Arduino – ciekawe moduły rozszerzające minikomputer

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Czas czytania: 7 min.

Arduino – platforma rozwojowa typu open source jest jednym najpopularniejszych narzędzi używanych do szybkiego prototypowania przez majsterkowiczów i inżynierów z całego świata. 

O wszechstronności tej platformy świadczy fakt, że jest ona fundamentalnym budulcem dla takich projektów jak systemy automatyki budynkowej, konsole do gier, urządzenia łączności telefonicznej i radiowej, systemy pomiarowe, a także interaktywne zabawki. Najbardziej popularna z serii Arduino płytka bazowa UNO R3 z mikrokontrolerem na pokładzie już sama w sobie jest wspaniałym narzędziem do tworzenia wielu projektów elektronicznych, ale dopiero podłączenie do niej modułów rozszerzeniowych diametralnie zwiększa jej potencjał i wnosi na kolejny, jeszcze wyższy poziom możliwości. W tym artykule dokonamy przeglądu modułów rozszerzeniowych w formie nakładek z kompatybilnie rozmieszczonymi wyprowadzeniami. Zaprezentujemy dwanaście nakładek dla Arduino o zróżnicowanej funkcjonalności z oferty sklepu Botland, które rozszerzają podstawowe możliwości kultowej już płytki PCB z mikrokontrolerem. 

Status produktu możesz łatwo sprawdzić klikając jego nazwę lub zdjęcie w artykule.

Moduł komunikacyjny umożliwiający połączenie Arduino za pomocą MIDI – kultowego interfejsu szeregowego stosowanego w elektronicznych instrumentach muzycznych od pierwszej połowy lat 80. XX wieku po dziś dzień. Za pomocą tego interfejsu możesz sterować syntezatorami, sekwencerami, automatami perkusyjnymi i innymi instrumentami muzycznymi. Ponieważ MIDI jest protokołem wykazującym wiele cech wspólnych ze standardowymi asynchronicznymi interfejsami szeregowymi, możesz użyć wyprowadzeń układu UART w Arduino w celu wysyłania i odbierania komunikatów MIDI, takich jak np. naciśnięcie bądź puszczenie klawisza na klawiaturze czy zmiana położenia koła modulacji. Sygnały sterujące MIDI są przesyłane poprzez transoptory. Moduł MIDI KIT Shield może zostać podłączony bezpośrednio do płytki bazowej Arduino – wówczas złącze MIDI-IN będzie połączone z wyprowadzeniem Rx, a złącze MIDI-OUT z wyprowadzeniem Tx, natomiast potencjometry na płytce MIDI KIT Shield będą miały połączenie z wyprowadzeniami A1 i A2 w sekcji wejść analogowych i będzie można nimi sterować, regulując głośność wyjściową instrumentu, przestrajanie, barwę dźwięku bądź inny parametr przypisany programowo przez użytkownika. Ponadto na płytce znajdują się trzy przyciski chwilowe połączone z wejściami cyfrowymi Arduino nr 2 do nr 4, za pomocą których można np. transponować klawiaturę, zmieniać presety brzmieniowe i inne funkcje przypisane przez użytkownika. Płytka jest wyposażona w przycisk RESET, dwie diody LED, które mogą sygnalizować np. wymianę komunikatów MIDI oraz przycisk RUN/PROG pozwalający przeprogramować Arduino bez konieczności odłączania modułu MIDI KIT Shield.

Nakładka Spectrum Shield wzbogaca płytkę bazową Arduino o możliwość rozdzielenia stereofonicznego sygnału audio podawanego na wejście układu na siedem pasm częstotliwości na każdy kanał. Dzięki temu stosując przetwornik analogowo-cyfrowy w Arduino (piny analogowe od nr 0 do nr 5), możesz sterować każdym obiektem zewnętrznym (np. silnikiem, oświetleniem, bądź buzzerem) poprzez wykrywanie dźwięku zawartego w programowo określonym paśmie częstotliwości sygnału wejściowego (np. stosując prescaler), a także zbadać jego widmo częstotliwościowe. Dźwięk jest podawany na wejście stereo typu TRS 3,5 mm – takie samo złącze jest na wyjściu układu. Transmisja sygnału odbywa się w sposób bezprzerwowy. Nakładka może zostać użyta także do zbudowania iluminofonii umożliwiającej tworzenie kolorowych animacji do muzyki, a także do dźwiękowego aktywowania innych urządzeń.

