Что можно сделать на основе ардуино. Изготавливаем самодельную плату Arduino своими руками. Копируем Arduino uno – питание

Платформа Arduino стала нынче практически мейнстримом.
В этой статье напишу о том, как собрать минимальную платформу на контроллере Amega 328P-PU, чтобы ее можно было программировать на платформе Arduino IDE.

Буковка «P» в названии микросхемы означает низкое энергопотребление, а PU-корпус DIP28, который удобно паять обычным паяльником.

Контроллеры пришли, как их теперь готовить?

Yеобходимо установить загрузчик в наши контроллеры. Для этого используем плату Arduino Uno и купленный заранее очень дешевый программатор USBasp . Чтобы не мудрить с проводками, лучше сразу взять еще и такой переходник на 6-ти пиновый разъем ICSP .

Описываем параметры микроконтроллера в файле c:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\boards.txt

Для себя я сделал две конфигурации — внутренний кварц 8МГц с загрузчиком optiboot и отключенной проверкой на напряжение питания (чтобы можно было запитать микросхему вольт так от трех)

atmega328_8_33.name=Atmega328 (3.3V, 8 MHz internal)

atmega328_8_33.upload.protocol=arduino
atmega328_8_33.upload.maximum_size=30720
#atmega328_8_33.upload.speed=19200
atmega328_8_33.upload.speed=57600

atmega328_8_33.bootloader.low_fuses=0xC2
atmega328_8_33.bootloader.low_fuses=0xE2
atmega328_8_33.bootloader.high_fuses=0xDE
atmega328_8_33.bootloader.extended_fuses=0x07
atmega328_8_33.bootloader.path=optiboot
atmega328_8_33.bootloader.file=optiboot_atmega328.hex
atmega328_8_33.bootloader.unlock_bits=0x3F
atmega328_8_33.bootloader.lock_bits=0x0F

atmega328_8_33.build.mcu=atmega328p
atmega328_8_33.build.f_cpu=8000000L
atmega328_8_33.build.core=arduino
atmega328_8_33.build.variant=standard

и точная такая же с внешним кварцевым резонатором на 16МГц.

atmega328_16.name=Atmega328_16 (3.3V, 16 MHz external)

atmega328_16.upload.protocol=arduino
atmega328_16.upload.maximum_size=32256
atmega328_16.upload.speed=115200
atmega328_16.bootloader.low_fuses=0xff
atmega328_16.bootloader.high_fuses=0xde
atmega328_16.bootloader.extended_fuses=0x07
atmega328_16.bootloader.path=optiboot
atmega328_16.bootloader.file=optiboot_atmega328.hex
atmega328_16.bootloader.unlock_bits=0x3F
atmega328_16.bootloader.lock_bits=0x0F
atmega328_16.build.mcu=atmega328p
atmega328_16.build.f_cpu=16000000L
atmega328_16.build.core=arduino
atmega328_16.build.variant=standard

Аккуратно вынимаем из панельки Arduino контроллер и ставим туда наш.

Запускам стандартную ArduinoIDE, выбираем в меню «Сервис->Программатор->USBasp», плату Atmega328 (3.3V, 8 MHz internal) или Atmega328_16 (3.3V, 16 MHz external) и нажимаем «Записать загрузчик». После окончания процесса загрузки мы получаем контроллер, в который можно уже в дальнейшем заливать программы через стандартный USB Ардуины.

В принципе, если вам не требуется низковольтное питание, можно не править фал board.txt, а пошить контроллер как Arduino Uno.

Дальнейшая работа с контроллером такая — либо шить его вставляя на плату Arduino Uno через стандартный USB порт этой платы. Прошив контроллер на работу с внутренним кварцем, можно сразу использовать его практически без всякой обвязки. Например, мигать светодиодом на 13-м порту, как на этой картинке.

Если же нужно постоянно использовать контроллер в своей плате, не переставляя его — то нужно собрать такую схему

Контроллер с внешним кварцем работает быстрее и гораздо стабильнее.

