Скачать программу графического программирования ардуино. FLProg – альтернативная среда программирования Arduino
Сергей Глушенко
В настоящее время в мире начался бум по использованию микроконтроллеров в различных самоделках и стартапах. Действительно, цены на микроконтроллеры упали, а возможности их постоянно растут. Да и наши друзья, китайцы, научились изготавливать периферию к ним, и продают её к тому же по смешным ценам. Но вот с программированием микроконтроллеров всё не так радужно…
С чего всё началось и как развивалось
С самого момента появления микропроцессоров развитие принципов работы с ними идет по пути роста абстракции. Первый этап представлял программирование непосредственно в машинных кодах. Программирование было сложным, долгим и требовало очень специфичного склада ума. Поэтому программистов было очень мало.
Но человек существо ленивое, а лень, как известно, двигатель прогресса. Придумали первый уровень абстракции - ассемблер. Писать программы стало проще и веселее. Количество программистов возросло. Но все равно ассемблер не очень сильно отличался от машинных кодов.
Поэтому появился следующий уровень абстракции. Языки высокого уровня. Основной целью этих языков была возможность объяснить машине, что от нее хотят, на языке максимально приближенном к человеческому. Это позволяло заниматься программированием людям с менее специфичным складом ума. Поэтому с развитием языков высокого уровня количество программистов росло, и соответственно росло количество полезных программ, которые они создавали.
Как дела обстоят сейчас
Конечно, для начала работы непосредственно с контроллером требуется определенная подготовка. То есть, необходимы программатор, настроенная среда для программирования на компьютере, ну и, естественно, знание языка программирования. Кроме того, требуется умение в работе с паяльником, разработке печатных плат, знания в электротехнике и электронике. Так что порог вхождения в область создания собственных устройств на микроконтроллерах остается высоким.
Кроме того, для такой работы требуется сочетание навыков, которые достаточно редко встречаются вместе. Программисты редко дружат с паяльником, а электронщики не часто являются программистами. Для программистов проблему решили созданием платы Arduino, которая позволяет собирать устройства без использования инструментов.
Для электронщиков и электриков все хуже. До последнего времени для того, чтобы создать свое устройство с применением микроконтроллера, у них было два пути. Либо самим изучать язык программирования "С", либо просить помощи у программиста. Оба пути не самые лучшие. Для того что бы стать программистом, необходим определенный склад ума, не всегда совместимый с опытом чтения электрических схем. А знакомого программиста может не оказаться под рукой.
В то же время давно существуют среды программирования адаптированные под обычного инженера - электронщика, ну или просто электрика. Я имею в виду среды программирования промышленных контроллеров. ПЛК. Они позволяют создавать программное обеспечение для контроллеров на языках FBD и LAD . Собственно говоря, как таковыми языками они не являются. Это, скорее, графические среды для рисования принципиальных или логических схем.
FBD (Function Block Diagram)
- графический язык программирования стандарта МЭК 61131-3. Программа образуется из списка цепей, выполняемых последовательно сверху вниз. При программировании используются наборы библиотечных блоков. Блок (элемент) - это подпрограмма, функция или функциональный блок (И, ИЛИ, НЕ, триггеры, таймеры, счётчики, блоки обработки аналогового сигнала, математические операции и др.). Каждая отдельная цепь представляет собой выражение, составленное графически из отдельных элементов. К выходу блока подключается следующий блок, образуя цепь. Внутри цепи блоки выполняются строго в порядке их соединения. Результат вычисления цепи записывается во внутреннюю переменную либо подается на выход контроллера.
Ladder Diagram (LD, LAD, РКС)
- язык релейной (лестничной) логики. Синтаксис языка удобен для замены логических схем, выполненных на релейной технике. Язык ориентирован на инженеров по автоматизации, работающих на промышленных предприятиях. Обеспечивает наглядный интерфейс логики работы контроллера, облегчающий не только задачи собственно программирования и ввода в эксплуатацию, но и быстрый поиск неполадок в подключаемом к контроллеру оборудовании. Программа на языке релейной логики имеет наглядный и интуитивно понятный инженерам-электрикам графический интерфейс, представляющий логические операции, как электрическую цепь с замкнутыми и разомкнутыми контактами. Протекание или отсутствие тока в этой цепи соответствует результату логической операции (истина - если ток течет; ложь - если ток не течет). Основными элементами языка являются контакты, которые можно образно уподобить паре контактов реле или кнопки. Пара контактов отождествляется с логической переменной, а состояние этой пары - со значением переменной. Различаются нормально замкнутые и нормально разомкнутые контактные элементы, которые можно сопоставить с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми кнопками в электрических цепях.
Такой подход оказался очень удобным для легкого вхождения в разработку систем АСУ инженеров-электриков и электронщиков. Разрабатывая проекты установок, они могли легко привязать работу этих установок к алгоритмам работы контроллера. В обслуживании этих установок на объекте также лучше, когда существующий обслуживающий персонал может легко проверить работу системы АСУ, найти проблему. И при этом нет необходимости вызывать по каждому пустяку программиста из «Центра». И это подход себя оправдал. На сегодняшний день почти все системы промышленной автоматики созданы с помощью таких средств разработки.
Такая среда разработки есть у Siemens, ABB, Schneider Electric… да и практически у всех производителей ПЛК. Казалось бы, идеальное решение для любителей самоделок. Но, как всегда есть «но». Все эти среды программирования привязаны к промышленным контроллерам определённого производителя. И цены на эти контроллеры мало вдохновляют. Очень редко какой семейный бюджет позволит приобрести контроллер ценой в несколько десятков тысяч рублей.
