Совет 1: Что такое Arduino и что с ним можно сделать

Сейчас в мире людей, увлечённых техникой, наблюдается настоящая "ардуиномания". Этому маленькому загадочному устройству посвящены тысячи статей, сотни блогов и форумов. Так что же это такое - Arduino? И почему он обрёл столь большую популярность?
Arduino UNO

Arduino - это маленькое электронное устройство, состоящее из одной печатной платы, которое способно управлять разными датчиками, электродвигателями, освещением, передавать и принимать данные... Arduino - это целое семейство устройств разных размеров и возможностей. А также это целый зоопарк клонов Ардуино и мир ардуино-совместимых устройств. Но давайте обо всём по порядку.


"Мозг" Arduino


"Мозг" Arduino - это микроконтроллер семейства Atmega. Микроконтроллер представляет из себя микропроцессор с памятью и различными периферийными устройствами, реализованный на одной микросхеме. Фактически это однокристальный микрокомпьютер, который способен выполнять относительно простые задачи. Разные модели из семейства Arduino оснащены разными микроконтроллерами.


Atmega 328 - мозг Arduino UNO


На фото микроконтроллер Atmega328. Такие микроконтроллеры стоят на Arduino UNO и Arduino Nano (но в другом корпусе).


"Руки" Arduino


Но какой толк от мозга, если он не имеет рук? Руками в данном случае служат электрические выводы, размещённые по периметру платы Arduino. Есть платы с большим количеством выводов, есть с меньшим. Например, самая большая плата в семействе Ардуино - Arduino Mega - имеет более 70 независимых выводов, а самая маленькая - Arduino Pro Mini - всего 22 вывода.


Сравнение Arduino Mega и Arduino Pro Mini


На фотографии показаны в сравнении Arduino Mega и Arduino Pro Mini.


Цифровые и аналоговые выводы


Не все выводы у Arduino одинаковые. Есть выводы цифровые, а есть аналоговые. Принципиальная разница между ними в том, что на цифровых выводах может быть только два значения: либо логическая "1" (TRUE, от 3 до 5 вольт), либо логический "0" (FALSE, от 0 до 1,5 вольт), а на аналоговых выводах - диапазон от логической 1 до 0 разбит на множество мелких участков.


Зачем это нужно? Давайте рассмотрим такой наглядный пример. Если подключить к цифровому выводу Arduino светодиод и подать на вывод логическую "1", то светодиод загорится с максимальной яркостью; если подать "0" - светодиод погаснет. Никаких промежуточных вариантов нет. Если светодиод подключить к аналоговому выводу, то яркостью светодиода можно управлять плавно. На практике к аналоговым выводам чаще всего подключаются какие-либо аналоговые датчики. 


Чем может управлять Arduino


В итоге такое количество "рук" у Arduino позволяет подключать к нему огромное количество различных периферийных устройств. Среди них, например:



  • кнопки,

  • светодиоды,


  • микрофоны и динамики,

  • электродвигатели и сервоприводы,

  • ЖК дисплеи,

  • считыватели радиометок (RFID и NFC),

  • ультразвуковые и лазерные дальномеры,

  • bluetooth, WiFi и Ethernet модули,

  • считыватели SD карт,

  • GPS и GSM модули...


А также десятки различных датчиков:



  • освещённости,

  • магнитного поля,

  • гироскопы и акселерометры,

  • датчики дыма и состава воздуха,

  • температуры и влажности и многое, многое другое.


Разнообразные датчики, подключаемые к Arduino


Всё это превращает Arduino в универсальное ядро системы, которое может быть сконфигурировано совершенно разнообразными способами. Хотите сделать радиоуправляемую кормушку для питомца? Пожалуйста! Хотите чтобы при начале дождя у вас на лоджии закрывалось окно? Пожалуйста! Хотите управлять яркостью освещения в комнате со смартфона? Запросто!


На фотографии показана лишь крохотная часть периферийных устройств, которые можно подключить к Arduino. На самом деле их гораздо, гораздо больше.


Общение с Arduino 


Как же процессор узнаёт, что именно ему следует делать? Вы должны рассказать ему это. Существует язык для общения с микроконтроллером, упрощённый и адаптированный специально для Arduino. Освоить этот язык совсем не сложно при желании и определённой настойчивости, даже если вы никогда раньше не программировали. 


