Arduino для детей

Эрик Шернич

Arduino для детей

Florian Schäffer

Arduino für Kids

Эрик Шернич

Arduino для детей

Москва, 2019

УДК 681.4:004.9Arduino
ББК 32.816с515+32.965с515
Ш49

Шернич Э.
Ш49 Arduino для детей / пер. с нем. М. М. Степаненковой. – М.: ДМК Пресс, 2019. – 
170 с.: ил. 

ISBN 978-5-97060-541-7

С помощью этой книги начинающие компьютерные гении и смогут собрать на базе 
платформы Arduino световую гирлянду, аппарат азбуки Морзе, двигатель постоянного 
тока и другие полезные вещи и запрограммировать режимы их работы. В доступной 
и интересной форме с прекрасными примерами детям объясняются азы электроники, 
электротехники и программирования на диалекте языка С++ для Arduino.
Издание будет полезно детям от 10 лет, которые интересуются компьютерной техникой, 
для работы нужно иметь стартовый набор Arduino.

УДК 681.4:004.9Arduino
ББК 32.816с515+32.965с515

First published as Arduino fur Kids by Erik Schernich. © 2nd edition 2017 by MITP Verlag 
GmbH&Co, KG Allrights reserved. Published with arrangements made by Maria Pinto-Peuckmann, 
Literary Agency-World Copyright Promotion, Kaufering. Germany.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой 
бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев 
авторских прав.

ISBN 978-3-95845-581-8 (нем.) 
Copyright © 2017 mitp-Verlags GmbH & Co. KG
ISBN 978-5-97060-541-7 (рус.) 
© Издание, перевод, ДМК Пресс, 2019

Содержание

Введение .............................................................................. 9

Что такое микросхема? ....................................................... 9
Как пишутся программы? ................................................ 10
Материалы ......................................................................... 11
Начало работы ................................................................... 11
Заключение ....................................................................... 16
Несколько заданий ........................................................... 17

Мигай, мигай, огонек .................................................... 19

Установка программного обеспечения ........................... 19
Наша первая программа................................................... 22
Наша вторая программа: гирлянда  
со светодиодами ............................................................... 27
Наша третья программа: аппарат Морзе ........................ 36
Наша четвертая программа: игра «Горячий  
провод» .............................................................................. 39
Заключение ....................................................................... 48
Несколько вопросов... ....................................................... 49
...и несколько заданий ...................................................... 49

1

Содержание

6

Arduino говорит .............................................................. 51

Отправка первого текста .................................................. 51
Заключение ....................................................................... 59
Вопрос... ............................................................................. 60
...и задание на сегодня ..................................................... 60

Сенсоры – интерфейсы для мира ............................. 61

Что такое датчик? ............................................................. 62
Включить светодиоды ...................................................... 63
Заключение ....................................................................... 72
Несколько вопросов... ....................................................... 73
...и несколько заданий ...................................................... 73

Моторы – движение с Arduino ................................... 75

Двигатель постоянного тока – веселое вращение .......... 76
Эффективно управлять двигателем ................................ 79
Сервоприводы ................................................................... 81
Заключение ....................................................................... 86
Несколько вопросов... ....................................................... 86
...и несколько заданий ...................................................... 86

Чтение исходного кода других разработчиков .... 87

Документация ................................................................... 87
Загадочный исходный код ............................................... 88
Заключение ....................................................................... 91
Несколько вопросов... ....................................................... 91
...и задание ........................................................................ 91

ЖК-дисплей – отображение данных на самом 
Arduino ............................................................................... 93

Что такое ЖК-дисплей? .................................................... 94
Заключение ....................................................................... 98

2

3

4

5

6

Содержание

7

Несколько вопросов... ....................................................... 98
...и задание ........................................................................ 98

Arduino и мультиметр .................................................. 99

Для начала история из жизни .......................................... 99
Какие сведения нам нужны? .......................................... 100
Изучаем потенциометр .................................................. 105
Заключение ..................................................................... 108
Несколько вопросов... ..................................................... 108
...и несколько заданий .................................................... 108

Arduino online ................................................................ 109

HTML – ворота в интернет ............................................. 109
«Сеть, нам нужна сеть» ................................................... 111
Заключение ..................................................................... 114
Несколько вопросов... ..................................................... 115
...и несколько заданий .................................................... 115

