19 Шілд для Arduino на всі випадки життя

Шілд – це плата доповнення. Я пропоную розділити Шілд на повнорозмірні і окремі модулі. Повнорозмірні своїми обрисами повторюють форму плати Arduino, будь то UNO, Nano або MEGA. Окремі модулі – це плати довільної форми, створені для виконання певного набору функцій. І ті й інші можуть бути як універсальними, так і для виконання вузько завдань.

У магазинах можна зустріти безліч Шілд, а при певної кваліфікації ви самі можете розвести друковану плату, за формою і розташуванням висновків повторює Ардуіно і зібрати свій унікальний. На картинці зображено плата Arduino UNO з набором Шілд.

Універсальна плата для зручного макетування

Почнемо з Шілд, який не несе в собі ніяких особливих функцій, а створений для зручності монтажу ваших проектів. Отже перший в нашому огляді полегшить монтаж проектів з платою Arduino Nano, правда толку від малих розмірів «НАНО» в такому випадку нуль.

На платі розташований роз’єм для підключення штекера від блоку піітанія, стабілізатор напруги, а також клемні колодки. Вони підписані і відповідають висновкам «нанка». Крім того присутній кнопка «скидання» і світлодіод «Харчування».

Другий Шилд призначений для плати Uno. На ньому розташована беспаечное макетна плата для складання проекту і висновки, що дублюють ті, що на самій Ардуіно – зручне рішення.

Будь-аналоговий датчик має потребу в харчуванні і мінусовому контакті, коли їх багато – перемчек стає стільки, що розібратися в схемі буде дуже важко. Тому конструктори придумали Шілд для таких рішень. У них виведені всі входи і виходи, а живлять контакти продубльовані і розміщені поруч.

Ось приклад такої плати для Ардуіно версії Мега.

Провідна і бездротовий зв’язок

За допомогою цих плат можна організувати управління мікро контролером по мережі через кабель Ethernet, наприклад, або беспровод – через GSM-зв’язок, вставивши сім-карту.

Ця плата називається w5100 – містить Ethernet модуль і модуль SD-кардридера. Це означає, що можна зберігати дані, наприклад лог вимірювань датчиків на карту пам’яті і управляти системою через web-інтерфейс. Щоб зв’язати з ним Ардуіно користуйтеся бібліотеками:

  • Ethernet library;

  • SD library.

Зверніть увагу зовні він повторює концепцію Arduino UNO R3, крім того, він підійде і на Mega. 

Якщо W5100 вам здається занадто великим – то ENC28J60 займе менше місця. На жаль в ньому вже відсутня SD-модуль.

Мінусом є те, що він не може бути монтований на плату, а виконаний у вигляді окремого модуля.

W5500 – ще один варіант Ethernet-Шілд. За своєю суттю – це допрацьована версія W5100, оптимізована в плані швидкості і енергоефективності.

Зверніть увагу, на повнорозмірних Шілд все Піни дублюються клемної колодкою. На жаль, Шілд використовують порти. Саме цей задіє MOSI, MISO, SCK, і пін 10, для сигналу CS (вибір адресата для зв’язку).

Якщо вам потрібна бездротовий зв’язок – ваш вибір це Wi-fi Шілд, якщо є інтернет і роутер, а якщо цього немає – GSM-модулі або GPRS Шілд.

На фото офіційний Шилд. На ньому встановлено слот під Micro SD-карту пам’яті, а пов’язується з мікро контролером він по SPI-протоколам, через Mini-USB можна оновлювати його програмне забезпечення. Підтримує 802.11b / g.

GPRS-Шилд від «Амперкі» ви бачите вище. Ви можете замінити антену на більш потужну. Ближче до глядача видно слот для SIM-карти, трохи далі слот під батарейку CR1225. Батарейка на платі потрібна для хота годин реального часу, а це важливе доповнення до можливостей GPRS-Шілд. Ви можете відправляти СМС на нього і з нього.