Зато платы Arduino идеально подходят для самодельщиков и кулибиных, на которых наша страна всегда была, есть и будет богата. Но, опять «но». Программируются эти платы на языке C. Для большинства этих умнейших людей, с очень прямыми руками, растущими из положенного места, язык С. это китайская азбука. Они могут придумать, нарисовать, собрать, отладить и запустить сложнейшие схемы, но If, For, Case, Void и т.п. - это не для них. Конечно, можно почитать инструкции в интернете, поиграться какое-то время, помигать светодиодом с помощью примера. Но для более серьезного применения необходимо детальное изучение языка. А зачем им это?
Они не собираются быть профессиональными программистами. У них другой путь. Они что-то придумали. Да, это проще и красивее собрать с помощью микроконтроллера, но становится для этого программистом, потратив месяцы на изучение языка? Нет, конечно. Собирают по старинке, попроще, конечно, но в своей области.
На основании всех этих выкладок и был создан проект FLProg. Основная идея проекта - совместить принципы промышленного программирования с дешевизной и удобством Arduino. Проект предлагает новый уровень абстракции с довольно смелым заявлением -
Чтобы программировать микроконтроллеры не обязательно знать языки программирования!
В результате получился инструмент, позволяющий создавать свои проекты на Arduino любому человеку, знакомому с электротехникой и электроникой, позволяющий создать свое изделие с использованием данных плат.
Проект состоит из двух частей.
Первая часть -это десктоп-приложение FLProg , представляющее собой графическую среду программирования плат Arduino.
При создании нового проекта вам предложат выбрать язык программирования, на котором вы будете создавать проект, и контроллер, на котором этот проект будет реализован.
Вот список плат Arduino, поддерживаемых программой на сегодняшний день:
|
В скором времени ожидается пополнение в семействе поддерживаемых плат. Arduino Due уже в пути, а плату Intel Galileo (gen.2) обещал предоставить руководитель лаборатории интернета вещей при Санкт-Петербургском Государственном университете телекоммуника-ций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. Со временем, по мере приобретения, планируется поддержка плат основанных на контроллерах STM.
Проект в FLProg представляет собой набор плат, на каждой из которых собран законченный модуль общей схемы. Для удобства работы каждая плата имеет наименование и комментарии. Так же каждую плату можно свернуть (для экономии места в рабочей зоне, когда работа над ней закончена) и развернуть. Красный индикатор в наименовании платы указывает на то, что в схеме платы есть ошибки.
В правой части рабочей зоны расположена библиотека элементов. В схему элементы переносятся простым перетаскиванием. При двойном клике по элементу будет показана информация о нём.
Вот список блоков доступных на сегодняшний день.
|
Базовые элементы
Специальные блоки Триггеры
Таймеры
Счетчики
Математика
Сравнение Com -порт Send Переключатель
|
Моторы ServoMotor Часы реального времени
Дисплеи Дисплей на чипе НD44780 Строки Сложение строк Датчики
SD карта Запись переменной на SD карту Конвертация типов Преобразование строк Микросхемы расширений Расширитель выводов 74HC595 Операции с битами Шифратор Разное Матричная клавиатура Запись в EEPROM Коммуникации SendVariableFromCommunication |
|
Базовые блоки Контакт Специальные реле Двустабильное реле Алгебра SIN Аналоговые блоки Масштабирование CommPort Передача в ComPort Моторы Сервомотор Часы реального времени Получить данные |
Дисплеи Дисплей на чипе HD44780 Строки Сложение строк Датчики Ультразвуковой дальномер HC-SR04 SD карта Запись переменной на SD карту Конвертирование типов Конвертация строк Микросхемы расширений Расширитель выводов 74HC595 Операции с битами Шифратор Разное Матричная клавиатура Запись в EEPROM Коммуникации Блок отправки переменной через коммуникации |
В настоящее время ведется разработка функциональных блоков для работы с трех-осевым гироскопом, люксометром, и другими датчиками и сенсорами. Также ведется работа над организацией обмена данными через блютуз, радиоканал, и интерфейс RS-485. В дальнейших планах. разработка SCADA-системы для организации интерфейса систем, разработанных в программе FLProg на персональном компьютере или графических дисплеях.
Список периферийного оборудования, поддерживаемого программой, доступен на сайте проекта по ссылке:
Для части оборудования в разделе на сайте присутствуют обзорные статьи, облегчающие понимание применения его в программе.
В верхней части рабочей зоны расположен список тэгов (переменных и входов выходов) (FBD) или установленного оборудования (LAD). Тэги или оборудование переносятся на схему простым перетаскиванием.
После завершения работы над проектом производится его компиляция. После компиляции автоматически откроется программа "Arduino 1.5.7" с загруженным скетчем вашего проекта. В программе "Arduino IDE 1.5.7" вам необходимо будет указать номер COM -порта, к которому подключен ваш контроллер, выбрать его тип, и произвести заливку скетча в контроллер. Подробнее о программе "Arduino IDE 1.5.7" можно почитать на сайте Arduino.ru .
Где скачать FLProg?
В рамках проекта существует сайт http://flprog.ru . Основная задача сайта - дать возможность пользователям скачать последнюю версию программы, узнать о нововведениях и изменениях.
Скачать программу можно без регистрации на сайте, но для зарегистрированных пользователей функционал сайта заметно расширяется. Регистрация очень проста и требует только подтверждения электронной почты. Никаких других данных при этом вводить не требуется.
На странице загрузки программы всегда доступны две версии: инсталлятор и портативная версия, не требующая установки. Если возможно, то я также выкладываю файл обновления значительно меньшего размера, позволяющий обновить предыдущую версию.
Также на странице загрузки можно посмотреть список нововведений и исправленных ошибок для данной версии и перейти в архив предыдущих версий.
Здравствуйте! Я Аликин Александр Сергеевич, педагог дополнительного образования, веду кружки «Робототехника» и «Радиотехника» в ЦДЮТТ г. Лабинска. Хотел бы немного рассказать об упрощенном способе программирования Arduino с помощью программы «ArduBloсk».
