4. Arduino Basics I
La placa de control Arduino
Què és Arduino?
Les plaques Arduino són petits ordinadors amb els quals pots llegir informació de diferents sensors, així com controlar llums, motors i moltes altres coses. Són un dels pocs exemples de hardware opensource o hardware lliure, cosa que significa que tothom amb els coneixements necessaris pot millorar la placa, ja que la informació sobre com està feta és d’accés lliure.
L’entorn de programació necessari per treballar amb les plaques arduino també és opensource o de codi obert.
La gran majoria dels sistemes que ens envolten són ordinadors de diferents mides. Els ordinadors no necessiten tenir teclat ni pantalla. Hi ha ordinadors al microones de la cuina, dins els ascensors per detectar quin botó prems i, als cotxes, hi ha més de 70 ordinadors semblants a Arduino…
De fet, hi ha ordinadors per tot arreu.
Com que Arduino, a diferència de l’ordinador que utilitzes normalment, no té pantalla ni teclat, es necessita un programa extern executat en un altre ordinador per poder-hi escriure programes.
Aquest software és el que anomenem Arduino IDE. IDE significa Integrated Development Environment (Entorn de Desenvolupament Integrat), i és un terme comú per referir-nos a aquest tipus de software.
S’escriu el programa a l’IDE, el carregues a l’Arduino i el programa s’executa a la placa.
Però a banda de l’IDE, també podem fer servir altres entorns de programació que funcionen per blocs. És el cas de l’entorn que farem servir nosaltres, anomenat Snap4Arduino.
Una altra característica comuna a tots els ordinadors és que utilitzen lògica binària.
Lògica binària significa que només hi ha dues possibilitats, dos estats, que són l '1’ i el ‘0’.
L' ’1’ també es pot anomenar TRUE (cert), mentre que el ‘0’ simbolitza el concepte FALSE (fals).
Així, podem fer preguntes com ara ‘¿S’ha arribat a una temperatura de 20 graus?’.
La resposta només pot ser:
- Certa ‘TRUE’ (és a dir ‘1’ o ‘HIGH’), o bé,
- Falsa ‘FALSE’ (és a dir ‘0’ o ‘LOW’).
Esquema d’un sistema electrònic fet amb Arduino
L’esquema d’un sistema electrònic amb Arduino seria així:
El programa serà el conjunt d’instruccions que li diran a Arduino què ha de fer amb les dades que arriben per les entrades (dades d’entrada) i com han de ser tractades o processades per aconseguir els resultats desitjats en el sistema, que es mostraran per mitjà de les sortides o actuadors.
Com es veu en l’esquema, es pot programar indistintament amb l’IDE d’Arduino o amb Snap4Arduino.
Important!
Una vegada hem carregat el programa a Arduino, aquest es va executant contínuament mentre la placa estigui alimentada, o sigui, connecatda a la tensió elèctrica.
Connexió
Les plaques Arduino es connecten a l’ordinador utilitzant un cable USB, com ho fem amb la impressora, el teclat o fins i tot un comandament de videojocs.
Arduino necessita estar connectat a l’ordinador a través del cable USB per dos motius:
- Per carregar el programa fet amb l’IDE o amb Snap4Arduino.
- El cable USB serveix també per a subministrar tensió elèctrica a la placa.
Si desconnectem el cable USB, Arduino deixarà de funcionar, ja que no tindrà alimentació elèctrica.
Per evitar-ho, Arduino també disposa d’un connector per a pila externa, de forma que si desconnectem el cable USB, pugui seguir funcionant igualment. (Això sí, quan s’esgoti la pila, Arduino deixarà de funcionar).
Opció a) Connectat a l’ordinador amb cable USB.
Opció b) Connectat amb pila externa
Un cop d'ull a la placa Arduino UNO
En ser Arduino hardware lliure hi ha moltes plaques diferents en el mercat. Vosaltres fareu servir la placa Arduino Uno, que és la més usada.
Les seves parts són:
- 14 pins digitals (poden ser entrades o sortides), identificats del 0 al 13 (D0, D1, D2...D13).
- 6 pins analògics (només poden ser entrades), identificats del pin A0 al pin A5.
- 1 port USB, per on la placa rep l’alimentació i per on es carreguen els programes a la placa.
- 2 connectors de terra (GND, de l’anglès ground), és a dir, el pin de 0 V de tensió o terra.
- 1 terminal (Power Connector) per connectar-hi la pila (en aplicacions on no vulguem que Arduino estigui connectat amb un cable USB a l’ordinador).
- 1 led taronja connectat al pin digital 13.
- 1 led vermell que indica que la placa està alimentada correctament.
- 2 leds TX i RX que s’il·luminen sempre que Arduino enviï o rebi dades.
- 1 botó de Reset (en prémer-lo el programa carregat a la placa desapareixerà).
Les Shields
En el món Arduino, les shields (capa, en anglès) són plaques que poden connectar-se a sobre de l’Arduino i així ampliar-ne les capacitats tècniques.
Cal tenir present que per treballar amb Arduino no ens cal, de fet, cap shield. Només les farem servir quan en vulguem ampliar les capacitats.
En el nostre cas farem servir una shield coneguda com a Shield Bàsica Educativa, però al mercat n’hi ha de diversos tipus.
A continuació pots veure l’esquema de la Shield Bàsica Educativa:
Aquesta shield bàsicament amplia les capacitats de la placa amb tres ports especials de tipus ‘Tinkerkit, (dos digitals i un analògic). Aquests ports simplifiquen el connexionat de determinats components d’entrada i de sortida.
La Protoboard o breadboard
Com que hem de connectar sensors i actuadors necessitem un espai físic on fer-ho. Normalment es treballa amb unes plaques conegudes com a protoboards (de l’anglès, placa de prototipatge) o anomenades també breadboards.
Hi ha dos tipus de breadboards: les petites i les grans.
