Programovatelný robot ARDUINO AREXX AAR-04
Obj. č.: 19 16 94
Vážení zákazníci,
děkujeme Vám za Vaši důvěru a za nákup programovatelného robota ARDUINO ARREX AAR-04.
Tento návod k obsluze je součástí výrobku. Obsahuje důležité pokyny k uvedení výrobku
do provozu a k jeho obsluze. Jestliže výrobek předáte jiným osobám, dbejte na to, abyste
jim odevzdali i tento návod.
Ponechejte si tento návod, abyste si jej mohli znovu kdykoliv přečíst!
Stránky technické pomoci: www.arexx.com a www.roboternetz.de
Popis výrobku AAR
Rodina robotů ARDUINO
Arduino je volně dostupná platforma pro vývoj elektronických prototypů, která zahrnuje mikro
kontrolér, všechny periferní rozhraní a požadovaný software.
Koncept Arduino byl navržen tak, aby vám nejjednodušším možným způsobem pomohl pochopit
moderní elektroniku robotů, senzory a jejich ovládací software.
AREXX Arduino přichází jako nástupce robota ASURO, který se programuje v jazyce C. Nový robot
připomíná svého předchůdce ASURO, ale v kombinaci s volně dostupným programovacím jazykem je
programování systému Arduino mnohem snadnější.
Rozsah dodávky
Robot Arduino AAR-004
USB programovací kabel
CD-ROM, který obsahuje všechen požadovaný software a ukázkové programy
Návod k použití
Bezpečnostní pokyny
UPOZORNĚNÍ
1. Pozor! Tento návod si musíte přečíst ještě předtím, než jakoukoli část robota připojíte k napájení!
Špatná připojení mohou poškodit hardware.
2. Pozor! Pečlivě si zkontrolujte schéma vývodů a při propojování obvodu buďte opatrní. Špatná
připojení mohou poškodit moduly. Dodržujte správnou polaritu napájení. Obrácená polarita může
poškodit hardware.
3. Pozor! Nepoužívejte napájecí zdroj, jehož napětí je mimo určený rozsah! Používejte stabilizované
a filtrované zdroje. Abyste se vyhnuli špičkám.
4. Pozor! Základní deska není nijak chráněna proti vodě a prachu. Systém proto používejte
a uchovávejte jen v suchém prostředí.
5. Pozor! Dávejte pozor, aby nedošlo ke zkratu na kovovém povrchu a desku plošných spojů ani
konektory nevystavujte příliš velké síle nebo váze.
6. Pozor! Dávejte pozor, aby nedocházelo k elektrostatickým výbojům (viz preventivní
a bezpečnostní a popis pod heslem "Elektrostatický výboj" ve Wikipedii).
Obecně bezpečnostní pokyny
• Právo na vrácení výrobku ztrácíte po otevření plastových sáčků obsahujících jednotlivé části
a komponenty.
• Pozorně si přečtěte tento návod ještě předtím, než začnete robota skládat.
• Při manipulaci s nástroji zachovávejte opatrnost.
• Výrobek udržujte mimo dosah dětí. Neskládejte robota v přítomnosti malých dětí. Mohly by
se poranit nástroji, nebo spolknout malé části a komponenty.
• Zkontrolujte správnou polaritu baterií.
• Dávejte pozor, aby byly baterie stále suché. Pokud se Arduino namočí, vyjměte baterie a všechny
části co nejlépe vysušte.
• Když nebudete robota delší čas používat, vyjměte z něj baterie.
Kdo, nebo co je ARDUINO?
Arduino je jednočipový počítač s volně dostupným zdrojovým kódem, který umožňuje jednoduchý
přístup k programování, integrovaným obvodům a k projektovým platformám pro kumštýře,
konstruktéry a jiné nadšence.