Эту программу я ввел в образовательный процесс и восхищен результатом, у детей она пользуется особым спросом, особенно при написании простейших программ или для создания какого-то начального этапа сложных программ. ArduBloсk является графической средой программирования, т. е. все действия выполняются с нарисованными картинками с подписанными действиями на русском языке, что в разы упрощает изучение платформы Arduino. Дети уже со 2-го класса с легкостью осваивают работу с Arduino благодаря этой программе.
Да, кто-то может сказать, что еще существует Scratch и он тоже очень простая графическая среда для программирования Arduino. Но Scratch не прошивает Arduino, а всего лишь управляет им по средством USB кабеля. Arduino зависим от компьютера и не может работать автономно. При создании собственных проектов автономность для Arduino - это главное, особенно при создании роботизированных устройств.
Даже всеми известные роботы LEGO, такие как NXT или EV3 нашим ученикам уже не так интересны с появлением в программировании Arduino программы ArduBloсk. Еще Arduino намного дешевле любых конструкторов LEGO и многие компоненты можно просто взять от старой бытовой электронной техники. Программа ArduBloсk поможет в работе не только начинающим, но и активным пользователям платформы Arduino.
Итак, что же такое ArduBloсk? Как я уже говорил, это графическая среда программирования. Практически полностью переведена на русский язык. Но в ArduBloсk изюминка не только это, но и то, что написанную нами программу ArduBloсk конвертирует в код Arduino IDE. Эта программа встраивается в среду программирования Arduino IDE, т. е. это плагин.
Ниже приведен пример мигающего светодиода и конвертированной программы в Arduino IDE. Вся работа с программой очень проста и разобраться в ней сможет любой школьник.
В результате работы на программе можно не только программировать Arduino, но и изучать непонятные нам команды в текстовом формате Arduino IDE, ну а если же «лень» писать стандартные команды - стоит быстрыми манипуляциями мышкой набросать простенькую программку в ArduBlok, а в Arduino IDE её отладить.
Чтобы установить ArduBlok, необходимо для начала загрузить и установить Arduino IDE с официального сайта Arduino и разобраться с настройками при работе с платой Arduino UNO. Как это сделать описано на том же сайте или же на Амперке , либо посмотреть на просторах YouTube. Ну, а когда со всем этим разобрались, необходимо скачать ArduBlok с официального сайта, вот . Последние версии скачивать не рекомендую, для начинающих они очень сложны, а вот версия от 2013-07-12 - самое то, этот файл там самый популярный.
Затем, скачанный файл переименовываем в ardublock-all и в папке «документы». Создаем следующие папки: Arduino > tools > ArduBlockTool > tool и в последнею кидаем скачанный и переименованный файл. ArduBlok работает на всех операционных системах, даже на Linux, проверял сам лично на XP, Win7, Win8, все примеры для Win7. Установка программы для всех систем одинакова.
Ну, а если проще, я приготовил на Mail-диске 7z архив , распаковав который найдете 2 папки. В одной уже рабочая программа Arduino IDE, а в другой папке содержимое необходимо отправить в папку документы.
Для того, чтобы работать в ArduBlok, необходимо запустить Arduino IDE. После чего заходим во вкладку Инструменты и там находим пункт ArduBlok, нажимаем на него - и вот она, цель наша.
Теперь давайте разберемся с интерфейсом программы. Как вы уже поняли, настроек в ней нет, а вот значков для программирования предостаточно и каждый из них несет за собой команду в текстовом формате Arduino IDE. В новых версиях значков еще больше, поэтому разобраться с ArduBlok последней версии сложно и некоторые из значков не переведены на русский.
В разделе «Управление» мы найдем разнообразные циклы.
В разделе «Порты» мы можем с вами управлять значениями портов, а также подключенными к ним звукоизлучателя, сервомашинки или ультразвукового датчика приближения.
В разделе «Числа/Константы» мы можем с вами выбрать цифровые значения или создать переменную, а вот то что ниже вряд ли будите использовать.
В разделе «Операторы» мы с вами найдем все необходимые операторы сравнения и вычисления.
В разделе «Утилиты» в основном используются значки со временем.
«TinkerKit Bloks»- это раздел для приобретенных датчиков комплекта TinkerKit. Такого комплекта у нас, конечно же, нет, но это не значит, что для других наборов значки не подойдут, даже наоборот - ребятам очень удобно использовать такие значки, как включения светодиода или кнопка. Эти знаки используются практически во всех программах. Но у них есть особенность - при их выборе стоят неверные значки обозначающие порты, поэтому их необходимо удалить и подставить значок из раздела «числа/константы» самый верхний в списке.
«DF Robot» - этот раздел используется при наличии указанных в нем датчиков, они иногда встречаются. И наш сегодняшний пример - не исключение, мы имеем «Регулируемый ИК выключатель» и «Датчик линии». «Датчик линии» отличается от того, что на картинке, так как он от фирмы Амперка. Действия их идентичны, но датчик от Амперки намного лучше, так как в нем имеется регулятор чувствительности.
«Seeedstudio Grove» - датчики этого раздела мной ни разу не использовались, хотя тут только джойстики. В новых версиях этот раздел расширен.
И последний раздел это «Linker Kit». Датчики, представленные в нем, мне не попадались.
Хочется показать пример программы на роботе, двигающемся по полосе. Робот очень прост, как в сборке, так и в приобретении, но обо всем по порядку. Начнем с его приобретения и сборки.
Вот сам набор деталей все было приобретено на сайте Амперка .
