Электроника - Яценков В. С. - От Arduino до Omega: платформы для мейкеров шаг за шагом (+CD) [2018, DjVu, RUS]

Предисловие ..................................................................................................................... 9
Как работать с этой книгой? ......................................................................................................... 10
Глава 1. Платформы для творчества и обучения ................................................... 13
1.1. Не бойтесь экспериментировать! ..........................................................................................14
1.2. Совместимость на уровне периферии и протоколов ........................................................... 16
1.3. Общие средства разработки и языки программирования ................................................... 16
1.4. Облачные сервисы обмена данными..................................................................................... 17
1.5. Онлайновые лаборатории и средства разработки ................................................................ 18
Глава 2. Советы для начинающих ............................................................................. 19
2.1. Универсальные отладочные и макетные платы ................................................................... 19
2.2. Монтажные провода для пайки .............................................................................................23
2.3. Инструменты для подготовки проводов ............................................................................... 25
2.4. Источники питания ................................................................................................................. 26
2.4.1. Особенности питания от порта USB ............................................................................... 27
2.4.2. Сетевые источники питания .............................................................................................28
Линейные стабилизаторы напряжения ............................................................................... 28
Смещение рабочего напряжения стабилизатора ................................................................ 31
Импульсные преобразователи напряжения ........................................................................ 31
2.4.3. Химические источники тока ............................................................................................ 33
Никель-кадмиевые аккумуляторы ....................................................................................... 34
Литиевые аккумуляторы ...................................................................................................... 35
2.5. Согласование логических уровней ........................................................................................ 39
2.6. Интерфейсы обмена данными ...............................................................................................41
2.6.1. Последовательный интерфейс UART ............................................................................. 41
2.6.2. Конвертер интерфейсов USB-UART ............................................................................... 43
2.6.3. Последовательная шина I2C ............................................................................................. 45
2.6.4. Последовательный интерфейс SPI .................................................................................. 46
2.6.5. Последовательный протокол 1-Wire ............................................................................... 47
2.7. Измерительное оборудование................................................................................................48
2.7.1. Цифровой мультиметр ...................................................................................................... 49
2.7.2. Цифровой осциллограф .................................................................................................... 49
2.8. Паяльное оборудование ......................................................................................................... 51
2.9. Полезные программы и утилиты ........................................................................................... 53
2.9.1. PuTTY ................................................................................................................................ 53
2.9.2. WinSCP .............................................................................................................................. 54
2.9.3. Hercules .............................................................................................................................. 55
2.9.4. Termite ................................................................................................................................ 56
2.9.5. Notepad++ .......................................................................................................................... 57
Глава 3. Онлайн-лаборатория Autodesk Circuits .................................................... 59
3.1. Регистрация и первый проект ................................................................................................ 60
3.1.1. Создание макета и симуляция .......................................................................................... 60
3.1.2. Принципиальная электрическая схема макета ............................................................... 64
3.1.3. Печатная плата по схеме макета ...................................................................................... 64
3.2. Создание и редактирование компонентов ............................................................................ 65
3.2.1. Создание символа компонента ........................................................................................ 67
3.2.2. Создание монтажного чертежа компонента ................................................................... 69
3.2.3. Работа с чужими компонентами ...................................................................................... 71
3.2.4. Доступ к своим компонентам .......................................................................................... 72
3.2.5. Рисование принципиальной схемы ................................................................................. 72
3.3. Вывод схемы и чертежа платы на печать ............................................................................. 73
3.3.1. Получение рисунка принципиальной схемы .................................................................. 73
3.3.2. Экспорт рисунка печатной платы в формате Eagle ........................................................ 73
3.3.3. Экспорт чертежа платы в формате GERBER ................................................................. 73
Глава 4. Среда разработки и макетирования Fritzing ........................................... 75
4.1. Установка Fritzing ................................................................................................................... 75
4.2. Создание макета схемы .......................................................................................................... 76
4.3. Создание принципиальной электрической схемы ............................................................... 77
4.4. Разработка чертежа печатной платы ..................................................................................... 77
4.5. Экспорт чертежа печатной платы ......................................................................................... 78
4.6. Добавление компонентов в библиотеку ................................................................................ 79
4.7. Разработка и загрузка программ ...........................................................................................79
Глава 5. Обучающая платформа Arduino ................................................................ 80
5.1. Аппаратная база платформы, популярные модели .............................................................. 81
5.1.1. Arduino Nano ..................................................................................................................... 81
5.1.2. Arduino Uno ....................................................................................................................... 82
5.1.3. Arduino Pro Mini ................................................................................................................ 82
5.1.4. Arduino Mega 2560 ............................................................................................................ 83
5.2. Установка драйверов USB-UART ......................................................................................... 83
5.3. Система нумерации выводов Arduino ................................................................................... 84
5.4. Среда разработки и отладки Arduino IDE ............................................................................. 85
5.4.1. Установка Arduino IDE ..................................................................................................... 86
Установка для ОС Windows ................................................................................................. 86