Nakładka rozszerzeniowa od Forbota kompatybilna z Arduino to wszechstronny moduł elektroniczny umożliwiający wyposażenie robota w wiele ciekawych, praktycznych funkcji. Na niewielkiej płytce PCB poza złączami o układzie wyprowadzeń zgodnym z Arduino UNO R3 znajduje się dwukanałowy sterownik silników prądu stałego, który umożliwia sterowanie ich prędkością obrotową i kierunkiem obrotów. Maksymalna wydajność prądowa przypadająca na pojedynczy kanał wynosi 1,2 A. Projektanci zadbali o ochronę układów elektronicznych zawartych na płytce, stosując filtry przeciwzakłóceniowe. Ośmiokanałowy ekspander wyprowadzeń dla portów wejścia/wyjścia umożliwia podłączenie większej liczby urządzeń zewnętrznych. Buzzer w połączeniu z odbiornikiem podczerwieni można programowo ustawić tak, aby w przypadku wykrycia przeszkody w pobliżu robota uruchomiona została sygnalizacja akustyczna. Na płytce został umieszczony także wyłącznik suwakowy, dioda LED sygnalizująca włączenie modułu, bezpiecznik polimerowy oraz zabezpieczenie przed podłączeniem napięcia o odwrotnej biegunowości. Płytka wymaga zasilania napięciem z przedziału 7-11 V, przy czym moduł bazowy Arduino czerpie zasilanie z płytki Robot Shield i wówczas nie potrzebuje doprowadzenia napięcia z osobnego źródła zasilania.

Komunikacja radiowa poprzez system XBee to znakomity sposób na zwiększenie możliwości komunikacji bezprzewodowej dla Arduino, a można tego dokonać, dołączając do płytki bazowej kompatybilny z nią moduł SparkFun XBee Shield. Wyprowadzenia do transmisji szeregowej (DIN oraz DOUT) można połączyć z interfejsem UART (wyprowadzenia D0 i D1 w płytce bazowej Arduino) lub ze zwykłymi wyjściami dwustanowymi (nr 2 i nr 3), dokonując wyboru za pomocą przełącznika DPDT. Nakładka jest wyposażona w regulator napięcia, który dopasowuje napięcie zasilające z płytki bazowej Arduino (5 V) do napięcia docelowego dla XBee (3,3 V). Nakładka obsługuje również dopasowanie poziomu napięcia pod wyprowadzenia komunikacyjne (DIN i DOUT) – w nowym wykonaniu dioda została zastąpiona bardziej wytrzymałym tranzystorem MOSFET. Na płytce PCB znajduje się także przycisk RESET oraz sygnalizacja optyczna w postaci diod LED, które informują o obecności napięcia zasilającego oraz o występowaniu zdarzeń na liniach komunikacyjnych DIN, DOUT, DIO5 oraz RSSI w XBee. W celu przyszłościowej rozbudowy osprzętu nakładki na jej powierzchni znajdują się cynowane oczka lutownicze w układzie 9×11 o rastrze 2,54 mm. Złącza potrzebne do podłączenia płytki do Arduino UNO lub LEONARDO należy nabyć osobno.

Jedna z bardziej rozbudowanych nakładek do Arduino od DFRobot może być zasilana zarówno za pomocą napięcia 3,3 V, jak i 5 V. Dzięki niej równocześnie możemy sterować maksymalnie czterema silnikami prądu stałego. Nakładka jest wyposażona w funkcje sterowania kierunkiem obrotów (zmiana biegunowości napięcia zasilającego) oraz prędkością obrotową silników za pomocą sterowania sygnałem prostokątnym o zmiennym współczynniku wypełnienia (PWM). Sercem układu sterowania są dwa układy scalone TB6612FNG, które w porównaniu do klasycznego układu sterownika silników pod oznaczeniem L298N charakteryzują się zwiększoną efektywnością działania przy zredukowanym rozmiarze własnym. Dzięki temu układy TB6612FNG nie przegrzewają się w znamionowym zakresie pracy i umożliwiają dostarczenie silnikom maksymalnego ciągłego prądu o wartości do 1,2 A. Moduł został również wyposażony w zabezpieczenie podnapięciowe oraz zabezpieczenie termiczne o wysokim stopniu niezawodności. Moduł ten można z powodzeniem wykorzystać również do sterowania oświetleniem ledowym.