За допомогою цієї плати можна вести контроль і давати команди своїм розумному будинку (або будь-якого іншого проекту вашої реалізації) перебуваючи на будь-якому видаленні. Важливо, щоб ви перебували в зоні прийому стільникового зв’язку.

Як зберігати дані на Arduino?

В проектах не вся інформація міститься в пам’ять мікроконтролера. Іноді потрібно зберігати деякі обсяги інформації. Перше, що спадає на думку, вже сказано – це запис інформації з датчиків, щоб в подальшому вивчати як змінюється навколишнє середовище з протягом годин, днів, років. Чудовим прикладом є – домашня метеостанція. Це корисно не тільки вченим-дослідникам, але і любителям для загальної освіти і розвитку.

Це скоріше не Шилд, а модуль. Він мініатюрний і легкий для повторення, до речі, ось його схема.

Є й повнорозмірний Шилд зберігання даних. Працює з SD-картами пам’яті, на борту є модуль годин реального часу, які живляться від батарейки CR1220 напругою в 3 В, що є непоганим бонусом.

Управляємо потужної навантаженням з мікроконтролера

Перше що може прийти в голову – це реле. З їх допомогою можна комутувати як ланцюга постійного струму, так і з побутової електромережею 220 Вольт вони впораються на ура.

Саме той модуль що зображений нижче може комутувати 1 кВт 220 В навантаження (або 5А) по кожному з каналів, для підвищення потужності можна або запараллелить кілька каналів, або включати цим реле магнітний пускач. В такому випадку реле зі Шілд гратимуть роль проміжних підсилювачів.

Звичайно ви можете коммутировать реле так, як я описав у статті «Підключення зовнішніх пристроїв до Ардуіно», через транзистор і підібрати потрібно реле за струмом, але використовувати готову плату буде надійніше, зручніше і виглядає краще.

У реле є один недолік – обмежена кількість спрацьовувань – це наслідок вигоряння контактів. Це буває через виникнення дуги, при розмиканні потужного навантаження (особливо індуктивного характеру – це двигуна і т.п.). Зробити такий Шилд можна за наступною схемою:

А ось як це виглядає в зборі:

Поему для включення навантаження змінного струму можна використовувати тиристори і сімістори. Одна проблема – прямо до Ардуіно підключати їх не можна, при пробої pn- переходу керуючого електрода, 220 В можуть виявитися на платі мікроконтролера і спалити його. Вихід з цієї ситуації – використання оптосімістори.

Так як це завдання часто стає перед винахідниками, було розроблено готове рішення – сімісторний shield, його повна назва – ICStation 8 Channel EL Escudo Dos Shield for Arduino. Він спочатку призначався для управління світінням «гнучкого неону». 

У нього є 8 каналів, до яких підключається мережа змінного струму і навантаження.

Шілд для двигунів

Управління електродвигуном не завжди легкий процес. У деяких ситуаціях вам може не вистачити пинов для реалізації поставленого завдання, або алгоритм управління досить складний. З такими платами ви набагато швидше здолаєте проект свого робота.

Мотор-Шілд для Ардуіно може керувати електродвигунами постійного струму (4 штуки) або двома кроковими моторчиками.

Він побудований на базі двох L293. Ця мікросхема є збіркою з двох H мостів, це дозволяє управляти з можливістю реверсу двома ДПТ, або 1 кроковим біполярним двигуном. Схеми підключення соответсвенно:

А в лівому верхньому куті плати є дві колодки під сервоприводи (плюс, мінус і керуючий сигнал). Червоним колом обведено місце куди встановлюється перемичка джампер. Якщо вона стоїть – то ця плата харчується від базової плати Ардуіно, а якщо немає – від зовнішнього джерела на 5 В.

За допомогою цього модуля від вітчизняного виробника можна управляти двома двигунами постійного струму, в ньому теж є джампер об’єднує лінії живлення мікроконтролера або раз’едінающій їх – для живлення від окремого джерела.

