Ардуино – одна из удобнейших систем микроконтроллеров, позволяющих инженеру реализовать любую свою задумку, без лишних проблем в программной части. Всё, что необходимо, уже присутствует в бесплатных библиотеках, которые можно скачать на нашем сайте.
А благодаря модульности появляется возможность сконструировать любую систему, в зависимости от необходимости. Начиная с простого смарт-прибора для контроля освещённости и температуры в помещении, и заканчивая умными аграрными системами. Давайте же разберёмся, что такое Ардуино модули и какие их виды существуют.
Содержание
Зачем нужен модуль для Ардуино
Для начала стоит понять, зачем вообще подобная модульность необходима. Ведь, казалось бы, Ардуино – это всего лишь микроконтроллер, к которому можно приспособить любой сторонний датчик. Но на деле всё не так просто, как раз из-за программной части и других особенностей системы, поэтому, для расширения функционала, и присутствуют специальные Аrduino модули, позволяющие приспособить МК к любым потребностям человека, который его использует. Это основная функция, объясняющая необходимость модульности, помимо неё, присутствуют и другие причины такого решения:
- Стандартизированный набор датчиков с одинаковыми характеристиками позволяет писать универсальные решения для различных ситуаций. Таким образом, захотев воплотить в жизнь какой-то проект, вам не нужно самостоятельно изучать язык программирования и создавать уникальную электросхему. В большинстве случаев, уже готовая система или какие-то её части присутствуют в свободном доступе, инженеру лишь остается их правильно скомпоновать, что значительно экономит время при реализации задумок.
- Простота работы с Ардуино. Уже описанная выше стандартизация, позволяет быть уверенным, что купленный вами датчик или специальный модуль, не нужно будет подключать с помощью дополнительных шлейфов или переходников. Хоть иногда и появляется необходимость самостоятельно паять платформу под Ардуино, но, в большинстве случаев, вы можете приобрести уже готовую, под конкретные модули и потребности. Более того, существуют универсальные платы, полностью раскрывающие возможности модульной системы.
Виды
Условно, модули для Ардуино можно разделить на два гигантских лагеря, у которых уже присутствуют свои ответвления:
- Датчики. Разнообразные системы или контроллеры, позволяющие считывать, отправлять и обрабатывать информацию. Хотя последние иногда относят ко второму классу модулей, но из-за тесной связи с устройствами ввода-вывода их лучше причислить именно к датчикам, тем более, зачастую они выполняют сразу две функции. Все эти устройства направленны на расширение аппаратного функционала системы, например, чтобы дать возможность Ардуино считывать расстояние до объекта или влажность воздуха, что просто необходимо для многих систем.
- Модули, расширяющие вычислительные мощности проекта. Это различные карты памяти, дополнительные буферы для проведения операций и вспомогательные многопоточные процессоры. К ним же можно отнести вариации самого микроконтроллера, характеристики которого варьируются от версии к версии. Они направлены именно на улучшение возможностей программной части системы, например, дополнительные карты памяти позволяют хранить больше информации в различных кодеках, чтобы воспроизводить какие-то аудиодорожки. Особенно необходимы при проектировании сложных систем с нейросетями или в робототехнике, в которой также используется Ардуино.
Сами же датчики отдельно делятся на:
- Устройства ввода или получения информации. Это различные сканеры, которые позволяют получить данные об окружающей среде, будь то уровень освещённости или влажности воздуха. С их помощью возможно ввести различные переменные, в зависимости от которых система будет определять свои дальнейшие действия. Являются базой для большинства систем, и без них невозможно реализовать любой смарт-девайс. Простейшим примером будет всё тот же датчик расстояния, хотя и их существует несколько видов.
- Устройства обработки информации. Зачастую уже встроены в предыдущий тип, из-за чего считаются комбинированными, но нередко такие модули устанавливаются и отдельно. Имеют небольшой объем памяти или вовсе продаются без него, и способны выполнять лишь простые промежуточные операции. Подобным модулем можно считать даже МК Ардуино различных версий, но не стоит их путать с устройствами, расширяющими вычислительные возможности главного контроллера, ведь они именно выполняют операции.
- Устройства вывода информации. У большинства ассоциируются с простейшим ЖК-экраном, хотя это далеко не единственная разновидность данных девайсов. Необходимы для того, чтобы выводить результаты вычислений, для получения фидбека от системы и проверки различного функционала. Бывают звуковыми, визуальными и тактильными, соответствуя каждому из органов чувств человека. Также могут комбинироваться с первыми двумя видами, становясь гибридным дополнением к микроконтроллеру.
Существуют и разновидности дополнений, без строгой типизации, так как их сложно отнести к какой-то конкретной группе устройств. Это происходит или из-за узкой направленности их функционала, или из-за изначальной гибридности модулей.
К ним можно отнести различные девайсы, для передачи информации по сети или другим протоколам, так как, с одной стороны, они расширяют программный функционал продукта, используя протоколы, которые невозможно реализовать через стандартные аппаратные возможности, а с другой – как раз дополняют последние.
Технические характеристики, свойства и функции
Технические характеристики и функционал напрямую зависят от докупаемого пользователем модуля, поэтому невозможно выделить конкретные свойства продуктов. Единственная их общая черта – специальная распиновка, для подключения к платформам Ардуино, без которых было бы невозможно или крайне тяжело выполнять связь между микроконтроллером и устройством. В остальном, все характеристики крайне вариативны и зависят от девайса к девайсу.
Примеры популярных Ардуино модулей
Ультразвуковой дальномер HC-SR04
Самый популярный ультразвуковой датчик, которые работает по следующему принципу: отправляет ультразвуковую волну, считает время, за которое она возвратится. Мы знаем скорость звука и время, за которое волна вернулась, а далее мы рассчитываем расстояние до объекта. Данный модуль стоит довольно дешево, диапазон измерений от 2 см до 4 метров.
Инфракрасный дальномер Sharp
Также довольно широко используются дальномеры Sharp с рабочим диапазоном от 20 см до 1,5 метров. Цена таких модулей выше, чем звуковых дальномеров.
Модуль температуры и влажности DHT11
Этот Ардуино модуль измеряет температуру в диапазоне от 0 до +50 °C и влажность от 20 до 90%. Часто используется для измерений данных в комнате или теплице. Также оченб популярен при создании систем по управлению климатом или умных домов.
Барометр BMP085 или BMP180
С помощью модуля Барометр можно определить атмосферное давление от 30 до 110 кПа. Используется при создании на базе Ардуино аналогов метеостанциё.
Модуль-датчик влажности почвы FC-28
Модуль измеряет влажности почвы или среды в которую его втыкают. Состоит из двух частей. Его используют для автоматизированного полива растений.
Bluetooth HC06
Помогает организовать беспроводную связь Ардуино с компьютером, телефоном или другими устройствами.
Как подсоединить
Подсоединяются модули с помощью всё той же распиновки, но не напрямую к МК. Зачастую для этого используют специальные платформы с дорожками, которые делаются самими инженерами или заказываются отдельно.
В первом случае чаще всего применяют химический способ изготовления плат с помощью сильных щелочей. Дорожки заранее прочерчиваются, и на них наклеивают стойкий материал, беря за основу, например, медную плату. Затем, вследствие химической реакции, окисляется всё, кроме защищенных участков, служащих в качестве проводников тока.
Стоимость
Стоимость дополнительных датчиков и других девайсов также крайне вариативна, может начинаться от 50 центов и заканчиваться десятками долларов. Всё напрямую зависит от того, где вы их заказываете, конкретной разновидности и множества других факторов, поэтому выдать какое-то среднее арифметическое по их цене – невозможно.