Где это уже работает?
Контроллер управления вентилятором в ванной комнате

Держа в руках оригинальную плату Ардуино, в голове зародилась мысль о сборке её клона. Посидев, подумав над проектом, было решено уместить все на односторонней плате, а для связи с компьютером снабдить плату микросхемой FT232RL. Во избежание вывода из строя USB порта компьютера, из-за превышения потребляемого тока, я решил пожертвовать возможностью питания от USB, но более детально об этом ходе чуть позже.

Итак, дорогие читатели, представляю вашему вниманию нашу версию клона Ардуино. Встречайте Paduino FT232RL

Как уже говорилось выше, плата имеет недостаток - лишена возможности питания от юсби порта. Однако, благодаря использованию микросхемы FT232RL, на плате присутствует выход 3.3В. Также к доп. функционалу хочется отнести наличие джампера автоматической загрузки (ENABLE), а также джампера (JP LED13), позволяющего отключить не всегда используемый светодиод подключенный к пину под номером 13.

Также, вдобавок к уже имеющемуся выходу Vin на Arduino, был добавлен выход VTG INPUT . На мой взгляд, стандартный вывод Vin имеет ряд недостатков, хотя с другой стороны плюсов. К недостаткам можно отнести потерю напряжения на диоде (0.6-0.8 вольта), также при запитывании Arduino не от разъема питания, а непосредственно от гребенок мы теряем защиту от переполюсовки т.к. выход Vin на схеме расположен после защитного диода. На выводе VTG INPUT мы же всегда имеем напряжение равное входному без каких либо потерь, а также при запитывании Arduino через гребенки функционал защиты от переполюсовки сохраняется т.к. на схеме выход расположен перед защитным диодом. К достоинствам вывода Vin можно отнести то, что при правильно поданном питании на нем всегда будет плюс, в противном же не будет ничего, в то время как на VTG INPUT либо минус либо плюс.

Смыслом данной модификации является возможность питания самодельных мотр шилдов представленных на этом сайте и нашего клона Arduino от одного источника питания без каких либо потерь питающего напряжения.

Так, как ФТшка в данной сборке использует только землю и сигнальные линии USB порта, то, полистав даташит, повесим на неё обвязку в следующей конфигурации:

В этот раз все этапы изготовления я пропущу. Из процесса изготовления приложу только фото протравленной и залуженной платы до начала монтажа элементов.

Пару слов об FT232RL. Микросхемка довольно таки мелких размеров. Для того чтобы вы смогли оценить свои силы, привожу фото ФТшки на десятикопеечной монетке.

Приставляем Фтшку к плате, отцентровываем, смачиваем ножки флюсом, берем на жало паяльника припой в очень малом количестве, и быстро проходимся по каждой ножке. Если вы в пайке новичок, и еще не научились паять быстро, в одно касание, советую делать интервал в 10-15 секунд после каждой ножки.

Что касается размеров, то Paduino выходит не на много больше оригинальной Arduino.

Все, с изготовлением разобрались. Для работы в среде Arduino в память контроллера осталось лишь залить bootloader .

После заливки бутлоадера, нам уже ничто не мешает приступить непосредственно к программированию.

Для начала необходимо скачать среду Arduino. Скачать последнюю версию можно на сайте производителя .

Подключаем наш клон к компьютеру, при наличии интернета устройство должно определиться автоматически.

Если при подключении драйвер на FT232RL не уcтановился в автоматическом режиме, тогда скачаваем драйвер на свою ОС с сайта производителя FTDI.

В комментариях к статье, человек указал на возможность конфликта новых драйверов на FT232RL с сайта производителя. В связи с этим лучше установить драйвер из среды Arduino IDE (arduino-1.0.5-windows\arduino-1.0.5\drivers\FTDI USB Drivers)

Открываем скачанную идешку и выбираем плату. Плата будет отображаться как Arduino NG or older w/ATmega 8 при использовании контроллера ATmega 8, либо как Arduino NG or older w/ATmega 168 при использовании ATmega168.

Затем выбираем COMport к которому подключена плата. У меня кабель определился под девятым номером.

Для проверки работоспособности зальем в контроллер тестовую программку-мигалку, выполнив следующие действия

После успешной загрузки вы должны увидеть следующее

Если все заработало, то поздравляю вас. Вы собственноручно собрали полноценный клон USB Arduino.