- AMP-B001 Motor Shield (2 канала, 2 А) 1 890 руб
- AMP-B017 Troyka Shield 1 690 руб
- AMP-X053 Батарейный отсек 3×2 AA 1 60 руб
- AMP-B018 Датчик линии цифровой 2 580 руб
- ROB0049 Двухколёсная платформа miniQ 1 1890 руб
- SEN0019 Инфракрасный датчик препятствий 1 390 руб
- FIT0032 Крепление для инфракрасного датчика препятствий 1 90 руб
- A000066 Arduino Uno 1 1150 руб
Для начала соберем колесную платформу и припаяем к двигателям провода.
Затем установим стойки, для крепления платы Arduino UNO, которые были взяты от старой материнской платы ну или иные подобные крепления.
Затем крепим на эти стойки плату Arduino UNO, но один болтик прикрутить не получиться - разъемы мешают. Можно, конечно, их выпаять, но это уже на ваше усмотрение.
Следующим крепим инфракрасный датчик препятствий на его специальное крепление. Обратите внимание, что регулятор чувствительности находиться сверху, это для удобства регулировки.
Теперь устанавливаем цифровые датчики линии, тут придется поискать пару болтиков и 4 гайки к ним Две гайки устанавливаем между самой платформой и датчиком линии, а остальными фиксируем датчики.
Следующим устанавливаем Motor Shield или по другому можно назвать драйвер двигателей. В нашем случае обратите внимание на джампер. Мы не будем использовать отдельное питание для двигателей, поэтому он установлен в этом положение. Нижняя часть заклеивается изолентой, это чтобы не было случайных замыканий от USB разъема Arduino UNO, это на всякий случай.
Сверху Motor Shield устанавливаем Troyka Shield. Он необходим для удобства соединения датчиков. Все используемые нами сенсоры цифровые, поэтому датчики линии подключены к 8 и 9 порту, как их еще называют пины, а инфракрасный датчик препятствий подключен к 12 порту. Обязательно обратите внимание, что нельзя использовать порты 4, 5, 6, 7 так как оны используются Motor Shield для управлением двигателями. Я эти порты даже специально закрасил красным маркером, чтобы ученики разобрались.
Если вы уже обратили внимание, мной была добавлена черная втулка, это на всякий случай, чтобы установленный нами батарейный отсек не вылетел. И наконец, всю конструкцию мы фиксируем обычной резинкой.
Подключения батарейного отсека может быть 2-х видов. Первый подключение проводов к Troyka Shield. Также возможно подпаять штекер питания и подключать уже к самой плате Arduino UNO.
Вот наш робот готов. Перед тем как начать программировать, надо будет изучить, как все работает, а именно:
- Моторы:
Порт 4 и 5 используются для управления одним мотором, а 6 и 7 другим;
Скоростью вращения двигателей мы регулируя ШИМом на портах 5 и 6;
Вперед или назад, подавая сигналы на порты 4 и 7.
- Датчики:
У нас все цифровые, поэтому дают логические сигналы в виде 1 либо 0;
А что бы их отрегулировать, в них предусмотрены специальные регуляторы а при помощи подходящей отвертки их можно откалибровать.
Подробности можно узнать на Амперке . Почему тут? Потому что там очень много информации по работе с Arduino.
Ну что ж, мы, пожалуй, все просмотрели поверхностно, изучили и конечно же собрали робота. Теперь его необходимо запрограммировать, вот она - долгожданная программа!
И программа конвертированная в Arduino IDE:
Void setup() { pinMode(8 , INPUT); pinMode(12 , INPUT); pinMode(9 , INPUT); pinMode(4 , OUTPUT); pinMode(7 , OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); pinMode(6, OUTPUT); } void loop() { if (digitalRead(12)) { if (digitalRead(8)) { if (digitalRead(9)) { digitalWrite(4 , HIGH); analogWrite(5, 255); analogWrite(6, 255); digitalWrite(7 , HIGH); } else { digitalWrite(4 , HIGH); analogWrite(5, 255); analogWrite(6, 50); digitalWrite(7 , LOW); } } else { if (digitalRead(9)) { digitalWrite(4 , LOW); analogWrite(5, 50); analogWrite(6, 255); digitalWrite(7 , HIGH); } else { digitalWrite(4 , HIGH); analogWrite(5, 255); analogWrite(6, 255); digitalWrite(7 , HIGH); } } } else { digitalWrite(4 , HIGH); analogWrite(5, 0); analogWrite(6, 0); digitalWrite(7 , HIGH); } }
В заключении хочу сказать, эта программа просто находка для образования, даже для самообучения она поможет изучить команды Arduino IDE. Самая главная изюминка - это то, что более 50 значков установки, она начинает «глючить». Да, действительно, это изюминка, так как постоянное программирование только на ArduBlok не обучит вас программированию в Arduino IDE. Так называемый «глюк» дает возможность задумываться и стараться запоминать команды для точной отладки программ.
Желаю успехов.
Возможно, правы разработчики операционных систем, считающие пользователя злейшим врагом и самым опасным вирусом. А, может быть, не правы, создают они свои творения не для себя, а для пользователей. Словом, не знаю. Но, что точно знаю, я хочу видеть работающую программу S4A не только в Windows, но в Linux, и не только в дистрибутиве Debian.
Начинаю я этот процесс с загрузки версии для Debian на сайте разработчиков: http://seaside.citilab.eu/scratch/arduino . Все загружаемые файлы располагаются по завершении загрузки в папке «Загрузка» или «Downloads». Архивированные файлы, предназначенные для Linux, распаковываются менеджером архивов. Скачанный мной в openSUSE файл имеет расширение deb, но, используя Ark, тот самый менеджер архивов, его можно распаковать. В openSUSE с графическим менеджером KDE 4 для этого достаточно щёлкнуть правой клавишей мышки по файлу и выбрать пункт выпадающего меню «Распаковать во вложенную папку». В итоге появляется папка с именем S4A.
Заглянем в неё.
Рис. 5.1. Содержимое скачанной папки S4A
Два файла с расширением tar.gz подлежат дальнейшей разархивации.