Platforma Arduino je založena na mikropočítači Atmel ATmega168 nebo Atmega328. Systém nabízí
uživatelům digitální porty I/O a analogové vstupní kanály, které umožňují, aby systém Arduino přijímal
a reagoval na signály z okolí.
Na trhu je k dostání několik desek Arduino, jako např. Arduino Uno, Arduino LilyPad a Arduino Mega
2560. Každá z těchto desek je navržena k určitému účelu a uživatel si tak může vybrat ideální sadu
pro téměř každý projekt.
Například vstupní signály lze přijímat z přepínačů, světelných senzorů, senzorů rychlosti a zrychlení,
nebo ze senzorů teploty a kolizních senzorů. Mimo to je možné přijímat příkazy i z jakéhokoli zdroje na
webu. Výstupní signály se využívají k ovládání motorů, čerpadel a obrazovek displejů.
Součástí systému je kompilátor pro standardizovaný programovací jazyk a bootloader. Programovací
jazyk vychází z Wiring a koresponduje s jazykem C++.
Projekt Arduino vznikl původně v roce 2005 ve městě Ivrea v Itálii. Jeho cílem bylo podpořit studenty
vytvořit pro ně jednoduchou prototypovou platformu, která by byla levnější a efektivnější než většina
standardních metod. Skupina vývojářů pod vedením Massimo Banziho a Davida Cuartiellesa se
rozhodla pojmenovat projekt po významné historické postavě města Arduinovi z Ivrea. Arduino je
italská verze jména, která znamená "silný přítel".
Jednočipové počítače!
Použití
Jednočipový počítač (nebo také angl. mikrokontrolér označován zkratkou µC, uC nebo MCU) je malý
počítač s jedním integrovaným obvodem, který obsahuje jádro procesoru, paměť a programovatelné
vstupní a výstupní periférie. Čip často obsahuje také paměť pro uložení programu a malou datovou
paměť (RAM).
Jednočipové počítače se používají v automaticky řízených výrobcích a zařízeních, jako jsou ovládací
systémy automobilových motorů, implantovatelné zdravotnické přístroje, dálkové ovladače,
kancelářské stroje, spotřebiče, elektrické nářadí a hračky. Svými malými rozměry a nízkou cenou
v porovnání s počítači, které používají samostatný mikroprocesor, paměť a vstupní/výstupní zařízení,
představují jednočipové počítače ekonomické řešení pro digitální ovládání i většího počtu zařízení
a procesů.
Je běžné, že typická rodina v rozvinutých zemích má dnes doma čtyři univerzální mikroprocesory a tři
tucty jednočipových počítačů. Typický automobil střední třídy má až 30 nebo i více jednočipových
počítačů. Můžete je najít rovněž v mnoha elektrických zařízeních, jako jsou pračky, mikrovlnní trouby
a telefony.
Spotřeba energie a rychlost
Některé mikrokontroléry pracují na velmi nízké taktovací frekvenci až 4 kHz, aby se zachovala nízká
spotřeba (několik miliwatt, nebo mikrowatt). Mají schopnost udržet si funkčnost a čekat na akci, jako je
stisknutí tlačítka, nebo jiné vyrušení z nečinnosti; jejich spotřeba proudu během spánku (většina
periferií a hodiny CPU jsou vypnuty) může být jen několik nanowatt, takže se většina z nich dobře hodí
k aplikacím na baterie s dlouhou výdrží. Jiné jednočipové počítače mohou plnit roli v procesech
náročných na výkon, kde mohou působit spíše jako digitální signálové procesory (DSP) s vysokou
taktovací rychlostí a velkou spotřebou proudu.
