Arduino – co to jest? Najczęściej zadawane pytania

Popularnie rozumiane Arduino to niewielka płytka drukowana (wielkości karty kredytowej) z przylutowaną dużą ilością komponentów. To praktycznie gotowy zestaw uruchomieniowy, który stanowi doskonałą podstawę do nauki dla początkujących elektroników, ale też znakomite narzędzie do wykorzystania w pracy profesjonalistów. Urządzenie jest wyposażone we własny mikroprocesor, posiada szereg przydatnych złącz i charakteryzuje się tym, że nowy sprzęt jest gotowy do pracy praktycznie od razu. Warto pamiętać, że nazwa Arduino nie odnosi się do jednego konkretnego modelu urządzenia, lecz do ponad trzydziestu wariantów płytek wyposażonych w zróżnicowane funkcje i przeznaczonych do różnych celów. Pierwsze Arduino zostało wypuszczone do sprzedaży w 2005 roku we Włoszech z myślą o ułatwieniu pracy wszelkim majsterkowiczom, studentom i początkującym elektronikom, ale też profesjonalnym robotykom. Jednym z celów było również ułatwienie nauki programowania zainteresowanym tematem osobom. W uproszczeniu można powiedzieć, że płytki Arduino to moduły z mikrokontrolerami, które można łatwo zaprogramować, korzystając z ogólnodostępnych bibliotek. Język programowania, którego używa się do tego sprzętu, jest bardzo podobny do popularnego C++.

Arduino od fizycznej strony to przede wszystkim płytka PCB z nadrukowaną dużą ilością ścieżek i wlutowanych komponentów. Platforma wydawana jest w wielu wersjach, wszystkie one posiadają jednak pewne cechy wspólne. Różnią się zazwyczaj rozmiarami i rodzajem zastosowanych komponentów (na przykład wolniejszy mikroprocesor albo brak zainstalowanego interfejsu Bluetooth). Sercem napędzającym układ Arduino Uno R3, najpopularniejszą płytkę z całej serii, jest 8-bitowy mikroprocesor firmy Atmel (ATmega328), którego częstotliwość operacji to 16 MHz. Urządzenie ma standardowe złącza USB, przez które płytka może na przykład komunikować się z komputerem lub być zasilana za jego pośrednictwem. Energia elektryczna może być również dostarczana przez standardowe gniazdo zasilania DC 5,5 mm x 2,5 mm lub 5,5 mm x 2,1 mm (napięcie między 7 V a 12 V). Na wierzchu znajduje się specjalnie przygotowany przycisk resetu, który po naciśnięciu zrestartuje całkowicie całą płytkę. Oprócz tego, patrząc na urządzenie, łatwo można wyróżnić mikrokontroler, który odpowiedzialny jest za prawidłową komunikację z komputerem, a także złącza do programowania Arduino, złącza sygnałowe czy diody LED (zarówno programowalne, jak i sygnalizujące połączenie z komputerem czy podpięcie do prądu).

Gdzie można kupić płytkę Arduino?

Urządzenie jest dostępne w wielu stacjonarnych i internetowych sklepach z elektroniką, a także na oficjalnej stronie producenta. Często sprzedawane jest w zestawach z akcesoriami, które ułatwiają rozpoczęcie korzystania z danej wersji płytki lub wykonanie konkretnego projektu elektronicznego przy jej wykorzystaniu. Dużą zaletą tego rozwiązania jest wygoda i atrakcyjna cena zestawów, a także prawidłowe dobranie poszczególnych elementów do parametrów płytki – to szczególnie ważne w przypadku początkujących użytkowników, którym dobór właściwych komponentów może sprawiać trudność. Cena uzależniona jest od sklepu oraz wybranego wariantu modułu.

Czy Arduino nadaje się dla początkujących?