Рис. 5.2. Выпадающее меню работы с архивированными файлами
В результате рядом с архивами появляется ряд файлов и папка, озаглавленная «usr». Из опыта работы с Linux я знаю, что в этой папке могут находиться файлы, которые при установке размещаются по адресу /usr корневой файловой системы. Если открыть эту папку, то,
Глава 5. Arduino, визуальное программирование
действительно, в ней можно увидеть еще три папки.
Эти три папки соответствуют разделам, которые можно увидеть, если открыть в файловом менеджере раздел «Корневая папка» в директории /usr.
Рис. 5.4. Разделы директории usr файловой системы
Содержимое, скачанное ранее, папок bin, lib и share, как я полагаю, следует разместить в папки, отмеченные выше. Но, конечно, простому пользователю менять что-то в файловой системе никто не позволит. Поэтому в разделе основного меню «Система» находим пункт «Файловый менеджер», открывающий новое подменю, где есть «Менеджер файлов (с правами администратора)». Этот менеджер позволит перенести все нужные файлы в операционную систему. Ничего не выдумывая, открывая параллельно папки в двух проводниках, просто последовательно открывать нужные (они все названы) папки до появления файлов, а файлы копировать.
Глава 5. Arduino, визуальное программирование
Рис. 5.5. Перенос файлов программы в openSUSE
Особенно внимательно следует отнестись к папке share, поскольку она имеет много вложенных папок, и соответствующие папки следует отыскивать в файловой системе.
Завершив копирование, можно попытаться отыскать программу в основном меню. И, впрямь, на закладке «Приложения» в разделе «Разработка» (у меня ещё один раздел «Другие программы») появляется программа S4A. И её даже можно запустить. Но она после нескольких движений мышкой начинает виснуть...
В терминале, а в openSUSE есть терминал с правами суперпользователя; от имени суперпользователя, предварительно подключив модуль Arduino, запускаем программу. И она работает. Теперь её можно запустить обычным образом.
В других дистрибутивах Linux операции схоже с теми, что описаны выше, отличия не столь значительны. Хотя в Fedora 14 я просто сменил пользователя, войдя в систему под root, что делать, конечно, не следует, но так было проще всё разместить в нужных местах.
Установив программу в Linux, посмотрим, а для чего мы её устанавливали?
Во-первых, программа работает с модулем, показывая, что происходит на аналоговых и цифровых входах модуля. Что уже неплохо. Но не это главное. Главное, во-вторых - программа позволяет собирать программу, а не кодировать на языке Arduino.
Когда программа начинает работать, в левом окне есть ряд элементов, которые можно, подцепив мышкой, перенести в среднее окно - рабочее «сборочное» поле. Перенесём так элемент, который называется Start.
Глава 5. Arduino, визуальное программирование
Рис. 5.6. Перенос нужных программных элементов
Теперь, нажав клавишу с надписью «контроль» в окошке чуть выше, получим ряд новых элементов.
Рис. 5.7. Список элементов в группе «Контроль»
Среди этих элементов выберем элемент «всегда», который перенесём к уже имеющемуся элементу, и добавим так, чтобы верхний вырез вошёл в выступ.
Глава 5. Arduino, визуальное программирование
Рис. 5.8. Добавление элементов в программу
Вернёмся к набору элементов, с которого начинали, нажав на клавишу «движение», и выберем элемент «digital 13 on», который перенесём и положим внутрь предыдущего.
Рис. 5.9. Команда включения цифрового вывода
Из набора элементов «контроль» возьмём элемент «ждать 1 секунду», который вставим внутрь элемента «всегда» под элемент «digital 13 on». Чтобы ускорить этот процесс, вставим элемент ожидания ещё раз, вернёмся к элементам движения и добавим элемент «digital 13 off» между двумя элементами ожидания.
Рис. 5.10. Программа Blink в графическом виде
Вам эта конструкция ничего не напоминает? Когда мы начинали описывать первую программу обычным языком, мы так и записывали её.
Дважды щёлкните по элементу «start» левой клавишей мышки и посмотрите на модуль Arduino
Молчавший до сих пор светодиод на выводе 13 исправно мигает раз в секунду.
Мы собрали программу, запустили её и заставили работать модуль согласно этой программе. И мы не написали ни строчки кода. Именно по этой причине я предпочитаю различать программирование и написание программного кода.
Глава 5. Arduino, визуальное программирование
Но, может быть, это работает ранее загруженная программа, а не нами собранная?
Остановим работу программы, вновь дважды щёлкнув мышкой по элементу «start». Щёлкнем левой клавишей по единичке элемента «ждать 1 секунду».
Рис. 5.11. Изменение параметров программных элементов
Впечатаем цифру 5 (как на нижнем элементе). Запустим программу... и убедимся, ничего мы не перепутали, светодиод мигает с интервалом раз в 5 секунд!
Мы не проверяли работу цифрового входа в «живом» виде. Не пора ли это сделать?
Соберём программу в S4A. Первые «кирпичики» те же, что и в предыдущей программе. Далее... нам понадобится выполнить условие: если кнопка нажата, включить светодиод, иначе выключить. Такой элемент есть - это «если... или...». В его верхней части есть «гнездо», куда можно вставить нужное нам условие «цифровой вход...».
Рис. 5.12. Добавление условия в элемент if ветвления программы
Осталось добавить действия, чтобы получить нужный вид программы.
Рис. 5.13. Окончательное формирование программы
Если сравнивать её с программой, написанной на языке Arduino, то можно сказать, что отличия только те, что были внесены сознательно: когда кнопка отпущена, светодиод не горит, когда нажата, светодиод загорается.
Глава 5. Arduino, визуальное программирование
Пора перейти к проверке. Но прежде небольшое предупреждение.
