Swoją ogromną uniwersalność platforma Arduino zawdzięcza dostępności licznych nakładek rozszerzających (Arduino Shield), pozwalających w prosty sposób zbudować gotowe urządzenia o zróżnicowanej funkcjonalności i to najczęściej nawet bez konieczności lutowania. Jednak nakładki, montowane na złączach systemowych bezpośrednio wlutowanych w płytkę modułu głównego (np. Arduino Uno czy Arduino Mega) to zaledwie część potężnej gamy akcesoriów, kompatybilnych z omawianą platformą. W tym artykule przeczytasz, w jakie dodatkowe elementy do Arduino warto się zaopatrzyć, aby móc w pełni wykorzystać możliwości płytki. Omówimy tutaj zarówno podstawowe akcesoria takie, jak obudowy czy podstawki montażowe, jak i uniwersalne dodatki niezbędne do budowy prototypów, a także wskażemy, jakie moduły można wykorzystać w połączeniu z Arduino.
Solidna podstawa, czyli na czym zamontować Arduino?
Choć teoretycznie moduł Arduino może pracować bez dodatkowych elementów mechanicznych, warto zaopatrzyć swoją płytkę w akcesoria, które znacznie ułatwią pracę, a także pozwolą uniknąć przypadkowych uszkodzeń i wydłużą tym samym żywotność urządzenia. Nawet, jeżeli wszystkie eksperymenty wykonujesz na biurku lub stole roboczym w przydomowym warsztacie, płytka Arduino pozbawiona odpowiedniej podstawy może łatwo ulec uszkodzeniu – nietrudno wyobrazić sobie sytuację, w której nakrętka, śrubka lub odłożony luzem element elektroniczny dostanie się pod spodnią stronę PCB i doprowadzi do przypadkowego zwarcia.
Choć w niektórych przypadkach taka sytuacja może szczęśliwie nie spowodować większych uszkodzeń, to należy spodziewać się – w myśl kultowych już praw Murphy’ego – że zwarcie powstanie z dużym prawdopodobieństwem na liniach zasilania albo pinach GPIO, powodując nieodwracalne uszkodzenie mikrokontrolera i/lub innych elementów. O ile w przypadku Arduino Uno można taką sytuację przeboleć (czasem wystarczy wymiana samego mikrokontrolera), o tyle w przypadku większych, droższych płytek (np. Arduino Mega) wymiana procesora nie jest operacją prostą ani bezpieczną dla płytki. Dlatego warto zawsze zadbać od odpowiednią podstawkę montażową, a najlepiej jest rozważyć zakup kompatybilnej z daną wersją płytki obudowy. Wybór tych elementów jest tak szeroki, że bez problemu znajdziesz model odpowiedni dla swoich potrzeb i… pasujący do indywidualnego gustu. Do wyboru masz podstawki i całe obudowy do Arduino wykonane z tworzywa, drewna, a nawet metalu. Niektóre z nich są przeznaczone do montażu na szynie DIN, inne (np. metalowa obudowa do Arduino Mega i Ethernet Shield) dobrze chronią płytkę przed uszkodzeniami mechanicznymi. Spora część obudów wykonanych z tworzywa sztucznego jest przezroczysta, co umożliwia obserwację wbudowanych diod LED bez konieczności każdorazowego otwierania obudowy.