В архиве лежит шаблон под ЛУТ и список деталей.

Открываем изображение => Печать => Во всю страницу

Для облегчения распайки smd компонентов с обратной стороны платы, где нет маркировки, приведу картинку.

Хочется отметить, что на smd конденсаторах нет маркировки номиналов, но для облегчения распайки на картинке я их нанес. 104 - 0,1 мкФ, 22 - 22пФ.

На этот раз я поведаю о том, как сделать Ардуино своими руками, да еще и без паяльника. Схема этого простого Ардуино-клона называется Shrimp . Самодельный Shrimp полностью совместим с Arduino IDE, так что можно легко запускать на нем любые скетчи. Сразу следует отметить, что для создания Shrimp с нуля потребуется рабочая плата Ардуино. Она необходима для установки загрузчика на пустой микроконтроллер. Если под рукой нет Ардуино, то можно приобрести уже прошитый микроконтроллер и сразу прыгнуть к разделу 2. Для создания Shrimp нам потребуется:

• микроконтроллер ATMEGA328P-PU;
• резистор 10 кОм;
• конденсатор 10-100 мкФ, электролитический;
• конденсатор 22 пФ, керамический — 2 шт;
• конденсатор 100 нФ, керамический — 4 шт;
• кнопка тактовая;
• кварц 16 МГц;
• макетная плата;
• набор перемычек для макетной платы;
• USB — UART конвертер на основе FT232R, CP2102 или CH340.

1. Копирование загрузчика на чистый микроконтроллер

• из официального репозитория: https://github.com/WestfW/OptiLoader
• с нашего сайта:

2. Загрузка программ на Shrimp

Arduino – аппаратная вычислительная платформа, которая используется для проектирования и создания электронных устройств различного уровня сложности.

В основе этого электронного конструктора лежит аппаратная платформа для ввода и вывода, которая программируется на языке Processing/Wiring , созданном на базе C++. Из каких компонентов состоит Arduino, что можно сделать с его помощью и как научиться обращаться с этим умным чипом?

Что такое Arduino

Arduino – один из наиболее распространенных миниатюрных контроллеров с набором входов и выходов, который работает по предварительно написанной программе. Этот универсальный контроллер очень удобен для создания прототипов электронных устройств, что делает его популярным не только среди студентов и любителей со всего мира, но и среди продвинутых проектировщиков и изобретателей.

Arduino подкупает своей универсальностью. Используя специальные расширяющие платы, этот контроллер может взаимодействовать с другими девайсами посредством Bluetooth, Wi-Fi, GPRS, осуществлять и принимать телефонные звонки и СМС.

Контроллер является не простой микросхемой, а платой, где реализована готовая схема питания и интерфейсы для присоединения к ПК, входные и выходные разъемы.

Благодаря широкому ассортименту библиотек протоколов, имеется возможность организовать взаимодействие Arduino с сенсорами и сервоприводами, используемыми в современной робототехнике.

А открытая архитектура дает возможность настраивать Arduino под любые цели. А благодаря упрощенному языку программирования, освоить работу с контроллером будет легко даже новичкам. Особенно удобно работать с Ардуино благодаря платформе, которая дает практически мгновенный отклик на запрограммированные команды.

Что можно сделать с Arduino? Практически любую оригинальную идею программист, дизайнер или инженер может превратить в рабочий прототип – достаточно лишь приобрести контроллер и дополнительные радиодетали. Также энтузиастов программирования и схемотехники подкупает невысокая стоимость Arduino, которая делает контроллер доступным для широких масс.

Проекты на Arduino: что можно сделать

Рассмотрим несколько оригинальных идей, которые можно реализовать на Arduino. Помимо самой схемы, вам могут понадобиться дополнительные детали, которые выгоднее всего закупать на AliExpress.

Регулятор температуры в доме

Реализовать такой проект можно с использованием нескольких плат Arduino Nano и одной Arduino Uno/Mega, которая будет выступать в роли базы. Связь между модулями можно реализовать с помощью NRF24L01 – модуля радиосвязи, который дает возможность объединять до 6 плат.

