Hva er maskinvaren Arduino

Transkript

1 1. Hva er Arduino De som har hørt om Arduino tidligere tenker på selve maskinvaren når man prater om Arduino. Men maskinvaren kretskortet med en ATMega mikrokontroller, USB port og digitale og analoge koblingspunkter er bare halvparten av hva Arduino er. For i tillegg til maskinvaren kommer nemlig programvaren Arduino og denne er vel så viktig som maskinvaren. Programvaren Arduino - Arduino IDE - er laget nettopp for å gjøre det enkelt å både programmere maskinvaren Arduino, og veldig mye av magien som er en del av Arduino ligger i nettopp denne. Mens maskinvaren Arduino via sin open source tilnærming og med faste og enkle tilkobling til en datamaskin via USB vært banebrytende når det gjelder å skape en plattform som millioner av mennesker, både amatører og profesjonelle, har knyttet seg til og benytter seg av. Samtidig har programvaren Arduino, som gjør det enkelt å nettopp programmere mikrokontrollerne som sitter på Arduinoen vært absolutt nødvendig for at både profesjonelle og amatører har fått muligheten til å jobbe med programmerbar elektronikk. I denne boken skal vi lære mer om både maskinvaren Arduino og programvaren Arduino IDE, samtidig som vi skal starte med å benytte ett klossbasert kodegenereringssystem som heter Blockuino. Blockuino er utviklet av Kodegenet og er dermed tilgjengelig på norsk. Blockuino skal hjelpe oss å komme i gang, og har du benyttet andre klossbaserte programmeringsmiljø tidligere, som for eksempel Scratch, vil Blockuino fungere som en fin overgang fra klossbasert programmering til tekst basert programmering.

2 1.1. Hva er maskinvaren Arduino Maskinvaren Arduino ser ut som et kretskort med en USB inngang, og ett sett med tilkoblingspunkter. Den vanligste typen Arduino heter Arduino Uno. Denne består av en USB inngang, samt en inngang til strøm, 13 digitale tilkoblingspunkter og 6 analoge tilkoblingspunkter. Figuren undre viser hvordan Arduino Uno ser ut, og angir noen av tilkoblingspunktene som er tilgjengelig. 13 Digitale tilkoblingspunkter USB inngang 3 tilkoblingspunkter til Jord (negativ eller Ground) 2 positive output tilgangspunkter 3,3V og 5V 6 analoge tilkoblingspunkter 2 positive input tilgangspunkter (7-12 V) Figur 1.1 Slik ser Arduino Uno ut Arduino Uno er liten, men likevel ganske stor nesten på størrelsen til et kredittkort mens andre Arduino typer som Arduino Nano og Arduino Mini er en god del mindre. Likevel har Uno blitt Arduino standarden og det finnes en god del tilleggskort som man kan koble inn i Arduino Uno. Disse tilleggskortene gir Arduino Uno tilgang til alt fra motor kontrollere, GPS og LCD skjermer til tilleggskort som utvider tilkoblingsmulighetene med for eksempel trådløst internett (WiFi) eller Bluetooth. Selve hjernen til Arduino Uno er en ATMEGA328P mikrokontroller. Denne sitter rett over de analoge tilgangspunktene. Det finnes to varianter av Arduino Uno, en som ser ut som over med en stor ATMEGA mikrokontroller, og en som har en mindre versjon av samme mikrokontroller som er loddet rett på kretskortet. Fordelen med den store varianten er at mikrokontrolleren kan tas ut av Arduino Uno og brukes i andre prosjekter etter at den er ferdig programmert.

3 1.2. Hva er programvaren Arduino Selv om er maskinvaren Arduino har gjort det mulig å bygge opp en plattform som millioner av mennesker benytter, er programvaren like viktig. Den enkle programvaren har ført til at det har vært mulig for ikke-profesjonelle å ta i bruk og programmere mikrokontrollere. Tidligere var det mye å sette seg inn i og det var en omfattende prosess å lære seg både programmeringen og det å overføre programmene til mikrokontrolleren. Selv om Arduino IDE ikke startet som et fullverdig programmeringsmiljø, åpnet Arduino IDE opp programmering av mikrokontrollere til et stort antall mennesker med et bredt mangfold. I dag styrer Arduino alt fra hjemmelagde hobbyprosjekter til 3D printere og industrielle plattformer og Arduino IDE har mye av æren for at det har blitt mulig. Arduino IDE består av 4 hovedområder. Knapperaden En rad med knapper på toppen av skjermen. Her kan du kompilere koden du har skrevet, laste den opp til Arduino kortet ditt, eller åpne seriellovervåkeren. Teksteditor Det store hvite området i midten er en teksteditor. Her skriver vi koden som vi ønsker å laste opp til Arduinoen Statuslinje Denne linjen viser status. Her får vi vite om Arduino IDE jobber med å kompilere, laste opp programmer til Arduinoen eller om det har oppstått en feilmelding. Konsoll Dette sorte området nederst består av tekstbeskjeder fra Arduino IDE. Her får vi enten hvit tekst når alt har gått som det skal eller oransje teskt når Arduino IDE skriver feilmeldinger til konsollen. Knapperad Teksteditor Statuslinje Konsoll Figur 1.2 Slik ser Arduino IDE ut Vi kommer til å blir mer kjent med Arduino IDE utover i boken, og vi kommer til å utforske de fleste av funksjonene som er tilgengelig i Arduino IDE.

