Platforma Arduino stanowi dzisiaj pokaźną część ogromnego rynku zestawów ewaluacyjnych i uniwersalnych modułów, z których korzystają elektronicy należący do niemal wszystkich grup – od hobbystów-amatorów, poprzez uczniów i studentów, na profesjonalnych konstruktorach skończywszy. Arduino Nano jest najmniejszą wersją z oficjalnej linii Arduino, a pomimo tego oferuje niemal identyczne możliwości, co wielokrotnie większy członek tej rodziny – Arduino Uno. Dowiedz się, jakie są parametry techniczne Arduino Nano i przekonaj się, w jakich zastosowaniach sprawdzi się najlepiej.
Arduino Nano – podstawowe informacje
Jako najmniejszy przedstawiciel platformy Arduino, moduł w wersji Nano korzysta – podobnie jak wspomniana już płytka Arduino Uno – z procesora należącego do serii Atmega328. Choć wydawałoby się, że nie należy spodziewać się w nim żadnych istotnych zmian konstrukcyjnych, to Arduino Nano przewyższa większego kolegę pod względem liczby linii GPIO – tutaj mamy ich łącznie 22 (zamiast dwudziestu w Arduino Uno)! Modyfikacja taka możliwa była dzięki zastosowaniu innej obudowy mikrokontrolera – zamiast przewlekanej typu DIP28, mamy do czynienia z TQFP32 (lub MLF32), która w naturalny sposób pozwala na użycie większej liczby pinów wejścia/wyjścia. Co bardzo ważne i korzystne, te dwa dodatkowe wyprowadzenia oferują nie tylko podstawową funkcjonalność wejść lub wyjść cyfrowych, ale także udostępniają dwa dodatkowe kanały przetwornika analogowo-cyfrowego – dzięki temu do dyspozycji programisty jest aż osiem analogowych linii wejściowych, oznaczonych w nomenklaturze bibliotek Arduino jako A0…A7. Nietrudno wyobrazić sobie szereg aplikacji, w których potrzebna będzie taka liczba linii analogowych – prostym przykładem będzie mały robot mobilny, korzystający z czujników (np. odległości czy oświetlenia) z wyjściami analogowymi.
Złącza i elementy obsługowe Arduino Nano
Na płytce znajdują się jedynie cztery złącza: symetrycznie na dłuższych bokach płytki drukowanej ustawione są dwa 15-pinowe, męskie złącza typu goldpin w standardowym rastrze 2,54 mm, zaś na krótszych brzegach PCB zainstalowane są: gniazdo USB w rozmiarze mini oraz (na przeciwległym końcu płytki Arduino Nano) sześciostykowe złącze goldpin w układzie 2×3. Dwa długie wtyki są używane do połączenia płytki drukowanej z odpowiednio ustawionymi gniazdami na płytce docelowego urządzenia lub – jeśli płytka jest używana do budowy prototypu „biurkowego” – z przewodami łączącymi, zakończonymi gniazdami żeńskimi typu BLS. Goldpin 2×3 jest natomiast przeznaczony do podłączenia zewnętrznego programatora, co jednak w większości przypadków nie ma większego sensu, gdyż główny mikrokontroler Arduino Nano jest fabrycznie wyposażony w bootloader, umożliwiający programowanie pamięci Flash bezpośrednio za pomocą wbudowanego interfejsu USB.
Elementy interfejsu użytkownika
Krótkiego opisu wymagają także inne elementy Arduino Nano, służące do jego bieżącej obsługi oraz monitorowania stanu modułu. Pomimo naprawdę małych rozmiarów płytki drukowanej, Arduino Nano zostało wyposażone w miniaturowy przycisk resetujący, jednak o wymiarach obudowy znacznie mniejszych, niż klasyczne tact-switche z korpusem 6 x 6 mm. Tuż obok niego projektanci płytki umieścili rząd czterech diod LED SMD, obrazujących kolejno: nadawanie i odbiór danych za pomocą interfejsu szeregowego UART (oznaczone odpowiednio literami TX oraz RX) oraz obecność napięcia zasilania (dioda ON). Ostatnia, czwarta dioda LED jest podłączona do linii D13, dzięki czemu może być wykorzystana w całkowicie dowolny sposób, wedle założeń programisty – najprostszym przykładem jest tutaj oczywiście „hello world” świata mikrokontrolerów, czyli program testowy, służący właśnie do migania diodą LED. Taka pozornie banalna funkcjonalność pozwala np. przetestować świeżo zainstalowane oprogramowanie Arduino IDE, sprawdzić, czy sterowniki systemowe portu szeregowego zostały poprawnie uruchomione i wreszcie, czy… sama płytka jest nieuszkodzona (np. w transporcie lub w wyniku wcześniejszych działań).