В одном корпусе необходимо собрать Arduino Nano, соединенные с датчиками влажности и температуры DHT22, а также модулем NRF24L01. Источником питания может выступать обычная батарейка. Несколько таких устройств необходимо разместить по всем помещениям в доме.

Показатели с Arduino Nano будут передаваться на базу, в роли которой выступает Arduino Mega или Uno. К ней также необходимо присоединить приемник сигнала NRF24L01, источник питания и дисплей LCD для отображения текстовой информации. Располагать «базу» необходимо в непосредственной близости от системы отопления. Принимая и обрабатывая поступающие данные о влажности и температуре, база будет передавать системе отопления команды и повышении или понижении температуры.

ЧПУ-станок

Эта идея является одной из самых сложных в реализации. С помощью Arduino Mega вы сможете реализовать не только ЧПУ-станок, но и 3D принтер. Помимо самой платы, вам необходимы будут драйверы двигателей L298N, а также сами двигатели. Остальная часть работы – это рама и разработка программного кода.

Smart-теплица

Все владельцы огорода или приусадебного участка знают, как много внимания требует к себе теплица и выращиваемая в ней рассада. Необходимо постоянно контролировать влажность почвы, вовремя открывать и закрывать двери и т. д. С помощью Arduino все эти рутинные процессы могут быть автоматизированы.

Используя всего одну плату Arduino Mega и контроллер DHT22, вы сможете фиксировать и выводить на экран информацию о температуре в теплице, а также передавать команды на запуск полива, управление моторами для открытия и закрытия дверей.

Роботы

Роботы – лучшая игрушка не только для детей, но и для взрослых, особенно, когда имеется возможность ими управлять. Используя Arduino и различные подручные материалы, вы сможете сделать робота в любой конфигурации: от наиболее примитивных до сложных моделей.

Например, с помощью ультразвукового дальномера HC-SR04 ваш робот сможет фиксировать расстояние до препятствий и огибать их при движении. Применив драйвер двигателей L293D, вы получите в свое распоряжение 3 сервопривода и 4 двигателя. С помощью модуля HC-06 у вас появится возможность управлять своим детищем по Bluetooth через смартфон.

Конечно, на этом список проектов на Arduino, что можно сделать своими руками, не исчерпывается – возможности здесь ограничены только вашей фантазией и навыками.

Часть № 1. Предисловие

Идея и направление проекта

Всем передаю своё огромное приветствие и желаю того, чтобы прочтение моей учебной статьи не потратило ваше драгоценное время впустую. В этой статье (уроке) я хочу предложить каждому читателю один из многих дешёвых способ изготовления своей arduino платформы в домашних условиях своими руками, какими бы они ни были. Также представлю несколько плат дополнений к нашему микроконтроллеру.

Все радиолюбители и профессионалы когда-то начинали учиться паять, мастерить небольшие устройства, читать электрические схемы, ну и другое. Например, я, узнав об arduino и её возможностях, практически сразу же собирался её купить, но, понимая, в какую копеечку мне это обойдётся, я решил приобрести все химические средства и реактивы для изготовления собственной печатной платы, так как она является самой удачной перспективой в данном случае. Собственные печатные платы можно делать быстро, удобно, и за дешёвые стоимость химических компонентов.

Часть № 2. Разработка и проектирование проекта

Способом изготовления печатных плат является в нашем случае (лазерно-утюжная технология изготовления печатных плат). Тем самым необходимо составить список того, чего необходимо:

1) Стеклотекстолит (100x200 мм на все случаи жизни);
2) Флюс для пайки с тонкой кисточкой;
3) Хлорное железо (250 г.);
4) Жидкое олово (100 мл или больше, неважно, его намного хватает);
5) Лазерный принтер (желательно с новым картриджем);
6) Обычная бумага тонкая A4;
7) Сверло для сверления отверстий в плату;
8) Паяльник мощностью 25 - 30 Вт;
9) Утюг, лучше всего, советский.

