Конструируем роботов на Arduino®. Да будет свет!

А. А. Салахова

2-е издание,
электронное

КОНСТРУИРУЕМ
РОБОТОВ

на Arduino®
Arduino

®

Да будет свет!

Лаборатория знаний
Москва
2021

УДК 373.167
ББК 32.97
С16

С е р и я о с н о в а н а в 2016 г.
Ведущие редакторы серии Т. Г. Хохлова, Ю. А. Серова
Салахова А. А.
С16
Конструируем роботов на Arduino

R
○. Да будет свет! /
А. А. Салахова. — 2-е изд., электрон. — М. : Лаборатория
знаний, 2021. — 52 с. — (РОБОФИШКИ). — Систем. требования:
Adobe
Reader
XI
;
экран 10". — Загл. с титул.
экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-526-4
Стать гениальным изобретателем легко! Серия книг «РОБОФИШКИ» поможет вам создавать роботов, учиться и играть
вместе с ними.
Вы соберёте на платформе Arduino

R
○ устройство, умеющее
самостоятельно измерять освещённость в различных помещениях
и позволяющее узнать, соблюдены ли допустимые нормы.
Для
технического
творчества
в
школе
и
дома,
а
также
на занятиях в робототехнических кружках.
УДК 373.167
ББК 32.97

Деривативное издание на основе печатного аналога: Конструируем роботов на Arduino

R
○. Да будет свет! / А. А. Салахова. —
М.
:
Лаборатория
знаний,
2018. — 48 с.
:
ил. — (РОБОФИШКИ). — ISBN 978-5-00101-020-3.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-93208-526-4
© Лаборатория знаний, 2017

2

Издание, которое вы держите сейчас в руках, — это не просто описание и практическое 
руководство по выполнению конкретного увлекательного проекта по робототехнике. 
И то, что в результате вы самостоятельно сумеете собрать своими руками настоящее 
работающее устройство, — конечно, победа и успех!
Но главное — вы поймёте, что такие ценные качества характера, как терпение, аккуратность, настойчивость и творческая мысль, проявленные при работе над проектом, 
останутся с вами навсегда, помогут уверенно создавать своё будущее, стать реально 
успешным человеком, независимо от того, с какой профессией свяжете жизнь.
Создавать будущее — сложная и ответственная задача. Каждый день становится открытием, если он приносит новые знания, которые затем могут быть превращены в проекты. Особенно это важно для тех, кто выбрал дорогу инженера и технического специалиста. Знания — это база, которая становится основой для свершений.
Однако технический прогресс зависит не только от знаний, но и от смелости создавать новое. Всё, что нас окружает сегодня, придумано инженерами. Их любопытство, 
желание узнавать неизведанное и конструировать то, чего никто до них не делал, и создаёт окружающий мир. Именно от таких людей зависит, каким будет наш завтрашний 
день. Только идеи, основанные на творческом подходе, прочных знаниях и постоянном 
стремлении к новаторству, заставляют мир двигаться вперёд.
И сегодня, выполнив этот проект и перейдя к следующим, вы сделаете очередной шаг 
по этой дороге.

Успехов вам!

Команда Программы «Робототехника:
инженерно-технические кадры инновационной России»
Фонда Олега Дерипаска «Вольное Дело»

Здравствуйте! 

Если ты добрался до платформы Arduino, значит, ты настоящий инженер! Ты прошёл 
большой путь в р обототехнике и решил перейти на новый уровень — создание роботов 
на Arduino! Теперь всё будет совершенно серьёзно! Тайны настоящего роботоконструирования ждут тебя!
Хочется сделать что-то по-настоящему полезное? Мы тебе поможем! Что может быть 
важнее твоего здоровья, особенно сегодня, когда мы постоянно используем различные 
гаджеты, мониторы, ноутбуки, телевизоры и другие приборы, которые портят зрение. 
Здоровье необходимо беречь! Быть может, ты слышал от родителей, учителей и грозных 
проверяющих о недостаточной освещённости помещений и встречал загадочные слова 
«требования СанПиН». Так вот, ты с помощью Arduino сможешь сделать рабочий инструмент, измеряющий площадь помещений и количество света в них, т. е. степень освещённости, а затем применить его на практике и узнать, действительно ли соблюдены 
необходимые нормы в школе и дома!

Дорогой друг!