Systém Arduino využívá výkonný čip Atmel ATmega328P s 8 bitovým mikro kontrolérem při 16 MHz
a s 32 kB systémové programovací flash paměti. Napájecí napětí je celkem univerzální s rozsahem
7 - 12 V DC, což vytváří stabilizované a bezpečné provozní podmínky čipu a izolovaných vodičů až do
2 A na obvodu motoru.
Programy jednočipového počítače
Programy mikrokontroléru musí svou velikostí odpovídat dostupné programové paměti na čipu,
protože vybavit systém externí rozšiřovací pamětí by byla drahá záležitost. K převodu kódů
vysokoúrovňového jazyka a assembleru (jazyka symbolických instrukcí) na kompaktní strojový kód,
který se ukládá do paměti mikrokontroléru, slouží kompilátory a assemblery. V závislosti na zařízení
může být programová paměť trvalá, jen pro čtení (ROM), která se může programovat jen ve výrobě,
nebo to může být programovatelná Flash paměť, nebo mazatelná ROM paměť.
Mikrokontroléry byly původně programovány jen v jazyce symbolických instrukcí, ale dnes je celkem
běžné používat pro ně i různé vysokoúrovňové jazyky. Tyto jazyky jsou buď určeny speciálně k tomuto
účelu, nebo se jedná o různé verze univerzálních jazyků, jako je programovací jazyk C. Prodejci
mikrokontrolérů často poskytují nástroje bezplatně, aby bylo možné jejich hardware snadněji
přizpůsobit.
Systém Arduino nám nabízí přibližně 32 kB flash paměti pro programy, které lze psát
v programovacím jazyce C.
Architektura rozhraní
Mikrokontroléry obvykle obsahují několik nebo až celé tucty víceúčelových I/O vývodů, resp. pinů
(angl. zkratka GPIO). Vývody GPIO se pomocí softwaru nastaví buď jako vstup, nebo jako výstup.
Pokud se GPIO vývod nastaví na vstup, slouží obvykle pro čtení senzorů, nebo externích signálů.
Při konfiguraci na výstup mohou GPIO vývody řídit externí zařízení, jako jsou LED, nebo motory.
Mnoho vestavěných systémů potřebuje číst senzory, které vydávají analogové signály. Využívají
k tomu převodníky analogového signálu na digitální signál (ADC). Protože procesory jsou
konstruovány tak, aby interpretovali a zpracovávali digitální data, tj. jedničky a nuly, nedokážou udělat
nic s analogovými signály, které jim může posílat nějaké zařízení. Proto se k převodu příchozích dat
na formát, který dokáže procesor rozpoznat, používají převodníky analogového signálu na digitální
signál.
Méně obvyklou výbavou některých mikrokontrolérů je převodník digitálního signálu na analogový
signál (DAC), který umožňuje procesoru vysílat analogové signály úrovně napětí.
Kromě konvertorů obsahuje mnoho vestavěných mikroprocesorů také různé časovače. Jedním
z nejobvyklejších typů je programovatelný intervalový časovač (PIT), který slouží k odečtu od určité
hodnoty na nulu. Když dosáhne nulu, odešle na procesor mezeru, čímž signalizuje, že ukončil
odpočet. Je to užitečné např. v případě zařízení, jako jsou termostaty, které v pravidelných intervalech
kontrolují teplotu prostředí, aby rozpoznaly, kdy je potřebné zapnout klimatizaci, nebo topení, atd.
Přijímat a vysílat data pro sériovou komunikaci s malým zatížením CPU, umožňuje blok UART
(univerzální asynchronní přijímač/vysílač). Tento kousek hardwaru na čipu disponuje i možností
komunikovat s jinými zařízeními (čipy) v digitálních formátech, jako je I2C a sériové periferní rozhraní
(SPI).
Systém Arduino nabízí 14 digitálních I/O vývodů a 7 analogových I/O vývodů.
ROBOT AREXX ARDUINO
Obr. 1: Deska plošných spojů AAR
Blokové schéma robota Arduino
1. Konektor pro připojení baterie. (Dávejte pozor na správnou polaritu!)
2. Přepínač zapnutí a vypnutí robota.
3. LED kontrolka stavu: signalizuje, že robot je napájen zdrojem.
4. V případě, že používáte nabíjecí akumulátory, můžete použít tento duální konektor, přes který
se bude robot napájet správným napětím.