На схеме, приведённой в примерах, кнопка соединяется с выводом +5 В. Я бы советовал включить её несколько иначе.
Особенно, если вы проверяете все «на весу». При случайной ошибке может получиться так, как было у меня, из модуля пойдёт дымок, который очень подпортит настроение. А самый правильный путь - использовать макетную плату с переходными разъёмами (для Arduino Nano, думаю, найдётся подходящая панелька под микросхему).
Проверив правильность соединений на макетной плате, подключив к ней модуль Arduino, можно включить его в разъём USB компьютера и запустить программу S4A. Обратите внимание - когда вы между цифровым входом и землёй включили резистор 10 кОм, показания (в правом окошке программы) перестали случайным образом меняться между «false, ложно» и «true, истинно». Запускаем нашу программу двойным щелчком по элементу «start», добавим, зайдя в раздел основного меню «Редактировать», пошаговое выполнение.
Рис. 5.14. Добавление пошагового выполнения в отладочную процедуру
Можно ещё в пункте «установить единичный шаг...» выбрать скорость выполнения. И теперь, пока кнопка не нажата, мы видим, что светодиод не горит, а программа выполняется только в той части, где это задано.
Глава 5. Arduino, визуальное программирование
Рис. 5.15. Выполнение программы в режиме отладки
В правом верхнем окошке можно видеть состояние входа Digital1 - false. Вход на земле, на входе низкий логический уровень, а это, с точки зрения программы, состояние «ложно». Нажмём кнопку.
Рис. 5.16. Работа программы при нажатой кнопке
Изменилось состояние входа «true», горит светодиод, и программа входит в ту часть, где условие выполнено.
Если обратить внимание на оранжевые элементы в разделе «контроль», то видно, многие из
Глава 5. Arduino, визуальное программирование
них имеют «гнёзда» для вставки условий.
Условия могут быть разными. Выше мы использовали в качестве условия изменение состояния цифрового входа. Но это могут быть и другие условия.
Рис. 5.17. Гнёзда для добавления условий в элементах контроля
И ещё - обратите внимание на чёрные стрелочки «вниз» рядом со многими элементами.
Нажимаем эту стрелочку с помощью мышки...
Рис. 5.18. Стрелка, открывающая список возможных сенсоров
И получаем возможность менять, например, как в этом случае используемый вход. В других случаях меняется, скажем, выходной вывод или аналоговый вход. У нас большой выбор возможностей для экспериментов с модулем Arduino. Впрочем, отчего с модулем? Мы вправе использовать несколько модулей. Достаточно, не скажу, что это единственный способ, перейти на закладку «костюмы», щёлкнуть правой клавишей мышки по существующему «костюму» и выбрать раздел «переключиться к новому объекту».
Появится ещё один модуль Arduino. Если у вас он есть, если вы его подключили к USB порту, то можно, думаю, с ним тоже работать.
Глава 5. Arduino, визуальное программирование
Рис. 5.19. Добавление второго модуля Arduino
И последнее замечание. Всё, что мы делаем в программе S4A, мы делаем, используя язык программирования Scratch. Как вам это?
Этот урок дает минимальные знания, необходимые для программирования систем Ардуино на языке C. Можно только просмотреть его и в дальнейшем использовать как справочную информацию. Тем, кто программировал на C в других системах можно пропустить статью.
Повторю, что это минимальная информация. Описание указателей, классов, строковых переменных и т.п. будет дано в последующих уроках. Если что-то окажется непонятным, не беспокойтесь. В дальнейших уроках будет много примеров и пояснений.
Структура программы Ардуино.
Структура программы Ардуино достаточно проста и в минимальном варианте состоит из двух частей setup() и loop().
void setup() {
void loop() {
Функция setup() выполняется один раз, при включении питания или сбросе контроллера. Обычно в ней происходят начальные установки переменных, регистров. Функция должна присутствовать в программе, даже если в ней ничего нет.
После завершения setup() управление переходит к функции loop(). Она в бесконечном цикле выполняет команды, записанные в ее теле (между фигурными скобками). Собственно эти команды и совершают все алгоритмические действия контроллера.
Первоначальные правила синтаксиса языка C.
; точка с запятой Выражения могут содержать сколь угодно много пробелов, переносов строк. Признаком завершения выражения является символ ”точка с запятой ”.
z = x + y;
z= x
+ y ;
{ } фигурные скобки определяют блок функции или выражений. Например, в функциях setup() и loop().
/* … */ блок комментария , обязательно закрыть.
/* это блок комментария */
// однострочный комментарий , закрывать не надо, действует до конца строки.
// это одна строка комментария
Переменные и типы данных.
Переменная это ячейка оперативной памяти, в которой хранится информация. Программа использует переменные для хранения промежуточных данных вычислений. Для вычислений могут быть использованы данные разных форматов, разной разрядности, поэтому у переменных в языке C есть следующие типы.
| Тип данных | Разрядность, бит | Диапазон чисел |
| boolean | 8 | true, false |
| char | 8 | -128 … 127 |
| unsigned char | 8 | 0 … 255 |
| byte | 8 | 0 … 255 |
| int | 16 | -32768 … 32767 |
| unsigned int | 16 | 0 … 65535 |
| word | 16 | 0 … 65535 |
| long | 32 | -2147483648 … 2147483647 |
| unsigned long | 32 | 0 … 4294967295 |
| short | 16 | -32768 … 32767 |
| float | 32 | -3.4028235+38 … 3.4028235+38 |
| double | 32 | -3.4028235+38 … 3.4028235+38 |
Типы данных выбираются исходя из требуемой точности вычислений, форматов данных и т.п. Не стоит, например, для счетчика, считающего до 100, выбирать тип long. Работать будет, но операция займет больше памяти данных и программ, потребует больше времени.
Объявление переменных.