Практически всё, что создавали люди, 
требовало измерений: без замеров нельзя построить дом, отрезать брус нужного 
размера для стола, перекинуть через реку 
мост, не зная её ширины. 
Геометрия (от греч. — «земля» и
μ— «измеряю») — наука об из мере ниях всего, что окружает человека. 
Изначально геометры занимались измерением наделов для будущих полей и 
домов, а также помогали архитекторам с 
расчётами. Для этого они использовали 
разные средства, самое простое из которых — палка или брус фиксированной 
длины, т. е. эталон. Ты наверняка знаешь 
какие-нибудь старинные меры длины. 
Почти все они основаны на размерах частей тела. Например, в Древней Греции 
использовался дактиль — мера длины, 
равная фаланге одного пальца (примерно 

1,85 см), палайста — длина ладони (около 7 см), пехий — расстояние от локтевого сустава до конца вытянутого среднего 
пальца руки (примерно 46,3 см) и другие. 
Позднее на Руси стали применять свои 
единицы измерений, например, пядь 
(расстояние между концами расставленных пальцев руки), маховую сажень (расстояние между концами средних пальцев 
раскинутых в сторону рук).
Проводить измерения с помощью эталона было неудобно и долго. Представь, 
что египетскому архитектору нужно 
было отмерить надел земли площадью 
30 000 кв. м для строительства храма 
рядом с городом Луксор. Сравни размер руин центрального храма фараона 
Амона Ра и поднятые в небо воздушные 
шары (рис. 1). Маленькие тёмные точки 
под 
воздухоплавательными 
средства
Рис. 1. Вид на руины храма Амона Ра в Луксоре

История измерений 
помещений и освещённости

ми — это корзины с людьми (пилотами 
и пассажирами).  
Для замера такого надела с помощью 
измерительной доски потребовались бы 
десятки лет, не считая времени на само 
строительство. Следовательно, был найден более простой способ. 
Например, люди придумали использо вать верёвку: её протягивали от одного конца будущего здания до другого, 
а затем наматывали на эталон. Этот способ был намного быстрее и удобнее, но 
и его можно упростить, используя верёвку с узлами, завязанными на расстоянии 
эталона длины. Для определения длины оставалось посчитать количество отложен ных узлов. Позднее узелки заменили отметками. Сегодня этот прин цип 
заложен в обычных линейках и измерительных рулетках.
Чтобы сократить затраты времени 
и сил, придумывали и совершенствовали дистанционные способы измерения. 
До сих пор одним из самых популярных 
способов является, конечно же, зрение. 
Например, «на глазок» человек может 
определить приблизительную высоту дерева или расстояние до него. Именно на 
основе работы собственного зрения люди 

и придумали различные измерительные 
приборы, например оптический дальномер. А если измерения надо провести 
при недостаточном или выключенном 
свете? Или, наоборот, когда солнечные 
лучи слепят глаза или яркий цвет объекта сбивает показания оптических приборов?
На помощь приходит природа. Если 
человек совершенствовал собственные 
инструменты всего лишь несколько тысяч лет, то живая природа трудилась миллионы лет! Многие животные научились 
определять расстояние до объекта. Как 
же они это делают? 
Прежде всего с помощью эхолокации — способа, основанного на отправке 
ультразвука (высокочастотного сигнала, не слышимого человеческим ухом) 
и при ёме его отражения. Время, затрачиваемое на издание звука, его отражение 
и возврат эха, позволяет животному измерить расстояние. Для ориентации 
в пространстве эхолокацию используют, 
например, летучие мыши и дельфины. 
У летучих мышей применение эхолокации обусловлено активным образом жизни в ночное время, когда недостаточно 
света (рис. 2, взят с сайта hngn.com).

СОНАР       
ВОЗВРАЩЁННАЯ ВОЛНА (ЭХО)

Рис. 2. Эхолокация животных

Такой принцип работы заложен в сонар — устройство, которым оснащают 
подводные лодки для обнаружения вражеского судна в непроглядных морских 
глубинах. В быту же применяются ультразвуковые дальномеры. С их помощью 
можно быстро и качественно (вне зависимости от освещения и цвета поверхности) измерить расстояние, например от 
стены до стены и от пола до потолка.  
Перейдём к следующему вопросу — 
освещённости помещений. В старые времена люди определяли степень освещённости простой оценкой «не видно ни зги» 
или «залито солнцем». В южных широтах 
в помещениях делали большие окна, что 
позволяло использовать естественные 
источники света (солнце, луну), однако 
население, жившее севернее, не могло изза холода позволить себе большие окна. 
До появления электричества в качестве 
искусственного освещения в богатых домах использовали свечи, а бедные семьи 
жгли лучины. 
Сегодня освещённость — это точная 
физическая величина, измеряемая в люксах (лк, 1 люмен на квадратный метр). 
Чем сильнее источник света, тем больше 
освещённость поверхности. При проверке освещённости помещения важно знать 
его размеры, так как чем больше помещение, тем больше требуется источников света. Например, в двух одинаковых 
комнатах, но с разной высотой потолка, 
освещённость будет разная: где потолок 
ниже, там расстояние от лампы до пола 
или человека меньше, а значит, и степень 
освещённости будет разной. Если речь 
идёт об естественном свете, то чем дальше 
от окна находится предмет, тем хуже он 
освещён. Конечно, искусственный источник света тоже может быть расположен 
не прямо над освещаемым предметом, 
а под углом. Доказано, что свет воздей
ствует на работу головного мозга. Если 
освещённость помещения недостаточна, 
то работоспособность человека снижается, появляется сонливость. Если находиться в подобных условиях постоянно, 
могут появиться симптомы переутомления, снизятся острота зрения, концентрация внимания, что негативно скажется 
на процессе обучения, творчества и на 
здоровье! Но не только недостаточная 
освещённость вредна для человека. Оказывается, что и чрезмерная освещённость 
побуждает организм работать на износ, 
подключать дополнительные ресурсы, 
и человек быстрее устаёт. 
Мы уже говорили о страшной аббревиатуре СанПиН. В полной форме она звучит как «санитарные правила и нормы», 
они официально утверждаются главным 
государственным санитарным врачом. 
Их наизусть знает любой проверяющий. 
Теперь тебе известно, на какие документы можно аргументированно ссылаться 
в спо ре. 