5. USB konektor pro programování robota pomocí softwaru Arduino.
6. Resetovací tlačítko, které se použije pro manuální resetování robota.
7. Konektor ISP, který umožňuje instalovat další program bootloader.
8. LED 14: umožňuje přístup k programování a bliká, když se aktivuje bootloader.
9. Sledovač čáry: Tento modul poskytuje přístup k programování a umožňuje, aby robot sledoval
čáry.
10. Senzor levého kola: modul, který generuje pulzy v souladu s otáčkami levého kola.
11. Senzor pravého kola: modul, který generuje pulzy v souladu s otáčkami pravého kola.
12. Stavová LED kontrolka motoru na levé straně: signalizuje otáčky motoru vpřed, resp. vzad.
13. Stavová LED kontrolka motoru na pravé straně: signalizuje otáčky motoru vpřed, resp. vzad.
14. Konektor pro připojení přídavné desky, na které může být nainstalován například bezdrátový
modul APC220, nebo Snake Vision (rozpoznávání rozdílů teploty).
15. Stavová LED kontrolka pro komunikační rozhraní RS232.
16. Stavová LED kontrolka 2: volně přístupná kontrolka pro programování.
17. Stavová LED kontrolka pro přenos dat přes USB.
18. Ovladač motoru.
Základní informace k AAR
V přední části se nachází USB rozhraní, které je vybaveno integrovaným obvodem s převodníkem
FT232. Čip převádí USB signál na signál UART RS232, který pak může procesor ATmega328P
zpracovat (procesor je uložen na pravé straně přední části).
Na opačné straně je umístěn přepínač ON/OFF s konektorem JP3 pro připojení napájení a ovladač
motoru IC2. Pro umístění obou motorů a senzorů kol bylo vybráno místo na zadní straně desky
plošných spojů (DPS).
Senzory kol využívají fotografické oči. V ozubených kolech jsou čtyři otvory umístěny v úhlu 90º.
Jakmile do otvoru pronikne světlo a dopadne na senzor, senzor vyšle spouštěcí signál příslušného
kola do procesoru a elektronický obvod zapne LED16, resp. LED17. Spouštěcí pulzy nám umožňují
získat přesný přehled o rychlosti každého ze zadních kol.
Přední část je osazena konektory pro přídavné desky a na spodní straně DPS najdeme senzory
obvodu pro sledování čáry.
Modul pro sledování čáry využívá světelný paprsek z LED, který směruje do spodního prostoru. Podél
LED jsou umístěny dva infračervené senzory, které sledují odraz světla ze spodní strany. DPS navíc
nabízí další komponenty pro zkompletování sledovače čáry jako funkčního modulu (diody, rezistory
a kondenzátory).
Robot používá desku Arduino, kterou lze porovnat s deskou Arduino Duemilanove. Jádrem systému je
mikrokontrolér ATMEGA328P, který nabízí 14 digitálních vstupů/výstupů, z nichž šest lze nastavit jako
výstupní kanály PWM (kanály pulzně šířkové modulace). Kromě toho je robot vybaven šesti
analogovými vstupními kanály, krystalovým oscilátorem 16 MHz a USB konektorem pro programování
a ovládání. Seznam ukončuje ISP konektor, který umožňuje zkušeným nadšencům programovat
vlastní program boot-loader.
Robot je napájen proudem s napětím 5 V a může mu postačovat napájení proudem z USB konektoru.
Tato možnost je celkem pohodlná při programování a testování.
Příjemné na tomto robotické systému jsou zdířky konektorů, které vám umožňují vkládat vlastní
rozšiřující moduly, nebo přídavné moduly AREXX modelové řady ASURO.