Клавиатура с Arduino Leonardo ............................... 117

Первые шаги с Leonardo ................................................. 118
Первая маленькая клавиатура ....................................... 120
Ключ обеспечения секретности ..................................... 124
Заключение ..................................................................... 126
Несколько вопросов... ..................................................... 126
...и несколько заданий .................................................... 127

Взгляд за пределы IDE................................................. 129

C++, сердце Arduino ......................................................... 129
Перенос программы на Arduino ..................................... 134
Программирование AVR ................................................. 137
Заключение ..................................................................... 142
Несколько вопросов... ..................................................... 142
...и несколько заданий .................................................... 142

7

8

9

10

Содержание

8

Не забудь меня – использование EEPROM ........... 145

Общая информация о EEPROM ...................................... 145
Что можно запрограммировать в EEPROM? ................. 147
Проект: черный ящик ..................................................... 147
Заключение ..................................................................... 156
Несколько вопросов... ..................................................... 156
...и несколько заданий .................................................... 156

Установка IDE ................................................................. 157

Установка ......................................................................... 157

Ответы .............................................................................. 159

Список материалов ...................................................... 165

Предметный указатель ................................................167

11

A

Б

В

Введение

Ты уже давно мечтаешь начать программировать или разобраться, 
из каких деталей состоит компьютер? После прочтения 
этой книги ты вряд ли сможешь самостоятельно собрать 
компьютер, но некоторые вещи будут тебе по силам.
Во введении рассказывается:

 

что такое микросхема, микроконтроллер и Arduino;

 

как написать программу;

 

какие материалы тебе понадобятся для этой книги.
В процессе чтения ты легко освоишь основы электроники!

Что такое микросхема?

Наверняка у тебя уже есть представление о том, что из себя 
представляет микросхема. По-английски их называют мик-
рочипами (microchip) или просто чипами (chips), и я дальше 
иногда тоже буду их так называть. Обычно это маленький 
черный квадратик, расположенный на плате, например на 
системной плате компьютера. Микросхема, которую ты будешь 
программировать, выглядит немного иначе. Она прямоугольная, 
а не квадратная, и у нее намного меньше выводов (
металлических ножек по краям чипа). Кроме того, 
эти выводы крупнее, чем у обычных микросхем, которые 
ты мог встречать раньше.

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер – это микросхема, которая уже содержит 
в себе все необходимые элементы (комплектующие). Если 

Введение

10

провести аналогию, то системная плата компьютера – это 
микроконтроллер, а оперативная память на ней – одно из 
комплектующих. Точно так же оперативная память содер-
жится внутри нашего микроконтроллера. Микроконтрол-
леры часто называют computer-on-chip – «однокристальный 
компьютер» по-русски. 

Что такое Arduino?

Чтобы тебе было легче освоить программирование микро-
контроллера, существует так называемый проект Arduino. 
В нем есть готовые платы с микроконтроллером и собствен-
ным программным обеспечением для создания программ. 
Как ясно из заголовка книги, здесь пойдет речь о програм-
мировании микросхем на плате Arduino. 
Проект Arduino предоставляет готовую плату с подходящей 
средой разработки программ на персональном компью-
тере (ПК). Раньше разработчикам приходилось самим мас-
терить платы, чтобы иметь возможность научиться их про-
граммировать.

Как пишутся программы?

К сожалению, программирование осуществляется не голо-
сом, а с помощью текста, набираемого на компьютере. Этот 
текст пишется не на русском языке, а с помощью специаль-
ных знаков и нескольких английских слов. Но пусть это тебя 
не пугает. Ты будешь учиться программировать с помощью 
довольно сложного языка программирования C++. Чтобы 
новичкам было легче им овладеть, создатели Arduino раз-
работали упрощенный диалект (то есть вариант) этого язы-
ка программирования. C++ основан на нескольких словах 
и множестве знаков (символов), которые выглядят очень 
загадочно. В скобках указывается, что означает такой знак, 
как, например, ++ (приращение) или % (деление по модулю). 
Со временем ты запомнишь, что значит каждый из этих 
символов, и сможешь безошибочно их использовать. В про-
граммном коде ниже показано, что можно сделать с по-
мощью C++. Я написал эту программу для террариумного 
регулятора температуры, создание которого находится 
пока на начальной стадии:

#include "dimmen.h"
#include "kern_temperatur.h"
#include "terra_temperatur_class.h"

