Seznámení s Arduinem

Když se v současné době začátečník podívá na trh s vývojovými platformami, může ho čekat nemilé překvapení. Existuje totiž celá řada více či méně vhodných desek a čipů, které výrobci nabízí. Počínaje samostatnými čipy (např. PICAXE), k jejichž programování stačí pouze sériový kabel a výkonnými platformami s možností běhu přizpůsobeného operačního systému konče. Ve světě asi nejrozšířenější platformou je Arduino. To nabízí různé typy desek od méně výkonných a malých modelů po kompletní soustavy obsahující USB, HDMI, Ethernet, či audio porty. V tomto článku si některé z desek představíme a povíme si, co dovedou.

O Arduinu

Logo Arduina

Vývoj prvního Arduina započal v roce 2005, když se lidé z italského Interaction Design Institute ve městě Ivrea rozhodli vytvořit jednoduchý a levný vývojový set pro studenty, kteří si nechtěli pořizovat, v té době rozšířené a drahé desky BASIC Stamp. Mezi studenty se Arduino uchytilo, a tak se tvůrci rozhodli poskytnout ho celému světu. A to nejenom prodejem vlastních desek, ale i sdílením všech schémat a návodů (jedná se o Open Source projekt). Programová část Arduina byla založena na Processing, což je programovací jazyk s vlastním editorem, určený k výuce programování. V dnešní době se prodalo již několik stotisíc desek Arduino. Důkazem, že tato platforma není mrtvá, může být i to, že nedávno byl ohlášen vývoj nové a výkonné desky Arduino Galileo, která vzniká ve spolupráci s Intelem. Za osm let vývoje již vzniklo spoustu různých typů Arduina. Jelikož se jedná o opensource projekt, vznikalo společně s hlavní linií projektu i spoustu dalších, neoficiálních typů, takzvaných klonů. Nejdříve si ale představíme oficiální desky.

*V roce 2010 vznikl zajímavý dokument o Arduinu s rozhovory s jeho tvůrci: Arduino The Documentary (2010) English HD.

Typy desek

Srdcem každého Arduina je procesor od firmy Atmel, který je obklopen dalšími elektronickými komponenty. Pro celou řadu desek je typické jednotné grafické zpracování s převažující modrou barvou. V eshopech, i na oficiálních stránkách Arduina arduino.cc se můžeme setkat s deskami, které mají za svým názvem ještě přidáno například Rev3, nebo R3. Jedná se o číslo verze dané desky. Mezi jednotlivými verzemi se mohlo například mírně změnit rozložení součástek, nebo design. Nejedná se však o velké změny, které by si vyžádaly vznik další desky. Na většině desek je mimo hlavního čipu ještě převodník, který umožňuje komunikaci mezi PC (USB) a čipem. Setkám se však s typy, které převodník nemají. Může to být ze dvou důvodů. Prvním z nich je úspora místa a následná nutnost použití externího převodníku. Druhým typem jsou ty, jejichž čip má v sobě tento převodník zabudovaný.

Nyní si předvedeme jednotlivé desky, které jsou pro přehlednost seřazeny od těch nejmenších po největší.

Arduino Mini

Arduino Mini

Arduino Mini je asi nejmenší oficiální verze Arduina, navržená pro úsporu místa. Daní za malé rozměry je však absence USB portu. K programování je tedy nutné použít externí USB 2 Serial převodník. Jeho výkon však nijak nezaostává za většími deskami. Běží na procesoru ATmega328 (dříve ATmega168) s taktem 16 MHz. Pro své malé rozměry je vhodný k použití například v chytrých vypínačích, či dálkových ovladačích…

Arduino Nano

Arduino Nano

Arduino Nano se od svého menšího sourozence výbavou moc neliší. Největším rozdílem je zde však přítomnost USB portu a převodníku, kvůli němuž je celkové provedení o něco větší. Odpadá tak nutnost mít společně s deskou ještě další programovací prostředek.

