Что такое Arduino? Большая история из Италии

В 2008 году Массимо Банци с партнерами основал в Соединенных Штатах компанию, которую сегодня знают все непрофессиональные поклонники схемотехники и профессионалы прототипирования – Arduino LLC. Что же такое Arduino? Это проект электронной платформы, отличающийся простотой аппаратной части, простым языком программирования и открытым исходным кодом.

Изначально платы Arduino проектировался для новичков в схемотехнике, которые заинтересованы в разработке собственных электронных устройств, каждое из которых может стать оригинальным стартапом.

Сегодня компания и ее конкуренты производят широкий выбор плат, среди которых можно выбрать простой микроконтроллер для создания своих первых прототипов и схемы, способные управлять мощными двигателями.

Проект Arduino был с восторгом встречен схемотехниками во всем мире, на базе микросхем с простым языком программирования было разработано немало прототипов электронных устройств. Долгое время платы Arduino выпускались только на одном заводе в Италии, принадлежащем компании Smart Pojects SRL.

Микроконтроллеры с лейбом «Сделано в Италии» всегда отличались надежностью и качеством. Массимо Банци и его коллектив трудились над разработкой новых плат и совершенствовали программную среду, а итальянцы выпускали «железо», перечисляя процент от продажи основателям бренда.

Конкуренция – двигатель прогресса и в США решили, что платы такие платы, как Arduino, должны выпускаться не только в Италии, но и в Юго-Восточной Азии. Это позволило бы сделать микроконтроллеры более дешевыми, доступными и максимально популярными. Это не понравилось итальянцам, которые перестали перечислять основателям Arduino деньги от продаж и объявили себя истинными хозяевами бренда. Ситуация усугубляется тем, что в Италии действительно производили с 2005 года платы Arduino, а американцы свой бренд Arduino LLC зарегистрировали лишь в 2009 году.

Сегодня баталия за право обладания торговой марки ведется не только в судах, но и в интернете, в интеллектуальной сфере и даже в интегрированной среде. Несмотря на это Arduino продолжает радовать схемотехников новыми решениями, а микроконтроллеры, разработанные в начале 2010-х годов уже давно стали эталоном.

Микроконтроллеры Arduino характеризуются минимальной обвязкой, в большинстве случаев состоящую из стабилизатора, цепочки сброса и резонатора. Выпускается несколько вариантов плат и шильды, предназначенные для расширения возможностей Arduino. Именно вариантивность при добавлении компонентов привлекает к этим платам схемотехников и является основным преимуществом Ардуино перед всеми остальными решениями.

Различные виды Arduino могут отличаться габаритами, унифицированным конструктивом, возможностью расширения в стопку. Некоторые платы специально разработаны для нужд робототехники. Популярность микроконтроллера стала причиной настоящего бума среди производителей датчиков, сервоприводов и других исполнительных устройств. Их изначально разрабатывают для применения в контруктиве Arduino.

В Arduino не зацикливаются на корпусном конструктиве: создатель прототипа должен сам решать, как будут устанавливаться платы в корпусе, какую механическую защиту они будут иметь. В помощь схемотехникам производятся соответствующие наборы, облегчающие создание довольно сложной робототехники.

Электронные устройства за последние полтора десятилетия существенно уменьшились в размерах. Неудивительно, что такой популярный продукт, как Arduino, затронула миниатюризация.

Клоны, отличающиеся компактными размерами, имеют прекрасную программную и архитектурную совместимость. Наиболее популярный продукт в этой среде производится под брендом Microduino. Линейка производимых устройств включает в себя:

• модули связи;
• модули с процессорами;
• широкий выбор исполнительных устройств;
• датчики.

Ассортимент миниатюрных клонов не уступает по своему разнообразию продукции Arduino. В Microduino  оригинально подошли к контруктиву, предложив не только собирающиеся в стопки платы на штыревых линейках, но и своеобразный аналог «Лего». Для этого они укомплектовали свои платы контактами с пружинами и надежной механической фиксацией.

У Microduino немало конкурентов, так Femtoduino предлагает схемотехникам самую маленькую Arduino-совместимую плату, размером 15х20 мм. Несмотря на такие габариты, она имеет не только стабилизатор напряжения, но и microUSB.

Другой бренд – IMUduino предлагает компактную, но максимально укомплектованную плату, размером 16х40 мм. Она не только поддерживает мышь и клавиатуру, но и широкий ассортимент популярных датчиков.