Написание сообщений для Arduino называется программирование. И для упрощения этого процесса разработана специальная программная среда - Arduino IDE. В её состав включены десятки примеров хороших, работающих программ. Изучив их, вы очень быстро многое узнаете о языке общения с Arduino.


Внешний вид Arduino IDE


Arduino позволит вашим программам выйти из виртуального мира в мир реальный. Вы сможете увидеть, как написанные вами программы заставляют мигать светодиод или вращать вал двигателя, а затем делать и более сложные и полезные вещи. Arduino позволит вам узнать много нового и интересного и в электронике, и в программировании. В итоге это может стать вам отличным хобби, увлекательным занятием с детьми, замечательным и полезным времяпровождением. 

Совет 2 : Какие нюансы есть в обучении программированию для детей

Программирование – увлекательный процесс. Теперь не обязательно вводить много строчек кода на английском языке, чтобы освоить азы и получить первый результат. Появляется всё больше сред разработки, которые помогут ребенку быстро и эффективно создать собственную программу.
Какие нюансы есть в обучении программированию  для детей

 

Какой язык выбрать: визуальный или текстовый?

Языки программирования для детей можно разделить на две категории: визуальные и текстовые. При выборе языка адекватно оценивайте возрастные особенности ребенка. Если это ученик начальной школы, то лучше выбрать визуальную среду разработки. Всё, что необходимо будет ребенку – это умение читать, перетаскивать иконки на рабочую поверхность. Если ребенок является учащимся средней школы, то можно переходить к текстовому языку. Большое внимание стоит уделить синтаксису, так как неверное написание функции может прервать работу программы.

Визуальная среда разработки Scratch

Программа является наиболее популярной среди школьников, так как имеет интуитивно понятный интерфейс. Каждая программа в Scratch – это отдельный проект. В создании проекта можно вводить своих собственных персонажей, выбирать время и место действия, создавать фоны. Обилие блоков позволяет выбрать нужные функции. При создании игры в Scratch можно запрограммировать героя на выполнение определенных действий, изменить его внешность, добавить звуковое сопровождение и обратную связь с пользователем. Данную среду хорошо использовать и в образовательных целях. Например, для урока химии вы можете создать модель атома водорода, а для урока биологии - симулятор собаки Павлова.

Текстовый язык программирования Python

Python подойдет для ребят пятого класса и старше. Для его изучения отлично подойдет книга Майкла Доусона «Программироуем на Python», где предлагается осваивать базовые понятия объектно-ориентированного программирования. Через примеры небольших программ, состоящих из двух или десяти строчек, ребенок привыкает к данной среде разработки, запоминает основные функции. Благодаря расширению pygame, изучив основные понятия языка, можно перейти к созданию настоящей игры для персонального компьютера. Следует отметить, что Python хорош не только для образовательных целей, его используют в NASA, Google и других крупных компаниях. 

Рекомендации

Важно понимать, что главной целью обучения программированию в  школьном возрасте является приобретение детьми универсальных навыков, которые помогут им в работе с любым языком программирования. К таким навыкам можно отнести логическое мышление, целеполагание и  планирование.

Видео по теме
Источники:
  • Выбор между визуальным и текстовым программированием для детей