Arduino Micro

Arduino Micro

Arduino Micro je jedna z desek, která má čip obsahující převodník. Tímto čipem je ATmega32u4. Jeho výhodou je, že se může pro počítač tvářit jako myš, nebo klávesnice a posílat příkazy, jako jsou stisk klávesy a posunutí myši. To je sice možné i s ostatními deskami, ale tato operace vyžaduje přeprogramování převodníku (nejčastěji založeném na čipu ATmega16u2, nebo ATmega8u2), což nemusí být úplně jednoduché. S touto deskou je tedy velice jednoduché vytvořit si vlastní klávesnici, nebo herní ovladač.

LilyPad Arduino

Arduino Lilypad

Již při prvním pohledu je jasné, že Lilypad Arduino není úplně typické. Jedná se totiž o verzi přizpůsobenou k nošení na textilu, kdy jsou spoje tvořeny vodivou nití. Tak se dá vyrobit například cyklistická mikina s přišitými blinkry. Existuje více druhů této desky. Můžeme se setkat s verzí s USB a čipem ATmega32u4, nebo bez USB ve verzi ATmega328 a dalšími.

Arduino Fio

Arduino Fio

Tato deska je přizpůsobená k připojení různých bezdrátových modulů (XBee moduly). Srdcem je procesor ATmega328P, který běží na frekvenci 8MHz. Napětí je zde kvůli kompatibilitě s moduly sníženo oproti většině ostatních desek z 5V na 3,3V.

Arduino Uno

Arduino Uno

Arduino Uno je v současné době asi nejčastěji používaný typ desky. Je přímým pokračovatelem hlavní vývojové linie, která započala prvním Arduinem se sériovým portem místo USB, pokračující přes Arduino Extreme, NG, Diecimila a Duemilanove až k dnešnímu Uno. Na desce najdeme procesor ATmega328 a již klasické USB. Z této hlavní linie se vyvinuly i další dvě speciální desky. První z nich je Arduino Ethernet, které má stejnou výbavu jako Uno. Místo USB portu zde ale najdeme Ethernet port pro připojení k síti. Příjemná je přítomnost slotu pro microSD karty. Druhou deskou je Arduino Bluetooth. Jak už název napovídá, místo USB zde najdeme bluetooth modul pro bezdrátovou komunikaci. Velmi odlehčenou verzí Arduina Uno je Arduino Pro. To postrádá USB port a je tedy nutné ho programovat externím převodníkem. Je určeno spíše k pevnému zabudování do nějakého projektu.

Arduino Leonardo

Arduino Leonardo

Arduino Leonardo designově navazuje na Arduino Uno. Liší se však použitým čipem. Tím je ATmega32u4, který byl popsán již u Arduino Micro.

Arduino Yún

Arduino Yun

Arduino Yun sice také navazuje na Arduino Uno, jedná se však o naprostého průkopníka. Mimo již zmíněného čipu ATmega32u4, na kterém běží jádro Arduina, zde totiž najdeme i čip Atheros AR9331, který je schopný běhu odlehčeného linuxu Linino. Ve výbavě je softwarový bridge (prostředník, most), který zajišťuje komunikaci mezi oběma čipy. V kompaktním obalu tedy získáme v porovnání s velikostí velmi výkonný stroj. Na desce najdeme mimo microUSB pro programování ATmeaga32u4 i normální USB pro potřeby linuxu a Ethernet port pro připojení k síti. Můžeme tedy například posílat naměřené hodnoty přímo na webový server.

Arduino Mega2560

Arduino Mega

S Arduino Mega2560 se dostáváme do skupiny desek, jejichž vzhled vznikl prodloužením designu Arduina Uno. Zvětšení rozměrů přináší prostor pro větší a výkonnější čipy a také více pinů (zdířek). Předchozí verzí bylo Arduino Mega1280. Hodí se tam, kde je zapotřebí většího výpočetního výkonu. Zajímavou odnoží této desky je Arduino Mega ADK vybavené jedním USB navíc pro připojení zařízení s Androidem.

Arduino Due

Arduino Due

Arduino Due je pokračovatelem Arduina Mega, avšak s tím rozdílem, že běží na daleko výkonnějším čipu. Je jím Atmel SAM3X8E, který tiká na taktovací frekvenci 84Mhz a jeho jádro je 32-bitové, což je oproti ostatním deskám s 8-bity a maximálně 16MHz opravdu velký skok. Na desce nalezneme dva microUSB konektory. Jeden pro programování čipu, druhý pro připojení zařízení, jako jsou myši, klávesnice, telefony a jiné.