4 1.3. Hva er elektronikk Når vi jobber med Arduino skal vi både koble, styre og lese fra elektroniske komponenter. Det betyr at vi kan bruke en Arduino til både til å slå av og på LED lamper eller motorer, men også til å lese fra sensorer som knapper, temperaturmålere, magnetsensorer, lyssensorer osv. Men for at vi skal forstå litt mer om hvordan dette fungerer, har vi behov for å lære litt om hva elektronikk egentlig er. Enkelt forklart er elektronikk bevegelsen av elektroner gjennom et materiale som tillater elektronene å bevege seg fritt. Slike materialer kaller vi for ledere, mens materialer som ikke gjør det mulig for elektronene å bevege seg fritt kaller vi isolerende materialer eller bare isolasjon. Det finnes mange materialer som fungere som ledere og stort sett alle disse er metaller. Årsaken til metaller er gode ledere finner vi i kjemien. Alle materialer består av atomer, som igjen består av en positivt ladet kjerne som er omringet av negativt ladede elektroner. Kjernen består av positive protoner og nøytrale nøytroner. Et sikt metall som vi kjenner igjen fra ledninger vi har hjemme er kobber. Kobber er en av de vanligste lederne vi har. Kjernen i kobber atomet består av 29 protoner. For at atomet skal være nøytralt, må det være omringet av 29 elektroner. Disse elektronene beveger seg i tenkte skall rundt kjernen, hvorav det skallet laget har plass til 2 elektroner, skall 2 har plass til 8 elektroner, skall 3 har plass til 18 elektroner, mens skall 4 har plass til 32 elektroner. For kobber betyr det at de 2 første lagene er fylt helt opp, mens det befinner seg kun 1 elektron i skall nummer 4. Valenselektron Kobber - Cu 29 Protoner Figur 1.3 En modell av et kobberatom

5 Elektronene i det ytterste skallet kalles valenselektroner, og ettersom kobberatomet kun har ett valenselektron i det ytterste skallet sitt sitter det ikke like godt fast til atomet som elektronene i skallene lengre inn mot kjernen. Denne svakere koblingen til det ytterste elektronet gjør at elektronet gjerne kan hoppe fra kobberatom til kobberatom. På den måten vil mange slike kobberatomer dele en sky av slike enslige valensatomer som flyter fritt mellom kobberatomene. En slik kjemisk binding kaller vi metallbinding, og er nødvendig for at metaller skal lede elektrisitet Introduksjon til Blockuino Blockuino er et nettbasert verktøy som gjør det mulig å generer den tekst-baserte koden som Arduino IDE trenger ved hjelp av Scratch-liknende klosser. Blockuino er bygget opp i fire kolonner. Første kolonne er en knapperad hvor alle funksjonene til Blockuino er samlet. I til høyre for knapperaden ligger klosslisten som er gruppert i fargekodete overskrifter. Her finnes alle klossene som kan benyttes i Blockuino. I midten finner vi scriptområdet. Her ligger alle klossene som vi har lagt til i vårt program, og til høyre for dette ligger kodeområdet hvor den tekst-baserte kildekoden til programmet vårt blir laget. Klosslisten - her finnes alle klossene vi kan bruke Scriptområdet - Her finnes alle klossene vi har lagt til i programmet vårt Kodeområdet - Her lages koden som vi skal overføre til Arduinoen Knapperad - Her finnes alle funksjonsknappene Figur 1.4 Slik ser Blockuino.no ut På denne måten kan vi enkelt lage koden vi ønsker å overføre til Arduinoen. Denne koden overfører vi ved å kopiere den og lime den inn i enten Arduino IDE eller Arduino Create.