Установка альтернативных версий IDE .............................................................................. 86
Установка для ОС Linux .......................................................................................................86
Установка для Mac OS X ...................................................................................................... 87
5.4.2. Подключение платы Arduino и первые программы ....................................................... 88
5.4.3. Установка сторонних библиотек ..................................................................................... 92
Автоматическая установка библиотеки .............................................................................. 93
Установка библиотеки вручную .......................................................................................... 93
5.4.4. Установка дополнительных описаний плат .................................................................... 94
Автоматическая установка описания .................................................................................. 94
Установка описания вручную .............................................................................................. 95
5.4.5. Сетевой модуль расширения Dragino Yun ...................................................................... 96
Почему именно Dragino Yun? .............................................................................................. 97
Технические характеристики Dragino Yun v2.4 ................................................................. 97
Особенности питания шилда Dragino Yun .......................................................................... 98
Добавление новых плат в Arduino IDE ............................................................................... 99
Подключение к компьютеру для настройки ..................................................................... 100
Функции кнопки сброса Dragino Yun ................................................................................ 101
Обновление прошивки ....................................................................................................... 102
Базовые настройки .............................................................................................................. 103
Определение типа базовой платы ...................................................................................... 104
Загрузка скетча через сеть из Arduino IDE ....................................................................... 105
Автоматическое обновление скетча .................................................................................. 105
Использование консоли Dragino Yun для вывода сообщений ........................................ 107
Глава 6. Облачная среда разработки Arduino Create .......................................... 110
6.1. Подготовка среды Arduino Create........................................................................................ 111
6.2. Онлайн-редактор Arduino Web Editor ................................................................................. 112
Sketchbook ............................................................................................................................. 113
Examples ................................................................................................................................ 113
Libraries ................................................................................................................................. 113
Serial Monitor ........................................................................................................................ 114
Help ........................................................................................................................................ 114
Preferences ............................................................................................................................. 114
6.3. Подключение платы Arduino и первая программа............................................................. 115
6.4. Облачный сервис Arduino Cloud ......................................................................................... 116
6.5. Библиотека проектов Arduino Project Hub .......................................................................... 117
Глава 7. Примеры программ и проектов для Arduino ........................................ 119
7.1. Использование системного времени Linux......................................................................... 119
7.2. Сохранение данных на карту памяти .................................................................................. 122
7.3. Сохранение данных на USB-накопитель ............................................................................ 125
7.4. Сохранение данных в таблицу MySQL ............................................................................... 125
7.5. Сервис Temboo и передача данных в Google Spreadsheet ................................................. 128
7.6. Анализатор эфира в диапазоне 2,4 ГГц .............................................................................. 137
7.6.1. Модуль радиоприемника ................................................................................................ 138
7.6.2. Модуль дисплея .............................................................................................................. 139
7.6.3. Модуль Arduino ............................................................................................................... 139
7.6.4. Напряжение питания и согласование логических уровней ......................................... 139
7.6.5. Схема электрических соединений ................................................................................. 140
7.6.6. Алгоритм работы устройства ......................................................................................... 140
7.7. Миниатюрный монитор силовой литий-полимерной батареи .......................................... 147
7.7.1. Компоненты монитора ...................................................................................................149
7.7.2. Алгоритм работы устройства ......................................................................................... 149
7.8. Установка библиотеки ATTiny ............................................................................................ 154
7.8.1. Подключение программатора ........................................................................................ 154
7.8.2. Установка фюзов микроконтроллера ............................................................................ 156
7.8.3. Запись прошивки............................................................................................................. 157
7.8.4. Калибровка порога срабатывания ................................................................................. 157
Глава 8. Однокристальная система ESP8266 ........................................................ 159
8.1. Ученик обогнал учителя: феномен успеха ESP8266 .......................................................... 159
8.1.1. Технические характеристики ......................................................................................... 160
8.1.2. Особенности эксплуатации ............................................................................................ 160
8.1.3. Модули на основе ESP8266 ........................................................................................... 161
8.2. Расширение Arduino IDE для работы с ESP8266 ............................................................... 163
8.2.1. Установка расширения ...................................................................................................163
8.2.2. Особенности программирования ESP8266 ................................................................... 163
Порты и прерывания........................................................................................................... 164
Функции задержки ..............................................................................................................164
Работа с EEPROM ...............................................................................................................165
Поддержка интерфейсов I2C и SPI .................................................................................... 165
Специальные функции API ESP8266 ................................................................................ 165
Специальные функции библиотеки ESP8266WiFi ........................................................... 166
Обращение к функциям SDK ESP8266 из скетча Arduino .............................................. 166
Глава 9. Примеры программ и проектов для ESP8266 ....................................... 168
9.1. Получение точного времени от сервера NTP ..................................................................... 168
9.2. Получение уведомлений от устройств на Android ............................................................. 173
9.2.1. Скетч для принимающего устройства ........................................................................... 174
9.2.2. Установка и настройка приложения Android ............................................................... 175