Arduino Esplora

Arduino Esplora

Arduino Esplora je první z desek, která by se dala zařadit do kategorie „hybridní“. Na první pohled je viditelný joystick, tlačítka a posuvný potenciometr. Nalezneme zde ale také piezzo bzučák, teploměr, tříosý akcelerometr, nebo piny pro připojení LCD displeje. Jedná se totiž o typ Arduina, se kterým se dá vytvořit samostatný herní set, nebo vlastní konzole pro hraní her. Jednoduchou komunikaci s PC zajišťuje procesor ATmega32u4.

Arduino Robot

Arduino Robot

Jak už název napovídá, jedná se o set pro vytvoření vlastního chytrého robota. Jeho mozkem je procesor ATmega32u4. Zajímavostí je přítomnost kompasu.

Arduino Intel Galileo

Arduino Galileo

Tato verze vznikla ve spolupráci se společností Intel. Jedná se o první desku, která běží na čipu Intel® Quark SoC X1000, což je 32-bitový procesor s frekvencí 400 MHz. Najdeme zde dvě USB, microSD slot i Ethernet port. Užitečná může být také přítomnost mini-PCI Express slotu, pro připojení různých přídavných karet.

Arduino Tre

Arduino Tre

V současné době chystané Arduino Tre bude zatím nejvýkonnější typ. Mělo by obsahovat 1 GHz procesor, schopný běhu velmi náročných výpočetních aplikací. Stejně jako Arduino Yún bude obsahovat dva procesory. Jeden pro jádro Arduina a druhý pro linux. Na desce také nalezneme HDMI port, dva audio konektory, jeden USB port pro programování a 4 USB porty pro připojení dalších zařízení k linuxu. Už z hardwarové výbavy je patrné, že bude moci Arduino Tre konkurovat i jiným menším počítačům jako je například Raspberry Pi. Mělo by být dostupné na jaře 2014.

Arduino Shieldy

Když se chceme na běžném stolním počítači připojit k WiFi, většinou nemáme jinou možnost, než si dokoupit WiFi kartu. Když chceme poslouchat, nebo nahrávat dobrou hudbu, musíme připojit kvalitní zvukovou kartu. A stejné to je u Arduina. Když něco nezvládne, nemusí být ještě všemu konec. Stačí si vybrat z rozsáhlé nabídky tzv. shieldů a vybraný shield poté nasunout do zdířek na Arduinu. Stejně jako desek existuje i celá řada shieldů. Z těch oficiálních jsou to ale Ethernet Shield, Wifi Shield, Motor Shield a Další. Při výběru je však nutné dát si pozor na to, aby byl vybraný shield s Arduinem kompatibilní.

Na obrázku vedle vidíte, jak vypadá takový Ethernet shield.

Arduino Ethernet Shield

Arduino klony

Jak už jsem naznačil dříve, společně s oficiální řadou existuje ještě spousta dalších, neoficiálních desek. Jedná se o takzvané klony. Poznáme je podle toho, že mají často v názvu -duino (název Arduino je chráněný autorskými právy, -duino a podobné části jsou v názvu přípustné). Jelikož jsou všechna schémata, součástky i software dostupné online zdarma, může si prakticky každý sestavit své Arduino takřka „na koleni“. Můžeme se tedy setkat s klony tvarově a výbavou totožnými s oficiálními modely. Není to však pravidlem. Často jsou k vidění i desky, které jsou uzpůsobené ke konkrétní činnosti. Příklady klonů jsou:

• ArduPilot – navržený pro ovládání autonomních létajících zařízení (letadla, kvadrokoptéry…)
• Freaduino, Seeeduino – o něco levnější kopie originálních desek
• Rainbowduino – připravené k nasazení a řízení 8×8 maticového RGB LED displeje, je možné je sestavovat do větších celků
• A další…

Zdroje obrázků

[Arduino Mini]

[Arduino Nano]

[Arduino Micro]

[LilyPad Arduino]

[Arduino Fio]

[Arduino Uno]

[Arduino Leonardo]

[Arduino Yún]

[Arduino Mega2560]

[Arduino Esplora]

[Arduino Robot]

[Arduino Intel Galileo]

[Arduino Tre]

[Ethernet Shield]