Начало работы

11

#include "class_cool.h" 
void setup() {
 pinMode(13, OUTPUT);   pinMode(12,OUTPUT); 
 Serial.begin(9600);   ADMUX = 0xC8;    delay(10);
}

void loop() {
 Cooler cooler(13); delay(100); bool hot = kern_temp(17);
 if (hot) cooler.start();
 else{
 cooler.stop();
 }
 delay(500); }

Также для программирования тебе понадобится программное 
обеспечение для ПК, которое можно найти на сайте 
arduino.cc. Подробную информацию по установке смотри 
в приложении А или в следующей главе.
Рассмотрим теперь устройство, которое нам необходимо 
для этой книги. Наверно, перед тобой сейчас лежит Arduino 
Uno – самая простая и удобная для изучения плата Arduino. 
Эта плата подключается к компьютеру через кабель USB. 
При составлении схемы плата должна быть отключена от 
кабеля USB, подключать кабель можно только тогда, когда 
схема готова. Пока мы не будем плату программировать, 
лишь использовать в качестве источника питания для схем.

Материалы

Чтобы продолжить, нам потребуются некоторые материалы. 
Это светодиод (деталь, которая излучает свет), разноцветные 
проводники-перемычки (черный и красный проводники 
обычно применяются для подключения питания), 
плата Arduino, резистор и так называемая макетная плата, 
на которой это все соединяется.
Все необходимые материалы перечислены в приложении Б 
в конце этой книги.

Начало работы

Попробуем выполнить несложную задачу с Arduino. Предлагаю 
сначала просто зажечь светодиод. Это можно сде-
лать двумя способами: используя в качестве источника 
тока либо Arduino, либо батарею. Мы будем пользоваться 

Введение

12

первым способом, применяя, как говорили, здесь плату 
Arduino только как источник питания. 
Для знакомства со светодиодом построй электрическую 
схему по первому рисунку в этой книге. При этом обрати 
внимание на следующее: красный проводник подключает-
ся к выводу Arduino с надписью VCC, а черный – к выводу 
с надписью GND, то есть к плюсу и минусу питания. И на-
конец: красный проводник (положительный полюс) присо-
единяется к длинному выводу светодиода, а черный (отри-
цательный полюс) – к резистору и, через него, к короткому 
выводу светодиода.

Начало работы

13

Таким образом, у тебя есть уже четыре важные детали 
для схемы подключения светодиода, которая будет часто 
встречаться в книге: Arduino, макетная плата, сам светоди-
од с резистором и, наконец, соединительные проводники 
(перемычки). И хотя последняя деталь самая простая, без 
нее ты не сможешь построить ни одну схему. Только при 
пайке плат можно обойтись без перемычек, но и здесь есть 
исключения, когда они бывают необходимы.

Резистор

К сожалению, подключать светодиоды напрямую к источ-
нику питания, подобно лампочке, нельзя. Из-за большой 
силы тока они бы просто сгорели. Поэтому необходима 
еще одна небольшая деталь – резистор. Он служит для того, 
чтобы ослабить ток и предотвратить перегрев чувствитель-
ного компонента. Резистор выглядит как очень маленькая 
трубка с длинными блестящими выводами по концам, на 
которую нанесено несколько цветных полосок. От многих 
других компонентов резисторы отличаются тем, что не 
важно, в каком направлении они подключены относитель-
но плюса и минуса источника питания.
Резисторы стоят относительно недорого (около 2–3 рублей 
за штуку), так что на 100 рублей у тебя выйдет не менее 
30–50 штук. Они бывают разной величины сопротивления 
(номинала), которое измеряется в омах.
В примере, который мы собрали выше, необходим резистор 
сопротивлением 130 Ом. Оставим один светодиод подклю-
ченным, как было ранее, а второй подключим через резис-
тор с другим сопротивлением – 330 Ом.

Введение

14

В этом примере левый светодиод горит ярче, чем правый, 
то есть чем меньше сопротивление резистора, тем яркость 
светодиода больше. Кстати, не важно, с какой стороны 
к светодиоду подключается резистор – их можно было бы 
включить между длинным концом и красным проводом. 
А теперь решающий вопрос: как определить значение сопротивления 
резистора, не используя измерительные приборы? 
Если присмотреться, можно заметить у каждого резистора 
несколько разноцветных колец, которые образуют 
свой цветовой код. С помощью таблицы ниже можно определить 
цветной код для нужной величины сопротивления 
резистора.

Если ты правильно держишь резистор, золотое или серебряное 
кольцо всегда должно располагаться справа.