Kiedy tworzymy bardziej rozbudowany projekt, który charakteryzuje się dużą ilością urządzeń wejściowych i/lub wyjściowych, wówczas powstaje problem – jak to wszystko podłączyć pod jedną małą płytkę Arduino? Rozwiązaniem jest druga edycja nakładki Mux Shield od Mayhew Labs. Nakładka ta umożliwia rozszerzenie podstawowej liczby wejść i wyjść cyfrowych i analogowych na płytce Arduino do 48. W porównaniu do poprzednika zestaw wyprowadzeń portów wejścia/wyjścia został przesunięty na powierzchni płytki, umożliwiając w ten sposób dodanie dużego złącza na taśmę wieloprzewodową, co znacząco ułatwia dostęp do portów wejścia/wyjścia. Wyprowadzenia rozszerzające zostały ułożone w trzech rzędach po 16 wyprowadzeń w każdym. Każdy z rzędów może zostać niezależnie ustawiony programowo jako wejście/wyjście dwustanowe lub wejście analogowe. Za funkcje realizowane przez płytkę odpowiadają układy scalone TTL – multipleksery analogowe 74HC067 sterujące funkcjami wejść oraz rejestry przesuwne 74HC595 sterujące funkcjami wyjść. Wymagane jest dokupienie listew z wyprowadzeniami niezbędnymi w celu podłączenia nakładki do Arduino.

Zachowanie dobrej jakości odtwarzania sygnału akustycznego w projektach elektronicznych to trudne wyzwanie. Nakładka Wave Shield od Adafruit pomaga w rozwiązaniu tego problemu i umożliwia odtwarzanie nieskompresowanych plików audio w formacie WAVE o dowolnym czasie trwania. Zestaw jest przystępny cenowo i prosty w montażu. Na płytce znajduje się przetwornik cyfrowo-analogowy o 12-bitowej rozdzielczości i częstotliwości próbkowania wynoszącej 44,1 kHz, filtr i wzmacniacz operacyjny, które zapewniają wysoką jakość odtwarzania. Pliki dźwiękowe są odczytywane z kart microSD/MMC. Sterowanie głośnością wyjściową odbywa się za pomocą potencjometru z tarczą zębatą z tworzywa sztucznego. Dźwięk jest odtwarzany asynchronicznie dzięki wykorzystaniu mechanizmu przerwań programowych, w związku z czym Arduino może wykonywać inne zadania w trakcie odtwarzania plików dźwiękowych. Moduł jest przeznaczony do współpracy z płytkami Arduino lub licencyjnymi klonami opartymi na procesorze Atmega 328p.

Moduł ZOE-M8Q od SparkFun to miniaturowy układ GPS o wysokiej dokładności pomiarowej, który świetnie sprawdzi się w aplikacjach wymagających szczególnej oszczędności miejsca. Wbudowany 72-kanałowy odbiornik GNSS może odbierać sygnały z satelitów GPS, GLONASS, BeiDou oraz Galileo. Ładowalna bateria na pokładzie zasila zegar czasu rzeczywistego (RTC), który skraca czas pierwszego określenia współrzędnych do ok. jednej sekundy. Nakładka może komunikować się z Arduino poprzez UART oraz interfejs I2C kompatybilny ze złączem Qwiic. Oczka lutownicze o rastrze wyprowadzeń 2,54 mm umożliwiają dobudowanie własnego rozszerzenia funkcjonalnego do nakładki. Oprogramowanie do nakładki jest konfigurowalne dzięki programowi U-Center na system Windows. Moduł może zostać poddany konfiguracji takich własności jak prędkość przesyłania danych (ang. baud rate), prędkość odświeżania, przerwania zewnętrzne, geofencing, wykrywanie spoofingu i inne. Całość można skonfigurować z poziomu płytki bazowej Arduino z zastosowaniem biblioteki SparkFun Arduino Library.

Zyskująca na popularności technologia internetu rzeczy (IoT) zakłada, że każda rzecz powinna być podłączona do internetu, w czym udział biorą również moduły WiFi odpowiedzialne za dostarczanie połączenia z internetem poprzez sieć bezprzewodową. Nakładka ESP WiFi od Cytrona jest kompatybilna z platformą Arduino. Wbudowany moduł WROOM-02 umożliwia wzbogacenie płytek Arduino o funkcję łączenia się z innymi urządzeniami poprzez sieć bezprzewodową. W celu uruchomienia nakładki nie jest wymagane lutowanie – wystarczy jedynie podłączyć ją do wyprowadzeń płytki bazowej i zewrzeć zworką odpowienie wyprowadzenia interfejsu UART – połączenie sprzętowe jest wówczas zrealizowane. Nakładka z modułem WROOM-02 jest sterowana za pośrednictwem fabrycznie wgranego oprogramowania zawierającego komendy AT wysyłane przez UART. Ponadto obecny na płytce PCB modułu układ ESP8266 można zaprogramować z poziomu płytki bazowej za pomocą portów wejścia/wyjścia. Na płytce znajduje się także slot na karty microSD, który jest połączony z pinem cyfrowym nr 4 na płytce bazowej. Dzięki temu użytkownik może wysyłać swoje pliki na karcie microSD do innych urządzeń.