Základní informace k softwaru ARDUINO
Software Arduino patří do kategorie volně dostupných programů a je univerzálně dostupný
pro každého včetně zdrojových kódů programovací platformy.
Programovací platforma Arduino zahrnuje textový editor, okno zpráv a textovou konzoli. Lze přes ni
komunikovat přímo s AAR a snadno tak přenášet programy přímo na procesor.
Programům, které jsou napsány v jazyku Arduino říkáme sketch (projekt). Pro vytvoření a editaci
těchto programů se používá normální textový editor. Soubory "sketch" se ukládají na pevném disku
počítače a lze je identifikovat podle koncovky ".ino".
Ukládání souborů sketch je oznamováno v okně zpráv, kde se objevuje i informace o případných
chybách v zdrojovém kódu. V pravé spodní části okna se zobrazuje aktivní deska Arduino a sériové
rozhraní.
Základní koncept Arduino nám poskytuje knihovny s extra funkcemi. Knihovna obsahuje mnoho
předdefinovaných funkcí, které lze bezplatně použít k opakovanému programování sekcí.
V zásadě lze program Arduino rozdělit do tří částí:
1. Struktura
2. Definice (proměnných, resp. konstant)
3. Funkce
Struktura Arduino se skládá z nastavení a funkce smyčky. Nastavení se používá pro inicializaci
proměnných, definici pinů ("Pin režimů") a definici knihoven.
Funkce smyčky se bude opakovat v nekonečném cyklu a umožňuje tak programu nepřetržitě do
nekonečna reagovat, až dokud se systém nevypne.
Definice proměnných se v programu používají pro ukládání a práci s daty programu, které lze
upravovat, zatímco konstanty se používají pro definice pevných hodnot, jako jsou definice funkcí pinů
pro vstup, nebo výstup a určení pevných úrovní napětí na pin konektorech.
Začínáme
Stáhnutí a instalace programu Arduino
Nainstalujte si software Arduino (verzi 1) z přiloženého CD. Později můžete navštívit webové stránky
Arduino a stáhnout si z nich nejnovější verzi softwaru.
Důležité:
Používání různých verzí programu ARDUINO a různých verzí softwaru aplikace může způsobovat
určité problémy. Někdy se může stát, že po aktualizaci softwaru ARDUINO budete muset upravit
aplikační software, protože jinak nebude pracovat!
Jazyk Arduino
Gramatika jazyku Arduino je zadokumentována na oficiálních webových stránkách Arduino. Naučte se
porozumět specifickým znaků jazyka do té míry, která bude vyhovovat vašim potřebám.
Instalace USB ovladače
Když připojíte desku, měly by Windows zahájit instalaci ovladače (Pokud jste už dříve nepoužívali PC
s připojenou deskou Arduino). Pod Windows Vista a novějšími verzemi operačního systému se
ovladač stáhne a nainstaluje automaticky.
V menu Tools > Serial Port vyberte sériové zařízení desky Arduino. Mělo by to být COM3 nebo vyšší
(COM1 a COM2 jsou obvykle vyhrazeny pro sériové porty hardwaru).
Zjistíte to, když odpojíte desku Arduino a znovu otevřete menu; položka, která se ztratila, by měla být
deska Arduino. Desku znovu připojte a zvolte sériový port.
Hardware AAR
Instalace baterií
Robot je konstruován pro napájení čtyřmi bateriovými články 1,5 V, velikost AAA. Pokud chcete
napájet robota nabíjecími akumulátory, měla by se nainstalovat jako přemostění propojka JP4, aby se
systém připravil na nižší napětí nabíjecích akumulátorů (viz obr. 1, číslo 4).
POZOR!
Instalací propojky JP4 se znemožní kontrola polarity pomocí usměrňovací diody. Chyby
v elektrickém připojení s nainstalovanou propojkou JP4 mohou robota vážně poškodit.
Připojte schránku s bateriemi, jak ukazuje obrázek 2.
Loading...