Совет 3 : Как начать обучать ребёнка Arduino

Вы хотите, чтобы ваш ребёнок начал изучать электронику и программирование, но не знаете с чего начать? С какого возраста можно приступать к обучению? Спешу вас успокоить: даже в 5-7 лет не рано, если он умеет читать по-русски. Благо, сейчас существуют такие языки программирования, что код писать не обязательно, а программу ваш ребёнок будет складывать подобно паззлу. Я говорю о такой системе как “Scratch for Arduino”, которая совмещает в себе программирование и электронику. Это прекрасный инструмент, чтобы начать обучение вместе с ребёнком.
Как начать обучать ребёнка Arduino
Вам понадобится
  • - компьютер с Arduino IDE;
  • - подключение к интернет;
  • - плата Arduino;
  • - USB кабель для подключения Arduino к компьютеру.
Инструкция
1
Прежде всего, нужно установить программу “Scratch for Arduino” (сокращённо S4A) на ваш компьютер. Для этого переходите на сайт http://s4a.cat и идёте в раздел загрузок (Downloads). Скачиваете архив “S4A16.zip” (1.6 – это последняя версия на момент написания статьи). Распакуйте архив в любом месте на компьютере и запустите установочный файл. Следуйте указаниям мастера установки.
Установка программы "Scratch for Arduino"
2
Если в процессе установки программа сообщит, что не хватает компонента Adobe AIR, следует установить его тоже. Идите на страницу загрузки http://get.adobe.com/ru/air, скачивайте и устанавливайте, ничего сложного.
Теперь можно продолжить установку S4A. Завершите процесс установки как обычно.
Установка программы "Adobe AIR"
3
Прежде чем запускать программу “Scratch for Arduino”, нужно сделать ещё одно: загрузить с сайта, а затем в память Arduino фирменную прошивку от авторов программы “S4A”, которая называется “S4AFirmware16.ino”. Ссылка на скачивание http://vps34736.ovh.net/S4A/S4AFirmware16.ino. Загружать в память Arduino её придётся, к сожалению, из-под «взрослой» среды разработки Arduino IDE. Откройте скачанный файл в среде разработки и загрузите в память Arduino, как обычно.
4
Приготовления закончены, теперь, наконец, мы можем запустить программу “Scratch for Arduino”. После запуска вы увидите окно, показанное на иллюстрации. В правой части окна надпись «Поиск платы…». Через несколько секунд она должна исчезнуть – программа обнаружит плату Arduino и соединится с ней.
Интерфейс программы “Scratch for Arduino”
5
Если в течение 10 секунд надпись не пропадает, нажмите на серую панель, где идёт поиск, правой кнопкой мыши и выберите пункт «Остановить поиск платы». Далее нажмите ещё раз и щёлкните «Выбрать последовательный порт/USB порт». Укажите тот номер порта, который назначила операционная система плате Arduino (можно посмотреть в диспетчере устройств). Снова запустите поиск платы. Теперь она должна определиться программой. Об успехе будут свидетельствовать бегающие цифры в полях Analog0…Analog5 (наводки на аналоговых выводах Arduino) и исчезновение надписи «Поиск платы».
Теперь можно звать ребёнка и начинать программировать.
Давайте соберём из кусочков паззла простейшую программу, которая будет делать следующее: при нажатии левой кнопки мыши зажигать встроенный светодиод платы Arduino, а при отпускании – гасить.
Поиск платы Arduino в программе “Scratch for Arduino”
6
Нажмите кнопку «Контроль» в левой верхней части окна программы. Выберите паззл «Когда щёлкнут по зелёному флажку». Перетащите в центральное поле. Тут же выберите паззл «Всегда» и тоже перетащите в центральное поле. Соедините его с первым (выемки должны совпасть). Выберите паззл «Если…иначе» и вставьте внутрь блока «Всегда» (это позволит нашей программе срабатывать всегда при нажатии кнопки мыши).
Теперь нажмите кнопку «Движение» вверху слева. Перетащите «Цифровой 13 вкл» и «Цифровой 13 откл», вставьте первый из них в верхнюю выемку, второй – в нижнюю блока «Если…иначе» (13-ый цифровой вывод Arduino соединён со встроенным светодиодом, именно его мы и будем зажигать).
Осталось последнее: нажмите кнопку «Сенсоры», выберите паззл «Мышка нажата» и вставьте его в последнее оставшееся пустое место в нашем паззле.
Теперь жмите на зелёный флажок в верхнем правом углу – это запустит программу. Собранные паззлы должны подсветиться белым цветом.
Если теперь вы кликните мышкой, увидите, как зажигается светодиод на плате Arduino, а при отпускании – гаснет. Поздравьте ребёнка с его первой программой!
Создание первой программы в “Scratch for Arduino”
Полезный совет
Не бойтесь экспериментировать вместе с ребёнком. Попробуйте вместе придумывать и реализовывать разные алгоритмы. Вы можете взаимодействовать с разными датчиками, с электромоторами, можете управлять разными фигурками на экране с помощью Arduino. Для вдохновения вместе с ребёнком посмотрите примеры работ, выполненных юными программистами – многие из них выложены на сайтах проекта “S4A” и "Scratch".
Совет полезен?
Поиск
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500