Указывается тип данных, а затем имя переменной.
int x; // объявление переменной с именем x типа int
float widthBox; // объявление переменной с именем widthBox типа float
Все переменные должны быть объявлены до того как будут использоваться.
Переменная может быть объявлена в любой части программы, но от этого зависит, какие блоки программы могут ее использовать. Т.е. у переменных есть области видимости.
- Переменные, объявленные в начале программы, до функции void setup(), считаются глобальными и доступны в любом месте программы.
- Локальные переменные объявляются внутри функций или таких блоков, как цикл for, и могут использоваться только в объявленных блоках. Возможны несколько переменных с одним именем, но разными областями видимости.
int mode; // переменная доступна всем функциям
void setup() {
// пустой блок, начальные установки не требуются
}
void loop() {
long count; // переменная count доступна только в функции loop()
for (int i=0; i < 10;) // переменная i доступна только внутри цикла
{
i++;
}
}
При объявлении переменной можно задать ее начальное значение (проинициализировать).
int x = 0; // объявляется переменная x с начальным значением 0
char d = ‘a’; // объявляется переменная d с начальным значением равным коду символа ”a”
При арифметических операциях с разными типами данных происходит автоматическое преобразование типов данных. Но лучше всегда использовать явное преобразование.
int x; // переменная int
char y; // переменная char
int z; // переменная int
z = x + (int) y; // переменная y явно преобразована в int
Арифметические операции.
Операции отношения.
Логические операции.
Операции над указателями.
Битовые операции.
| & | И |
| | | ИЛИ |
| ^ | ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ |
| ~ | ИНВЕРСИЯ |
| << | СДВИГ ВЛЕВО |
| >> | СДВИГ ВПРАВО |
Операции смешанного присваивания.
Выбор вариантов, управление программой.
Оператор IF проверяет условие в скобках и выполняет последующее выражение или блок в фигурных скобках, если условие истинно.
if (x == 5) // если x=5, то выполняется z=0
z=0;
if (x > 5) // если x >
{ z=0; y=8; }
IF … ELSE позволяет сделать выбор между двух вариантов.
if (x > 5) // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
{
z=0;
y=8;
}
{
z=0;
y=0;
}
ELSE IF – позволяет сделать множественный выбор
if (x > 5) // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
{
z=0;
y=8;
}
else if (x > 20) // если x > 20, выполняется этот блок
{
}
else // в противном случае выполняется этот блок
{
z=0;
y=0;
}
SWITCH CASE - множественный выбор. Позволяет сравнить переменную (в примере это x) с несколькими константами (в примере 5 и 10) и выполнить блок, в котором переменная равна константе.
switch (x) {
case 5:
// код выполняется если x = 5
break;
case 10:
// код выполняется если x = 10
break;
default:
// код выполняется если не совпало ни одно предыдущее значение
break;
}
Цикл FOR . Конструкция позволяет организовывать циклы с заданным количеством итераций. Синтаксис выглядит так:
for (действие до начала цикла;
условие продолжения цикла;
действие в конце каждой итерации) {
// код тела цикла
Пример цикла из 100 итераций.
for (i=0; i < 100; i++) // начальное значение 0, конечное 99, шаг 1
{
sum = sum + I;
}
Цикл WHILE . Оператор позволяет организовывать циклы с конструкцией:
while (выражение)
{
// код тела цикла
}
Цикл выполняется до тех пор, пока выражение в скобках истинно. Пример цикла на 10 итераций.
x = 0;
while (x < 10)
{
// код тела цикла
x++;
}
DO WHILE – цикл с условием на выходе.
do
{
// код тела цикла
} while (выражение);
Цикл выполняется пока выражение истинно.
BREAK
– оператор выхода из цикла. Используется для того, чтобы прервать выполнение циклов for, while, do while.
x = 0;
while (x < 10)
{
if (z > 20) break; // если z > 20, то выйти из цикла
// код тела цикла
x++;
}
GOTO – оператор безусловного перехода.
goto metka1; // переход на metka1
………………
metka1:
CONTINUE - пропуск операторов до конца тела цикла.
x = 0;
while (x < 10)
{
// код тела цикла
if (z > 20) continue; // если z > 20, то вернуться на начало тела цикла
// код тела цикла
x++;
}
Массивы.
Массив это область памяти, где последовательно хранятся несколько переменных.
Объявляется массив так.
int ages; // массив из 10 переменных типа int
float weight; // массив из 100 переменных типа float
При объявлении массивы можно инициализировать:
int ages = { 23, 54, 34, 24, 45, 56, 23, 23, 27, 28};
Обращаются к переменным массивов так:
x = ages; // x присваивается значение из 5 элемента массива.
ages = 32; // 9 элементу массива задается значение 32
Нумерация элементов массивов всегда с нуля.
Функции.
Функции позволяют выполнять одни и те же действия с разными данными. У функции есть:
- имя, по которому ее вызывают;
- аргументы – данные, которые функция использует для вычисления;
- тип данных, возвращаемый функцией.
Описывается пользовательская функция вне функций setup() и loop().
void setup() {
// код выполняется один раз при запуске программы
}
void loop() {
// основной код, выполняется в цикле
}
// объявление пользовательской функции с именем functionName
type functionName(type argument1, type argument1, … , type argument)
{
// тело функции
return();
}
Пример функции, вычисляющей сумму квадратов двух аргументов.
int sumQwadr (int x, int y)
{
return(x* x + y*y);
}
Вызов функции происходит так:
d= 2; b= 3;
z= sumQwadr(d, b); // в z будет сумма квадратов переменных d и b
Функции бывают встроенные, пользовательские, подключаемые.
Очень коротко, но этих данных должно хватить для того, чтобы начать писать программы на C для систем Ардуино.