Для измерения освещённости помещения используется прибор под названием 
люксометр. Чтобы измерения были точ
Внимание!
Требования к освещению представлены 
в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещённому освещению жилых и общественных зданий», а 
также в строительных нормах и правилах 
СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». 

Оборудование:
• Плата Arduino Uno.
• Компьютер 
(минимальные 
требования): 
ОС 
Windows XP, 
Vista,
Win dows 7, Windows 8, Windows 8.1,
Windows 10 (32/64 bit) / Linux Mint,
Ubuntu, Fedora / Mac OS X, оперативная память не менее 512 Мб, процессор — 1,1 ГГц (или мощнее), свободное
место на диске — 200 Мб.
• Среда 
программирования 
Arduino
IDE.
• Плата расширения Troyka Shield.
• Текстовый дисплей МЭЛТ 20х4.
• Макетная плата BreadBoard Half.
• Датчик 
освещённости 
(Troyka-модуль с тройным проводом типа «мамамама»).
• Ультразвуковой дальномер HC-SR04.
• Соединительные провода типа «мамапапа» (пучок из 20 штук).
• Соединительные провода типа «папапапа» (пучок из 65 штук).
• Кабель USB (A — B) для подключения
Arduino к компьютеру.
• Батарейный отсек 4 АА (для четырёх
элементов питания).
• Гнездо питания 2,1 мм с клеммником.
• Элементы питания типа АА, 4 шт.
• Крестовая отвёртка.
• Карандаш.
• Линейка.
• Ножницы.
• Канцелярский нож.
• Изоляционная лента.
• Лист картона или картонная коробка.
• Скотч.

Обозначения
В тексте тебе встретятся следующие обозначения.
1.
Пин (от англ. «pin» — контакт) — это
вход или выход на плате Arduino Uno,
плате расширения Troyka Shield или макетной плате.
2.
Скетч — это программа, которую обрабатывает Arduino.
3.
5V (5 вольт) обозначение напряжения питания платы.
4.
GND — (от англ. «ground» — земля) —
заземление электрических элементов.
5.
// — обозначение в программе однострочных комментариев, в которых приводится пояснительная информация.
6.
/* текст */ — обозначение в программе комментариев из нескольких строк.

ными, следует соблюдать несколько простых правил:
• измерение освещённости при искусственном освещении следует производить в тёмное время суток;
• на датчик освещённости не должна
падать твоя тень.
Мы предлагаем тебе собрать универсальный измерительный прибор, сочетающий в себе ультразвуковой дальномер 
и люксометр, и самому проинспектировать свой дом и классы в школе на соблюдение утверждённых норм. 
Вперёд!

Рассмотри общую схему инспектирующего устройства (рис. 3). Для чего используется каждый компонент?
Как ты думаешь, какую плату не видно 
на схеме?
Попробуй мысленно представить поэтапное подключение устройства. 

Теперь начинай собирать устройство. 
Внимательно рассмотри рисунки и прочитай подписи к ним. В случае затруднений обращайся за помощью к взрослым.

Рис. 3. Общая схема устройства

ARDUINO UNO+
Troyka Shield

Датчик освещённости
(Troykaмодуль)

Текстовый дисплей МЭЛТ 20х4

Ультразвуковой дальномер
HCSR04

Макетная плата
BreadBoard Half

Этап 1. Устройство 
инспектирующего гаджета

ШАГ 1. СБОРКА БЛОКА ПИТАНИЯ

Для того чтобы войти в рабочее русло, 
начнём со сборки простой, но важной части проекта — блока питания. 
Приступим!

1.
Возьми гнездо питания и ослабь
клеммник. Для этого отвёрткой поверни винты против часовой стрелки.

Компоненты: 
• батарейный отсек 4 АА, 1х;
• гнездо питания 2,1 мм с клеммником,
1х;
• элементы питания типа АА, 4х;
• крестовая отвёртка, 1х;
• изоляционная лента, 1х;
• ножницы, 1х.

Внимание!
Элементы питания (батарейки или аккумуляторы) отложи в сторону. Работать 
с установленными элементами питания 
нельзя! От батарейного отсека отходят 
два провода: красный и чёрный. В электронике красный провод обозначает питание,  а чёрный — землю.

Этап 2. Сборка 
инспектирующего
устройства