можно также расширять с помощью C++ библиотек.

И наконец, расширяемое открытое аппаратное обеспечение. Устройства Arduino построены на базе микроконтроллеров Atmel ATmega8 и ATmega168. Благодаря тому, что все схемы модулей Arduino опубликованы под лицензией Creative Commons, опытные инженеры и разработчики могут создавать свои версии устройств на основе существующих.

Таким образом, в процессы исследования было рассмотрено программно-аппаратное ядро платформы Arduino. Сформулировано основные достоинства данной платформы: низкая стоимость, кроссплатформенность, простая и удобная среда программирования, расширяемое открытое аппаратное обеспечение. Доказано, что использование платформы Arduino является оптимальным для использования в специальных высших учебных заведениях с целью формирования соответствующих профессиональных навыков студентов.

 

Литература:

1.     Александрович П. В.Проекты с использованием контроллера Arduino. БХВ-Петербург, 2014. 400 с.

2.     John-David Warren. Arduino Robotics / John-David Warren, Josh Adams

Harald Molle. – 2011. – 626 р.

3.     http://www.arduino.cc  Официальный сайт платформы Arduino

4.     D.Jolliffe. Arduino Feve / D.Jolliffe //Maker:Volume. – 2007. – C.52-53.

5.     http://suli-company.org.ua/electro/arduino/1106-vvedenie-arduino.html – стаья «Введение Arduino» на научно-техническом сайте С.Асабашвили

6.     Зюбин В.Е. Программирование информационно-управляющих систем на основе конечных автоматов: Учеб.-метод. пособие / В.Е.Зюбин.Новосиб. гос. ун-т.: Новосибирск. 2006. 96 с.

7.     Boxall J. Arduino Workshop / J. Boxall J.   – No Starch Press, 2013. – 394 p.