Tak, Arduino to jedna z najczęściej polecanych pozycji dla początkujących elektroników. Składa się na to kilka czynników – przede wszystkim łatwość programowania, duża ilość dostępnych źródeł wiedzy, wysoka kompatybilność płytki z różnymi urządzeniami i interfejsami oraz szeroki wybór dostępnych dodatków i rozszerzeń. Dużym atutem jest również cena, która jest bardzo atrakcyjna, co stanowi niewątpliwą zaletę zwłaszcza w przypadku osób młodych, na przykład studentów uczelni technicznych czy uczniów techników.

Cena płytki zależy od modelu, dystrybutora oraz zawartości zestawu. Uśredniając, można przyjąć, że koszt oryginalnego modułu głównego wynosi od kilkudziesięciu złotych (na przykład Arduino Uno) do kilkuset (na przykład zaawansowane modele Arduino MKR). Warto pamiętać, że podejrzanie niska cena może oznaczać, że masz do czynienia z podróbką! Dlatego dobrze jest dokonywać zakupów u sprawdzonych sprzedawców, którzy znajdują się na liście oficjalnych dystrybutorów Arduino.

Na rynku dostępnych jest obecnie ponad trzydzieści wersji płytki Arduino, które różnią się zastosowanymi układami centralnymi, ilością i rozkładem wyprowadzeń, obsługiwanymi interfejsami czy wbudowanymi dodatkowymi modułami (na przykład Ethernet czy Bluetooth). Do najpopularniejszych wersji Arduino wykorzystywanych w projektach elektronicznych należą między innymi Arduino Uno R33, Arduino Leonardo czy Arduino Zero. Przed zakupem płytki do konkretnego projektu warto zorientować się, jaki model będzie posiadał najbardziej kompatybilne z daną realizacją parametry. Natomiast w przypadku kupowania Arduino do nauki programowania i ogólnego poznawania zasad elektroniki, najlepiej jest wybrać jedną z popularnych wersji, które dostępne są również w zestawach z innymi elementami elektronicznymi.

Do niezbędnych akcesoriów należy przede wszystkim odpowiednie zasilanie (zasilacz sieciowy lub przewód USB A-B do połączenia płytki z komputerem). Przydatna będzie również płytka stykowa, przewody połączeniowe oraz elementy elektroniczne (na początek przede wszystkim oporniki o różnych wartościach oraz diody) wykonane w technologii przewlekanej THT. Arduino często sprzedawane jest w zestawach z dodatkami – nierzadko warto skorzystać z takiej okazji, ponieważ możesz mieć wówczas pewność, że parametry akcesoriów będą zgodne z parametrami płytki. Poza tym cena całego kompletu jest zazwyczaj niższa niż sumaryczna wartość składających się na niego elementów. Do nauki elektroniki i programowania na Arduino szczególnie przydatny może okazać się prosty wyświetlacz. Będziesz miał szansę zaprogramować go do wyświetlania na bieżąco wyników, na przykład otrzymywanych danych sensorycznych. Dobrym i niedrogim akcesorium przydatnym do nauki może być zakup takich akcesoriów jak silniczki i serwomechanizmy. Pozwoli Ci to na lepsze zapoznanie się z tego rodzaju sprzętem (który często jest stosowany w robotyce). Wykorzystując takie narzędzia, będziesz mógł nauczyć się na przykład sterować silniczkiem za pomocą wyjść cyfrowych pwm lub stworzyć sterownik PID, jeżeli zastosujesz dodatkowo na przykład enkoder magnetyczny (do pomiarów ilości obrotów wału silnika). Szczególnie warto też wypróbować różne rodzaje sensorów analogowych, które znakomicie współpracują z płytką.