Zasilanie do Arduino
Konstrukcja większości modułów głównych z rodziny Arduino pozwala na zasilanie za pomocą kilku różnych źródeł. Przykładowo, popularne Arduino Uno może być podłączone do komputera za pomocą kabla USB, bądź też pobierać energię z zewnętrznego zasilacza wtyczkowego z końcówką DC 2,1/5,5 mm, o napięciu rzędu 7-12 V. Warto także dodać, że większość płytek z tej linii produktów ma także wyprowadzoną na systemowe złącze goldpin linię Vin, która umożliwia zasilanie Arduino bez konieczności korzystania z gniazda i wtyku DC. Aby uniknąć przykrych błędów, warto stosować sprawdzone, kompatybilne zasilacze, które nie tylko zapewniają odpowiedni poziom napięcia wyjściowego oraz obciążalność prądową, ale także dają pewność, że polaryzacja i rodzaj wtyku są właściwe do stosowania z Arduino. Ciekawą alternatywą dla klasycznych zasilaczy jest doprowadzanie do Arduino energii elektrycznej z innych źródeł – np. akumulatorów czy ogniw słonecznych. Jeżeli zatem planujesz budowę urządzenia, które będzie musiało pracować bez dostępu do sieci energetycznej 230 V lub portu USB komputera (np. stacji pogodowej z radiowym przekazem danych), koniecznie zwróć uwagę na specjalne nakładki, np. Solar Charger Shield v2.2.
Akcesoria prototypowe dla Arduino
Do pracy z modułami głównymi i nakładkami Arduino konieczne będą również odpowiednie akcesoria prototypowe. Tutaj także wybór jest bardzo szeroki i nie ogranicza się do jednego lub dwóch rodzajów produktów – podstawowym elementem wyposażenia wszystkich warsztatów amatorskich a, nawet wielu profesjonalnych prototypowni, jest płytka stykowa. Ten genialny w swojej prostocie wynalazek zrewolucjonizował sposób, w jaki mogą być budowane prototypy układów elektronicznych. Zamiast lutowania poszczególnych końcówek elementów na płytkach uniwersalnych, wystarczy wsunąć je w odpowiednie otwory w płytce, a ukryte pod perforowaną płytą czołową sprężynki „załatwią” sprawę połączeń pomiędzy wyprowadzeniami podzespołów. Płytki stykowe umożliwiają bardzo szybki montaż i demontaż układów, a także znakomicie ułatwiają ich rozbudowę oraz dokonywanie wszelkich modyfikacji – a na tym przecież polega prototypowanie. Akcesoria te dostępne są w różnych rozmiarach, określonych liczbą pól stykowych – najmniejsze płytki mają ich kilkadziesiąt, podczas gdy naprawdę duże modele oferują ponad 2400 pól. Swego rodzaju standard to płytki o rozmiarach 400 bądź 830 pól stykowych.
Oprócz płytek, niezbędne do pracy okazują się także wszelkiej maści przewody łączeniowe. Do wykonywania połączeń w płytkach stykowych używa się specjalnych łączówek z odpowiednio sztywnego drutu, najczęściej sprzedawanych w zestawach zawierających kilka różnych długości przewodów. Z kolei połączenia z zewnętrznymi modułami wykonuje się najczęściej za pomocą różnej długości kabelków, zakończonych męskimi (wtyk – szpilka) lub żeńskimi (gniazdko) złączami, kompatybilnymi z listwami typu goldpin. One także sprzedawane są w zestawach, zawierających różnokolorowe przewody w kilku standardowych rozmiarach.
Elementy elektroniczne i ich zestawy
Do budowy własnych układów elektronicznych z pomocą Arduino będziesz potrzebował także różnorodnych elementów elektronicznych. Standardowe wyposażenie podręczne każdego elektronika-eksperymentatora obejmuje podstawowe podzespoły bierne, zwane też pasywnymi: rezystory o różnych wartościach (najczęściej z tzw. szeregu E24, zawierającego najczęściej wykorzystywane rezystory o tolerancji 5 %), kondensatory (ceramiczne, elektrolityczne i foliowe), a także podstawowe cewki (zwane też dławikami). Spośród milionów odmian elementów półprzewodnikowych (in. aktywnych) warto mieć pod ręką kilka podstawowych rodzajów tranzystorów małej, średniej i dużej mocy (zarówno bipolarnych, jak i polowych), diody prostownicze małej i średniej mocy (np. 1N4148 czy 1N4001…7), kilka diod Zenera o różnych napięciach nominalnych, a także zestaw różnokolorowych diod LED. Przydadzą się ponadto wszelkiego rodzaju złącza – w tym podstawowe (listwy i gniazda goldpin), klipy i koszyki do baterii, a także listwy śrubowe (zwane złączami ARK lub ang. terminal block), pozwalające na łatwe i niezawodne podłączenie do płytki drukowanej przewodów, np. zasilających. Konieczny jest także zestaw podstawowych układów scalonych – przynajmniej kilka wzmacniaczy operacyjnych, komparatorów oraz układów logicznych (np. bramek czy liczników). W zależności od budowanego w oparciu o Arduino urządzenia potrzebne będą także specjalizowane układy scalone do określonych zastosowań, np. sterowniki silników (krokowych lub DC) czy też przetworniki ADC i DAC.