В целом, все эти компоненты, не считая конечно принтер, будут стоить вам около двухсот рублей, но этих компонентов хватит на 15-20 небольших плат, если, конечно, экономить.

Теперь же необходимо обсудить детали насчет деталей для сборки самого микроконтроллера:
1) - ATmega328P PU;
2) - Светодиоды, кнопки, штырьки на плату (все дешевые) и прочее (для удобства);
3) - Программатор.

Все эти компоненты тоже будут теоретически стоить около 200 - 300 рублей. В итоге, можно сказать, что, чтобы собрать собственный arduino микроконтроллер, надо потратиться примерно в сумме 300-400 рублей (конечно же считая сколько химических компонентов необходимо для изготовления одного микроконтроллера).

Следующим шагом будет являться разработка и проектирование проекта микроконтроллера, то есть такие её стадии, как:

1. Подготовка всех компонентов на своём рабочем столе;
2. Изготовление шаблона печатной платы и очистка стеклотекстолита очистителем или растворителем;
3. Распечатка шаблона печатной платы на стеклотекстолите при помощи лазерного принтера;
4. Обработка и травление, собственно, печатной платы;
5. Снова же очистка и обработка печатной платы очистителем или растворителем (я использую уайт-спирит);
6. Обработка печатной платы в растворе солей олова(лужение дорожек печатной платы необходимо для того, чтобы схема оставалась рабочей на долгое время);
7. Сверление отверстий сверлом;
8. Установка в отверстия печатной платы электронных компонентов;
9. Обработка отверстий флюсом и разогревание паяльника;
10. Пайка компонентов;
11. И, наконец, подготовка к работе компьютера и микроконтроллера и прошивка arduino ide.

Впрочем, весь процесс может проходить в течении 2-3 часов, смотря на то, какие у кого навыки в изготовлении собственных печатных плат и к пайке электронных компонентов. Итак, пришло время сказать вот такое выражение: " В теории всё понятно, а как на деле". А то мы, радиолюбители и профессионалы, не только ради теорий и знаний занимаемся электроникой.

Часть № 3. Реализация проекта

Все этапы работы я покажу по фото и опишу их с помощью комментариев.

Также необходимо начертить схему для печатной платы.

Кнопка потребуется для сброса системы,светодиод присоединен к выводам 13-ый пин ATmega328P PU и земля для индикации состояния микроконтроллера, кварцевый резонатор нужен именно 16 МГц, так как при меньшей частоте микроконтроллер либо будет работать медленно и даже очень, либо вовсе работать не будет. Пять проводов находящихся на верхней стороне схемы необходимы для программирования через программатор или arduino uno. Питаться схема может по двум проводам либо на дне печатной платы, на двух штырьках, либо два крайних штырька на её поверхности.

Теперь начну подробнее описывать аспекты каждого из этапов.

1) На этом этапе необходимо подготовить все компоненты для создания печатной платы. Ножницы необходимы для того, чтобы разрезать стеклотекстолит. Перчатки, соответственно, для чистоты рук и гигиены. На рисунке также имеется уже готовая печатная плата с необработанной поверхностью. Тряпка нужна для обработки печатной платы (на втором этапе). Стол лучше, конечно, выбрать другой, по ровнее.

2) Уайт-спирит наливаем в контейнер объемом, как крышка, выливаем на тряпку, не ждём, пока она засохнет, и переходим к следующему действию. А затем очищаем и обрабатываем стеклотекстолит, если уж очень грязно, то придётся задействовать шкурку (бумага). Он будет готов к дальнейшей работе только после того, как он станет очищен на 100%. После оставляем будущую печатную плату высыхать, чтобы бумага со схемой не намокла и не испортила нам настроение.

3) По моему мнению, схема получилась довольно таки красивая. Все аккуратно и четко стоит на своём месте. Для того, чтобы распечатать схему на стеклотекстолите необходимо ровно положить шаблон на очищенный текстолит и начинать утюжить. Утюг стоит двигать равномерно по всей площади печатной платы, в течение времени равной не менее трёх минут. Надо ждать до того момента, когда абсолютно весь чернильный рисунок расплавит с я. И тогда отличный результат будет неизбежен.