Płytki Arduino mają wyprowadzenia analogowe i cyfrowe, do których można podłączyć wiele elementów i urządzeń elektronicznych, takich jak wyświetlacze, silniki czy czujniki. Dzięki użyciu nakładek Arduino Shield można dodatkowo rozszerzyć funkcjonalność płytki, dodając takie opcje jak możliwość łączenia się z siecią Wi-Fi czy interfejs Ethernet. Dostępne są również ekspandery wyprowadzeń pozwalające zwiększyć liczbę wyjść. Do niezbędnych akcesoriów należy przede wszystkim stabilizowany zasilacz o odpowiednich parametrach prądowych. Oczywiście można też zamontować różnego rodzaju nóżki, obudowy czy podkładki, które podnoszą komfort użytkowania płytki.

Arduino Shield to nazwa nakładek, czyli modułów rozszerzeń przeznaczonych do wykorzystania z płytką Arduino. W związku z zastrzeżeniem nazwy przez twórców, takie określenie może być stosowane wyłącznie w stosunku do oryginalnych akcesoriów wypuszczanych przez autorów Arduino. Wśród nakładek znajdziesz między innymi kontrolery do silników i serwomechanizmów, klawiatury, wyświetlacze, czujniki, głośniki, mikrofony, urządzenia pomiarowe, interfejsy komunikacyjne, moduły sieciowe, ekspandery wyprowadzeń oraz wiele innych rozszerzeń. Podobnie jak w przypadku zakupu płytek warto zawsze sprawdzać, czy masz do czynienia z oryginalnym produktem od Arduino lub innych sprawdzonych twórców nakładek (na przykład Adafruit czy SparkFun).

Arduino to płytka, która umożliwia stworzenie w zasadzie nieograniczonej liczby projektów. Urządzenie znakomicie sprawdza się jako sterownik lub kontroler, dlatego można je wykorzystać na przykład w inteligentnej odzieży, systemach automatyki budynkowej, instalacjach oświetleniowych, alarmach, systemach bezpieczeństwa, zdalnie sterowanych pojazdach, robotach, dronach, własnoręcznie stworzonych urządzeniach pomiarowych oraz wielu innych realizacjach. Szeroki wybór projektów wykorzystujących różne wersje płytki Arduino możesz znaleźć między innymi na blogu technologicznym Forbot oraz na kanałach w serwisie YouTube poświęconych elektronice. Dostępne jest również wiele pozycji książkowych, w których opisane jest działanie płytki oraz wiele realizacji możliwych do stworzenia przy jej użyciu – do godnych polecenia tytułów można zaliczyć na przykład serię poradników autorstwa Simona Monka.

Język programowania Arduino jest oparty na środowisku Wiring i przypomina języki C oraz C++. Po podłączeniu do komputera i odpowiedniej konfiguracji można korzystać również z innych języków programowania, takich jak Java, C#, ActionScript, Perl czy VBScript. Dzięki temu możesz programować w środowisku, które jest Ci najlepiej znane.

Tak, większość płytek Arduino obsługuje interfejsy UART oraz USB, dzięki czemu można je podłączyć do komputera i konfigurować lub programować za jego pomocą. Komputer może również stanowić moduł centralny w większym systemie, który wykorzystuje kilka płytek Arduino i inne elementy elektroniczne. Dobrym przykładem takiej realizacji może być system automatyki domowej, gdzie płytki Arduino stanowią elementy sterujące i odbierające dane z sensorów w poszczególnych urządzeniach (na przykład sterowniku rolet czy inteligentnej instalacji oświetleniowej LED), natomiast całość jest kontrolowana centralnie z poziomu komputera.

Oznacza to, że urządzenia Arduino nie są opatentowane – mogą być kopiowane i rozpowszechniane (również komercyjnie), a ich plany są bezpłatnie udostępniane przez twórców. Do klonów Arduino należą między innymi płytki i nakładki Freeduino, które są kompatybilne z oryginalnymi urządzeniami. Warto pamiętać, że – choć urządzenia mogą być kopiowane – nazwa Arduino stanowi zastrzeżony znak handlowy i nie można jej wykorzystywać (na przykład do opisywania samodzielnie tworzonych i sprzedawanych nakładek do płytki). Zastrzeżona jest również część oprogramowania, dlatego przed stworzeniem komercyjnego projektu z użyciem płytki dobrze jest dowiedzieć się bardziej szczegółowo, z jakich elementów można bezpłatnie skorzystać.