Nakładka PS2 Shield od Cytrona jest wspaniałym dodatkiem, który pozwala na połączenie bezprzewodowe i przewodowe Arduino z konsolą PlayStation2 z użyciem biblioteki Arduino. Dane wejściowe są odbierane przez interfejs UART z prędkością 4800, 9600, 57600 lub 115200 bodów, która jest nastawialna za pomocą zworki, podobnie jak wybór pinów Rx i Tx do transmisji danych poprzez interfejs UART. Po podłączeniu konsoli automatycznie następuje jej ustawienie w tryb analogowy. Nakładka PS2 Shield wspiera odbieranie sygnałów z joysticków konsoli oraz sygnalizację wibracyjną. Zasilanie płytki PS2 Shield odbywa się bezpośrednio z płytki bazowej poprzez złącza GPIO. Umożliwiają one podłączenie większej ilości modułów nakładkowych, które mają zgodny z nią układ wyprowadzeń. Przycisk RESET na płytce PS2 Shield jest łączony z wejściem analogowym A1 płytki bazowej Arduino. Użytkownik może wykorzystać to wyprowadzenie, zwierając je do masy przez naciśnięcie przycisku, co spowoduje ponowne uruchomienie modułu PS2 Shield.

Zestaw z joystickiem od SparkFun zawiera wszystkie elementy potrzebne do funkcjonowania we współpracy z płytką bazową Arduino. Po nałożeniu nakładki na płytkę bazową pełni ona funkcję sterownika. Wówczas Arduino odbiera sygnały z czterech przycisków chwilowych na wejścia dwustanowe od nr 2 do nr 6, joysticka ze zintegrowanym przyciskiem na wejścia analogowe nr 0 i 1 oraz osobne wejście cyfrowe dla przycisku joystickowego, dzięki czemu Arduino jest zbliżone funkcjonalnością do konsoli Nintendo. Nakładka wymaga lutowania elementów do płytki PCB, tj. joysticka, przycisków typu tact switch oraz listew z wyprowadzeniami do podłączenia Arduino. Producent dostarcza poradnik obrazujący, jak krok po kroku prawidłowo wykonać montaż.

Podziel się:

Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Maciej Chmiel

Maciej Chmiel

Specjalista od Arduino i szeroko rozumianej elektroniki. Człowiek-orkiestra, dyżurny od wszystkiego - nie ma dla niego rzeczy niemożliwych, a czas ich realizacji jest zwykle prawie natychmiastowy. Po pracy miłośnik kreskówek z Pepe Panem Dziobakiem. Jego bezcenne memy wspomagają dział kreatywny.
Maciej Chmiel

Maciej Chmiel

Specjalista od Arduino i szeroko rozumianej elektroniki. Człowiek-orkiestra, dyżurny od wszystkiego - nie ma dla niego rzeczy niemożliwych, a czas ich realizacji jest zwykle prawie natychmiastowy. Po pracy miłośnik kreskówek z Pepe Panem Dziobakiem. Jego bezcenne memy wspomagają dział kreatywny.

Zobacz więcej:

Elektronika
Oskar Pacelt

Powitanie na rynku. M5Stack Atom – moduły kanapkowe

Marzyliście kiedyś o spersonalizowanym urządzeniu wyposażonym tylko w to, co potrzebne? Niesamowite moduły M5Stack to jakość, którą doceniono już w Japonii. Na czym polega taki modułowy przekładaniec?

Ciekawostki
Oskar Pacelt

Roboty tworzą miejsca pracy w polskich firmach

Miejsca pracy tworzone przez roboty wymagają wysokiego poziomu umiejętności. Oprócz strategii podnoszenia kwalifikacji firmy często potrzebują po prostu drogowskazu.

Ciekawostki
Oskar Pacelt

Nowości w Botland #26

Plotery, startery, Snapmakery i dryery. Technologia, wszystko w rytmie technologii. Nie przegap numeru #26 dwutygodnika Botland!

Dodaj komentarz