Последнее, что я хочу рассказать в этом уроке, как принято оформлять программы на C. Думаю, если вы читаете этот урок в первый раз, стоит пропустить этот раздел и вернутся к нему позже, когда будет что оформлять.
Главная цель внешнего оформления программ это улучшить читаемость программ, уменьшить число формальных ошибок. Поэтому для достижения этой цели можно смело нарушать все рекомендации.
Имена в языке C.
Имена, представляющие типы данных, должны быть написаны в смешанном регистре. Первая буква имени должна быть заглавная (верхний регистр).
Signal, TimeCount
Переменные должны быть записаны именами в смешанном регистре, первая буква строчная (нижний регистр).
Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.Ardublock
Графический Язык Программирования для Arduino
Руководство по использованию Ardublock Kit Ver 1.0
Что такое Ardublock
Ardublock это графический язык программирования для Arduino, предназначенный для непрограммистов и простой в использовании.
(напоминаем что программа в среде разработки Arduino IDE называется скетч)
Установка
Скачайте архив ardublock-all.jar
Откройте “Arduino IDE/Menu /Arduino/ Preferences”, там вы найдете строку “Sketchbook location”
3. Создайте папку “tools/ArduBlockTool/tool ” внутри папки “Arduino” в строке
“Sketch location” и скопируйте архив “ardublock-all.jar” в папку “tool”.
Если имя пользователя “abu,”
На Mac, /Users/abu/Documents/Arduino/tools/ArduBlockTool/tool/ardublock-all.jar
На Linux, /home/abu/sketchbook/tools/ArduBlockTool/tool/ardublock-all.jar
На Windows, C:\Users\abu\Documents\Arduino
4 Перезапустите Arduino IDE и у Вас должен появиться пункт “ArduBlock” в меню “Tool ”.
Обращайте внимание на написание названий папок прописными и строчными буквами.
Использование
Блоки ArduBlock разделены на несколько категорий.
Control
Блоки категории “Control” это управляющие блоки.
Цифры, константы и Переменные
Operators
Utilities
Эти блоки являются функциями, которые обычно используются в скетчах.
Bricks
Каждый блок данной категории изображает тип реального устройства, который вы можете напрямую подключить к вашему скетчу.
Pin
Эти блоки действуют как виртуальные контакты на плате Arduino.
Как программировать
1. Компиляция должна завершиться успешно. Если порт, указанный в среде Arduino или сама плата не обнаружены, то появляется окно с сообщением об ошибке.
2. Графические блоки с разъемами одинаковой формы можно соединить друг с другом.
Соединение устанавливается просто, для этого нужно перетащить один блок к тому, с которым Вы хотите его соединить.
3. Как только будет нажата кнопка “upload”, ArduBlock автоматически сгенерирует код Arduino который потом будет загружен на плату Arduino (при этом в окне скетчей среды разработки Arduino появится текст программы, полученной в ходе компиляции).
Как запустить программу
Простой вывод
1 Пример 1 — Здравствуй Мир (Hello World!)
1.1 Аппаратное подключение
Arduino подключается к выводу 13.
1.2 Функционирование
Светодиод будет мигать 1 раз в секунду.
1.3 Скетч
1.4 Загрузить
Примечание
Вы можете загрузить файл abp напрямую - все описанные здесь примеры можно скачать вместе с файлом описания среды Ardublock (на английском языке) в виде файлов графических скетчей с расширением abp.
Файл abp можно загрузить нажатием на кнопку «load».
После чего нужно указать скачанный файл и нажать кнопку «open».
2 Пример 2 — Сигнал тревоги
2.1 Аппаратное подключение
Digital Blue LED Light Module подключается к выводу 12.
2.2 Функционирование
Красный светодиод и синий светодиод будут загораться по очереди, как полицейская сирена. Эффект будет еще лучше, если вы накроете их полупрозрачной крышкой, или тканью.
2.3 Скетч
2.4 Загрузить
Простой ввод
3 Включает светодиод при нажатии кнопки
3.1 Аппаратное подключение
Digital White LED Light Module подключается к выводу 13.
3.2 Функционирование
Если нажата кнопка, загорается светодиод.
3.3 Скетч
3.4 Загрузить
4 Азбука Морзе
4.1 Аппаратное подключение
Digital RED LED Light Module подключается к выводу 13.
Digital Buzzer Module подключается к выводу 12.
Digital Push Button подключается к выводу 8.
4.2 Функционирование
Когда нажата кнопка, красный светодиод загорается и слышен звук. Период звучания похож на азбуку Морзе.
4.3 Скетч
4.4 Загрузить
Аналоговый ввод и вывод
5 Датчик вращения
5.1 Аппаратные установки
Analog Rotation Sensor V1 подключается к выводу A0.
5.2 Функционирование
В этой программе можно узнать значение угла поворота.
Когда Вы загрузите программу, Вы сможете переключиться на arduino IDE, нажмите на иконку монитора. Окна последовательного монитора покажут Вам угол поворота в значениях от 0 до 1023.
5.3 Скетч
5.4 Загрузить
6 Погасающий свет
6.1 Аппаратные установки
Digital White LED Light Module подключается к выводу 11.
6.2 Функционирование
Эта программа покажет вам как свет загорается и медленно угасает.
6.3 Скетч
6.4 Загрузить
7 Измерение шума 1
7.1 Аппаратные установки
Digital White LED Light Module подключается к выводу11.
7.2 Функционирование
Этот детектор может измерить уровень окружающего шума, светодиод будет светится сильнее, если звук громче.
7.3 Скетч
7.4 Загрузить
8 Измерение шума 2
8.1 Аппаратные установки
Digital White LED Light Module подключается к выводу 11.
Analog Sound Sensor подключается к выводу A0.
8.2 Функционирование
Этот детектор может измерить уровень окружающего шума, светодиод будет мигать быстрее, если звук громче.
8.3 Скетч
8.4 Загрузить