После этой процедуры надо дождаться того, пока печатная плата, точней её температура, достигнет комнатной и опустить плату в ёмкость с тёплой или горячей водой. Несколько минут подождать, и потом, держа в ладони печатную плату, только большим пальцем снимать приклеенную бумагу. После очистки надо убрать воду с печатной платы.

4) На этом этапе меньше всего будет хлопот. Потребуется только лишь ваше терпение и время. Опустите печатную плату в пластиковую ёмкость с раствором хлорного железа. Растворить в ёмкости хлорное железо в воде надо в соотношении 1\2, то есть 100 мл воды теплой и 50 г. хлорного железа.Вылить в плоскую пластмассовую миску. Этим раствором можно будет пользоваться достаточно много. В течение 30-60 минут необходимо ждать, опустив печатную плату в раствор хлорного железа, пока плата протравиться, то есть лишняя медь уйдет с стеклотекстолита. Контролируйте ход травления плату. Вынимать следует при помощи пластмассового пинцета. Если процесс травления идёт долго то можно увеличить температуру раствора до 50-70 градусов, или добавить в раствор ещё хлорного железа.

5) После травления печатной платы стоит протереть её, избавив от остатков раствора и, и снова же обработать и очистить шаблон с платы, так как он нам уже не понадобится. В итоге, должно получится основа стеклотекстолита и медные дорожки, соответствующие дорожкам в нашей схеме.

6) Процесс на этом этапе то не является сложным, так как тут тоже требуется лишь терпение и время. Необходимо просто положить печатную плату в раствор солей олова,но не затягивать, всего лишь держать в растворе 10 минут, если передержать половину дня, то вся схема может просто отшелушится и растворится. Вообще, раствор предназначен для быстрого покрытия оловом печатных плат или медных деталей простым и технологичным способом для предотвращения окисления и подготовки поверхности под пайку в домашних условия. Раствор же использовать при комнатной температуре в полиэтиленовой посуде. Деталь надо предварительно зачистить и обезжирить, и при этом толщина покрытия составит 1 мкм. В одном литре раствора можно залудить до 50 км дм поверхности возможно многократное использование. Не рекомендуется совместное хранение свежего и отработанного раствора. Срок годности состава без ухудшения свойств до двух лет.

7) Отверстия следует делать очень тонким сверлом чтобы умело и точно можно было бы припаивать электронные компоненты. Желательно чаще пользоваться флюсом или канифолью (сосновой) , так как с помощью них можно отлично паять.

8) Только лишь точная установка всех компонентов может с успехом повлиять на удобство пайки компонентов. Необходимо чётко все разместить, чтобы место осталось свободное на печатной плате и к тому же чтобы помочь самому себе, то есть тебе легче будет припаивать компоненты, если будет свободное пространство.

9) Этот пункт нет смысла описывать, так как в нём всё ясно

10) Паяйте как можно аккуратнее, если хотите получить отличный мини аналог Arduino Uno.

11) После всех предыдущих этапов я надеюсь у вас уже есть стоящий прототип и теперь можно приступать к настройке компьютера и программирования микроконтроллера.

Необходимо подключить провода именно так:

Мини аналог RST RX TX +5V GND (считая слева направо на правой картинке.)
Arduino Uno RST RX TX +5V GND

И после этого можно легко программировать микроконтроллер прямо с Arduino IDE ка Arduino Uno.

Часть № 4. Заключение

Микроконтроллерные платы получились я надеюсь у всех читателей отличными. Все эти печатные платы можно использовать для создания и разработки многих устройств или даже роботов.

Тут представлен стабилизатор напряжения на lm7805ct (5 вольт). Если он будет перегреваться, всё тепло будет идти на стеклотекстолит.

Из этого урока можно сделать вывод, что arduino можно сделать и за более дешёвую сумму чем в магазинах и я надеюсь, что эта статья не позволила вам потратить ваше время зря. Всем кто читал - спасибо, а кто будет комментировать и учитывать мои промахи, тем двойное спасибо, так как я буду признавать свои ошибки и, надеюсь, в будущем буду исправлять их.

Список радиоэлементов