Co w Arduino Nano piszczy…
Pomimo nieco większej liczby linii GPIO, Arduino Nano jest – pod względem konstrukcji układu elektronicznego – niejako uproszczoną wersją Arduino Uno. Pierwsza różnica, która rzuca się w oczy, to znacznie mniej złożony układ zasilania – w „maluchu” nie znajdziesz już komparatora i tranzystora polowego, tworzących układ przełączania zasilania pomiędzy USB a wejściem Vin. W Arduino Nano zastosowano stary, dobry „trick” układowy, polegający na włączeniu pomiędzy linię Vusb, a +5V diody prostowniczej. Dzięki temu możliwe jest zasilanie płytki zarówno zewnętrznym napięciem w zakresie 7-12 V, jak i napięciem z portu USB komputera. Jeżeli na wejściu wbudowanego stabilizatora liniowego panuje wystarczająco wysokie napięcie (>= 7V), dioda niejako „odcina” przepływ prądu z portu USB. Spadek (lub zanik) napięcia na wejściu Vin powoduje przełączenie zasilania na port USB (o ile oczywiście Arduino Nano jest w danym momencie połączone z komputerem bądź innym źródłem napięcia, kompatybilnym ze standardem USB). Warto zauważyć, że na płytce zabrakło stabilizatora o napięciu 3,3 V, a pomimo tego na jednym ze złączy systemowych takie napięcie jest dostępne – wyjaśnieniem tej zagadki jest obecność (na dolnej stronie płytki drukowanej) konwertera USB-UART, słynnego FT232RL. Końcówka układu oznaczona numerem 17 to właśnie wyjście wbudowanego weń stabilizatora liniowego. Jeżeli chcesz z niego skorzystać, koniecznie pamiętaj o stosunkowo niewielkiej wydajności prądowej tego wyjścia, wynoszącej zaledwie 50 mA. Takie natężenie prądu wystarczy jednak w zupełności do zasilania wielu układów cyfrowych czy czujników o niewielkim poborze prądu.
Różnicą względem Arduino Uno, na którą warto zwrócić uwagę, jest sposób podłączenia diody LED do portu D13 w Arduino Nano (czyli PB5 wg nazewnictwa mirkokontrolerów AVR). Tutaj dioda połączona jest do końcówki procesora jedynie za pośrednictwem rezystora – dlatego nie należy pobierać z tej linii portu B dodatkowego prądu obciążenia. Prąd diody LED wpływa także na całkowite obciążenie wyjść mikrokontrolera, o czym warto pamiętać podczas podłączania innych elementów – w razie potrzeby trzeba użyć zewnętrznego tranzystora lub innego elementu, który odciąży wyjście procesora i nie dopuści tym samym do przegrzania jego wewnętrznej, krzemowej struktury.
Porównanie Arduino Nano z innymi płytkami z serii Arduino
Najbliżej Arduino Nano pod względem wymiarów znajduje się płytka Arduino Micro. Pomimo oczywistych podobieństw – np. ułożenia złączy systemowych i gniazd USB – istnieją znaczące różnice pomiędzy obydwoma modułami. Przede wszystkim Arduino Micro korzysta z innego mikrokontrolera – ATmega32U4, zawierającego wbudowany interfejs sprzętowy USB. Dzięki temu nie jest konieczne użycie dodatkowego układu konwertera USB-UART, jak ma to miejsce w Arduino Nano czy Arduino Uno. Rozmiary pamięci są zbliżone we wszystkich trzech wymienionych wersjach. Większe moduły, jedynie na pierwszy rzut oka podobne konstrukcyjnie do Arduino Nano (np. seria Arduino MKR) bazują na innych podzespołach, dając użytkownikowi możliwość korzystania z wbudowanych modułów radiowych. Niejako „pomostem” pomiędzy klasycznym Arduino Nano, a bardziej złożonymi płytkami serii MKR, jest linia produktów Arduino Nano 33. Przykładowo, Arduino Nano 33 IoT ma dokładnie takie same wymiary, jak jego prostszy protoplasta, jednak oferuje nieporównanie większe możliwości. Oprócz przetwornika ADC o aż 4-krotnie wyższej rozdzielczości Arduino Nano 33 IoT udostępnia użytkownikowi jeden kanał 10-bitowego przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC), aż 11 kanałów PWM. To wszystko dzięki znacznie bardziej wydajnemu procesorowi – SAMD21 z 32-bitowym rdzeniem ARM Cortex-M0+. Jakby tego było mało, na płytce znalazł się zintegrowany moduł radiowy NINA-W102 renomowanej firmy u-blox, oferujący łączność Bluetooth Low Energy oraz WiFi. Fabrycznie wbudowana, miniaturowa antena zapewnia zasięg aż do 300 m w terenie otwartym, a moduł pracuje w popularnym paśmie ISM 2,4 GHz. Nieco zbliżony konstrukcyjnie jest także moduł Arduino Nano 33 BLE z modułem Bluetooth. Dla mniej wymagających projektów, które jednak „nie mieszczą się” na poczciwym mikrokontrolerze ATmega328, przeznaczony jest nowoczesny, choć jeszcze dość mało popularny moduł Arduino Nano Every, wyposażony w nowoczesny procesor ATmega4809.
Podsumowanie
Dzięki niewielkim wymiarom i dobremu wyposażeniu minimoduły Arduino Nano doskonale nadają się do aplikacji, wymagających zabudowania płytki w stosunkowo niewielkiej przestrzeni – np. w obudowie innego urządzenia. Łatwość programowania w środowisku Arduino IDE, połączona z relatywnie sporą liczbą linii GPIO (aż 22) pozwala zarówno na realizację tych najprostszych projektów, jak i użycie Arduino Nano w złożonych projektach, np. jako sterownik określonego podsystemu większego urządzenia. Arduino Nano doskonale sprawdzi się też jako mniejszy zamiennik popularnego Arduino Uno, gdyż parametrami technicznymi i możliwościami programowania nie ustępuje swojemu większemu koledze. Warto także pamiętać, że linia produktów Arduino Nano oferuje także modele z wbudowanymi modułami radiowymi BLE lub WiFi + BLE, a także znacznie mocniejszym od mikrokontrolera ATmega328 procesorem ATmega4809.
Leave a Reply