Choć oba urządzenia określane są mianem minikomputerów, Arduino i Raspberry Pi znacząco różnią się od siebie. Zasadniczą różnicą jest przede wszystkim ich zastosowanie. Arduino najlepiej sprawdza się jako sterownik do analogowych systemów, na przykład silników w urządzeniach mechanicznych czy element odbierający i przekazujący do wyświetlacza dane z czujników analogowych. Natomiast Raspberry Pi to bardziej skomplikowane urządzenie, które jest lepiej przystosowane do współpracy z elementami cyfrowymi. Może znaleźć zastosowanie na przykład jako układ logiczny w samodzielnie zbudowanym komputerze lub jako bramka IoT w systemie automatyki budynkowej. Arduino ma mniejsze możliwości operacyjne, jednak jako prostsze urządzenie lepiej sprawdza się w nieskomplikowanych projektach lub realizacjach opartych na wykorzystaniu elementów analogowych, których Raspberry Pi nie jest w stanie obsłużyć bez dodatkowego rozszerzenia.

Płytka może być zasilana poprzez interfejs USB po podłączeniu do komputera lub za pomocą sieciowego zasilacza impulsowego DC z wtykiem 5,5 mm x 2,5 mm lub 5,5 mm x 2,1 mm. Drugie rozwiązanie jest szczególnie rekomendowane w przypadku projektów o większym zapotrzebowaniu na energię elektryczną, na przykład wykorzystujących silniki lub większe wyświetlacze.

Piny analogowe i cyfrowe umożliwiają pobranie około 40 mA na jeden pin, natomiast pin 5 V pozwala na pobór maksymalnie 1 A prądu (jest to zależne od użytego zasilania i ilości energii, jaką dane źródło jest w stanie zapewnić).

Płytka Arduino wyróżnia się na tle innych przemyślanym projektem i świetnym doborem parametrów, a także stosunkowo niską jak na taki sprzęt ceną. Nie bez znaczenia jest również ogromna ilość kompatybilnych urządzeń, rozszerzeń i akcesoriów. Dodatkowo Arduino jest łatwe w programowaniu, co czyni je szczególnie przyjaznym rozwiązaniem dla osób, które dopiero rozpoczynają swoją przygodę z elektroniką. Atutem jest również szeroki wybór literatury źródłowej i gotowych projektów wykorzystujących tę płytkę.

Wszystko zależy od tego, w jaki sposób zostały wykonane. Chodzi o to, że Arduino to sprzęt typu open-hardware – należy to rozumieć w ten sposób, że każdy może legalnie zbudować własne Arduino lub stworzyć urządzenie kompatybilne ze standardem Arduino. Warto jednak zwrócić uwagę, czy oferowany przez sprzedawcę sprzęt to podróbka oryginalnej płytki, czy jest to po prostu urządzenie zgodne ze standardem Arduino. Powstaje bardzo duża liczba akcesoriów i produktów zastępczych, które są w pełni sprawne i funkcjonalne. Niestety, na rynku można trafić także na produkty, które oryginalny sprzęt przypominają głównie wyglądem. Materiały zastosowane do budowy często są bardzo niskiej jakości, a ogólny wygląd ma sugerować, że jest to taki sam produkt, jak oryginał. Najczęściej tego typu produkty charakteryzują się niższą ceną niż proponowana przez producenta Arduino. Podsumowując: sprzęt, który nie jest oficjalnym produktem Arduino, często jest przystosowany do bardzo ukierunkowanych zastosowań, ale przede wszystkim najczęściej jest to wysokiej jakości sprzęt zaprojektowany i wykonany przez pasjonatów. Poszukując tego typu urządzenia warto zwrócić również uwagę na tak zwane klony, ale uważać na podróbki niskiej jakości.