Можна керувати двигунами, які розраховані на діапазон напруга від 5 до 24 Вольт. Замість 2-х DC-моторів можна використовувати 1 однофазний кроковий або запараллелить канали та підключити 1 потужний DC мотор з струмом до 4А, а це не мало – 48 Вт при напрузі живлення в 24 В.

Для підключення сервоприводу потрібно три дроти – плюс, мінус і сигнал, але що робити, якщо у вас багато серв? Ваша плата перетвориться на місиво з перемичок. Щоб це уникнути є Мультісерво Шилд.

Тут теж є можливість поділу ланцюгів харчування, як це було в попередньому варіанті. Разом можна підключити 18 сервоприводів (на платі нумерація від 0 до 17).

Скрізь є своя специфіка, Шілд для незвичайних завдань …

У атмеге328, серце нашої плати, є АЦП. Головна проблема в тому, що на платі Ардуіно уно ми бачимо лише 6 аналогових входів. Що робити якщо у нас більше аналогових датчиків?

Можна зібрати дві Ардуіно в єдину мережу. Одну використовувати в якості основної, а другу допоміжну для змін і з першої відправляти на сервер сигнали вимірювань або виводити їх на екран … Але це складно: потрібно витрачати пам’ять на додаткові рядки програмного коду для реалізації такої системи.

А що якщо помножити кожен вхід на 16? Разом у нас може бути до 16 * 6 = 96 аналогових входів. Це реально за допомогою мультиплексора. Він просто перемикає по черзі 16 аналогових каналів на один аналоговий вихід, який ви підключаєте до такого ж входу будь-якого міроконтроллера.

розпізнавання голосу

Засобами мікроконтролера Атмега о-о-дуже важко релизована функцію розпізнавання голосу, але ардуінщікі можуть не впадати у відчай, є спеціальне рішення – EasyVR Shield 3.0.

Це готове, але дороге рішення, на момент написання статті він коштує майже 100 доларів в Україні. Спочатку Шилд запише вашу команду, потім порівняє її з тим що записано в пам’яті, визначивши номер – виконає її.

Ви можете влаштувати «діалог з комп’ютером», він може відтворювати те, що в ньому записано. Без додаткових підсилювачів рекомендується «спілкуватися» з цією платою з відстані не більше 60 см.

виводимо зображення

LCD Keypad shield – це справжня панель управління. На ньому розташований дисплей LCD1602 (16 символів в два рядки), і набір кнопок. Через них задіяно досить багато портів, наприклад A0 і з D4 по D7 під клавіатуру, а порт D10 – ШІМ-регулятор яскравості підсвічування. D8 і D9 – скидання і включення.

Насправді існує багато дисплеїв сумісних з Ардуіно. Вірніше тих, про яких написано найбільше інформації і ви легко їх запустіть в своїй системі. Досить популярний в колах самодельщиков дисплей від NOKIA 5110, на вибір є і OLED і TFT екрани, що працюють по I2C. Але вони не в «шілдовом» виконанні.

автономне живлення

Досить незвичайний Шилд в цій збірці, який виконує звичайну задачу. Power shield – це літій-іонний акумулятор з усіма необхідними захистами і роз’ємом для зарядки. Начебто нічого особливого, але це забезпечить завершений вигляд вашого проекту, а ланцюга харчування не доведеться розміщувати поруч з основними платами.

висновок

Використання Шілд для всіх завдань проекту дозволить уникнути зайвого числа перемичок і з’єднань, а це знизить кількість помилок і зайвих перемичок. Після складання ви отримаєте багатоповерховий бутерброд з плат заводського виготовлення. Такий підхід іноді називають «модульна конструкція». Між іншим, це полегшить обслуговування, ремонт і налагодження обладнання.

Ентузіасти практикують проектування, розведення і збірку унікальних модулів. Це одна з причин високої популярності Ардуіно не просто як платформи для саморобок, макетів і прототипів, але і як платформи для готових рішень.

Олексій Бартош

Ссылка на основную публикацию