9.2.3. Настройка расширенных уведомлений с приложением Tasker .................................. 176
Настройка события Tasker — новое сообщение Viber .................................................... 177
9.3. Модуль управления экшн-камерой Xiaomi Yui .................................................................. 179
9.3.1. Аппаратная часть модуля ...............................................................................................180
9.3.2. Прошивка модуля ........................................................................................................... 181
Алгоритм работы устройства ............................................................................................. 190
Измерение длительности импульсов ................................................................................. 191
Совместимость программы модуля с разными версиями Arduino IDE и камеры ......... 192
9.4. Адаптация взаимодействия с сервисом Temboo ................................................................ 193
Глава 10. Платформа NodeMCU для Интернета вещей ...................................... 198
10.1. Подготовка к использованию NodeMCU .......................................................................... 199
10.1.1. Рекомендованное оборудование .................................................................................. 199
10.1.2. Подключение отладочной платы к компьютеру ........................................................ 201
10.1.3. Обновление прошивки NodeMCU ............................................................................... 201
Конструктор прошивок ...................................................................................................... 202
Возможная проблема: сбой обновления прошивки ......................................................... 204
10.2. Среда разработки ESPlorer IDE ......................................................................................... 207
10.3. Пакет разработки Lua for Windows ................................................................................... 214
10.4. Язык программирования Lua — освоим за один вечер ................................................... 215
10.4.1. Типы данных ................................................................................................................. 217
10.4.2. Комментарии ................................................................................................................. 218
10.4.3. Переменные и преобразование типов ......................................................................... 218
10.4.4. Работа с таблицами и массивами ................................................................................. 221
10.4.5. Условный оператор if ................................................................................................... 222
10.4.6. Цикл с предусловием while .......................................................................................... 223
10.4.7. Цикл с постусловием repeat......................................................................................... 223
10.4.8 Цикл с оператором for ................................................................................................... 223
10.4.9. Операторы break и return ............................................................................................. 224
10.4.10. Функции ....................................................................................................................... 225
10.4.11. Функции обратного вызова ........................................................................................ 226
Глава 11. Примеры программ и проектов для NodeMCU .................................. 228
11.1. Использование графического OLED-дисплея .................................................................. 229
11.1.1. Подключение дисплея ..................................................................................................229
11.1.2. Настройка модуля U8G ................................................................................................ 230
11.1.3. Пример программы ....................................................................................................... 230
11.1.4. Монитор курса электронной валюты биткоин ........................................................... 232
Загрузка программы в отладочную плату ......................................................................... 235
Алгоритм работы программы ............................................................................................ 236
11.1.5. Вывод на OLED-дисплей битовых изображений ....................................................... 237
Создание файла битового изображения ............................................................................ 237
Пример программы .............................................................................................................237
11.2. Использование графического TFT-дисплея ..................................................................... 239
11.2.1. Подключение дисплея к плате NodeMCU .................................................................. 240
11.2.2. Пример использования графической библиотеки ...................................................... 240
Глава 12. Микрокомпьютер Omega2 ....................................................................... 245
12.1. Аппаратный состав платформы ......................................................................................... 246
12.2. Подготовка к работе ........................................................................................................... 250
12.2.1. Настройка при помощи мастера .................................................................................. 250
12.2.2. Настройка при помощи командной строки ................................................................ 253
12.3. Браузерное приложение Onion Console ............................................................................ 255
12.4. Облачный сервис Onion Cloud ........................................................................................... 257
12.5. Python 2.7 и дополнительные модули ............................................................................... 259
12.5.1. Управление портами GPIO .......................................................................................... 260
12.5.2. Модуль Python SPI ........................................................................................................ 263
12.5.3. Модуль Python I2C ......................................................................................................... 264
12.6. Файловый менеджер Midnight Commander ....................................................................... 265
12.7. Расширение пространства памяти ..................................................................................... 266
12.7.1. Использование карты MicroSD и USB-накопителя...................................................... 266
Размонтирование накопителя ............................................................................................ 267
Форматирование внешних накопителей ........................................................................... 267
Изменение точки монтирования по умолчанию .............................................................. 268
12.7.2. Загрузка с внешней карты памяти ............................................................................... 269
12.7.3. Своп-файл на внешнем носителе ................................................................................. 271
12.7.4. Автоматическое включение своп-файла после перезагрузки ................................... 272
12.8. Особенности использования Omega2................................................................................ 274
12.8.1. Необходимость стабильного питания ......................................................................... 274
12.8.2. Необходимость буферизации выводов ....................................................................... 274
Глава 13. Примеры программ и проектов для Omega2 ....................................... 276
13.1. Подключение OLED-дисплея ............................................................................................ 276
13.2. Подключение модуля PWM Servo ..................................................................................... 281
13.3. Подключение модуля расширителя портов ...................................................................... 286
13.4. Модуль светодиодной матрицы 88 ................................................................................. 289
13.5. Модуль семисегментных светодиодных индикаторов .................................................... 292
13.6. Автономный клиент BitTorrent .......................................................................................... 294
Приложение. Содержание электронного архива................................................... 299
Предметный указатель .............................................................................................. 301