Moduły dodatkowe do Arduino
Byłoby rażącym niedopatrzeniem, gdybyśmy w tym miejscu nie zaznaczyli ważnej roli, jaką w świecie Arduino pełnią dodatkowe moduły. I nie chodzi tutaj tylko o nakładki Arduino Shield – bowiem bardzo wiele można też zdziałać z użyciem niewielkich płytek, podłączanych do Arduino za pomocą przewodów. Liczba możliwości jest tak wielka, że nie sposób wymienić nawet znaczącej ich części, dlatego skupimy się na wskazaniu obszarów, w jakich warto szukać potrzebnych rozwiązań. Często wykorzystywane moduły zawierają np. różnego rodzaju czujniki – światła (fotorezystory i fototranzystory, a także np. scalone czujniki koloru), odległości (transoptory i scalone czujniki odbiciowe, sonary ultradźwiękowe, a nawet profesjonalne, jednak bardziej kosztowne dalmierze laserowe), temperatury, wilgotności, stężenia cząstek stałych (czujniki pyłu), sensory dźwięku czy też dotyku, zgięcia, skręcenia lub wibracji.
Popularne i niedrogie są dziś także moduły z akcelerometrami (trójosiowymi czujnikami przyspieszenia), a także złożone i zaawansowane czujniki inercyjne (IMU, stosowane powszechnie w kontrolach lotu dronów czy sterownikach robotów balansujących), złożone z akcelerometrów, żyroskopów i magnetometrów. Nie sposób także nie wspomnieć o modułach kamer, często połączonych z wbudowanymi, inteligentnymi procesorami obrazu, które „biorą na siebie” cały trud przetwarzania i „rozumienia” obserwowanej sceny, dając możliwość reagowania na zmiany otoczenia bez konieczności wykonywania skomplikowanych operacji w mikrokontrolerze Arduino (co zresztą nie byłoby wykonalne z uwagi na niewielką moc obliczeniową). Oprócz modułów czujnikowych, w praktyce chętnie wykorzystuje się także wszelkiej maści moduły wykonawcze (np. z przekaźnikami czy tranzystorami sterującymi dużej mocy). Nie można zapominać o kompatybilnych z Arduino modułach komunikacyjnych, obsługujących zarówno łącza przewodowe (np. RS232, RS485, CAN czy Ethernet), jak i bezprzewodowe (WiFi, Bluetooth, GSM, GPS, LoRa czy też ZigBee).
Podsumowanie
W artykule przedstawiliśmy najważniejsze akcesoria i dodatki do Arduino, które pozwolą rozszerzyć możliwości płytki, a przy tym dadzą nieograniczone wręcz pole manewru podczas samodzielnych eksperymentów i zgłębiania tajników elektroniki oraz programowania mikrokontrolerów. Warto wiedzieć o dostępnych w sprzedaży modułach i akcesoriach, gdyż najczęściej odpowiednio dobrane, gotowe rozwiązania są w stanie zaoszczędzić naprawdę sporą ilość pracy i czasu, który trzeba byłoby poświęcić na samodzielne projektowanie oraz wykonywanie danych układów elektronicznych.
Leave a Reply