Одно из главных отличий микроконтроллера Arduino от конкурентов – наличие изначально прошитого загрузчика. Это позволяет схемотехнику отказаться от программаторов, с помощью которых производится загрузка кода. На плате есть USB порт, что делает работу с Arduino еще более простым.

Стоит отметить, что разработчики подстраховались и предложили возможность при необходимости прошивать загрузчик практически «на коленке». Это может понадобиться по целому ряду причин, начиная от поставки микроконтроллера без загрузчика и заканчивая его затертостью. В компании Arduino предусмотрели не только поддержку широко распространенных недорогих программаторов, но и внедрили в плату штыревые разъемы для программирования.

Компания Arduino предлагает микросхемы с различными микропроцессорами, наиболее популярными среди них являются следующие:

• AVR ATmega и АТTiny с частотой 8 и 16 МГц;
• ARM Cortex M;
• ESP8266 с поддержкой Wi-Fi;
• Intel x86.

Контроллеры с процессорами от Intel имеют собственную ОС Linux, с которой работает приложение, позволяющее исполнять простые программы, самостоятельно написанные для Arduino.

Различные микропроцессорные платы Arduino объединены тем, что их порты имеют вид штыревых линеек. Компания предлагает схемотехникам модели микропроцессоров, которые запитываются от напряжения 3,3А или 5В. Порты этих плат имеют соответствующий размах напряжения входа и выхода. В платах Arduino не предусмотрено никакой защиты, подтяжек или буферизации. Однако, схемотехникам доступны такие возможности, как ШИМ, АЦП, UART и другие интерфейсы.

Некоторые микроконтроллеры комплектуются Ethernet или USB, но наибольшие возможности предоставляют модули расширения.

Подключить к плате Arduino можно несколько модулей расширения, что позволяет существенно расширить функционал прототипируемого устройства.

Среди наиболее популярных моделей периферии следует выделить:

• модуль поддержки коллекторных и шаговых низковольтных электродвигателей;
• модуль макетного поля;
• беспроводные интерфейсы, в том числе модуль GSM;
• SD Card;
• Графический индикатор.

Расширяет сферу применения Arduino возможность подключить к микроконтроллеру различные по своей функциональности исполнительные устройства и высокочувствительные датчики.

Сегодня трудно себе представить мобильное электронное устройство без гироскопа, клавиатуры и целой сети индикаторов. Широкое применение находят термометры, манометры, компасы и другие модули.

Для Arduino разработана оригинальная программная оболочка, доступная всем желающим на официальном ресурсе производителя. В ее основе лежит проект Processing, написанный на интуитивно понятном языке Java.

Программная оболочка способна работать под всеми основными операционными системами. Она имеет не только компилятор и текстовый редактор, но и такие инструменты, как препроцессор, менеджер проектов.

В качестве языка программирования Arduino был выбран упрощенный вариант С++. С его помощью любой схемотехник способен написать свою первую программу, которая принесет практический результат. Не зря созданные программы называют скетчами – набросками. Они сохраняются с расширением .ino и перед трансляцией в низкоуровневый язык обязательно проходят обработку препроцессором.

У более квалифицированных программистов есть возможность опробовать в Arduino свои программы, написанные и сохраненные в стандартные файлы С++.

В текст программы для Arduino можно не вставлять заголовочные файлы, за них отвечает препроцессор платы, добавляющий файлы в соответствии с конфигурацией проекта. для библиотек в программной оболочке Arduino существует собственная папка, при программировании достаточно отметить нужные из них и они будут скомпилированы. Несложно заметить значительную роль компилятора Arduino, к его особенностям стоит отнести отсутствие настроек. Это делает работу с ним простой даже для новичков.

Две базовые функции программной оболочки Arduino – setup () и loop (). Первая из них вызывается в самом начале работы, вторая – постоянно. Сегодня существует множество примеров программ, написанных для Arduino. Это существенно облегчает поиск собственного пути в программировании и создание новых электронных устройств.

Все микроконтроллеры Arduino имеют запрограммированный загрузчик, позволяющий без излишних сложностей закачать написанную программу.  В его основе лежит Atmel AVR Application Note AN109, способный работать через такие популярный интерфейсы, как Ethernet, RS-232 и USB. Выбор интерфейса зависит от особенностей комплектации платы Arduino и состава периферии. Некоторые платы могут потребовать специальный переходник для работы с загрузчиком программ.

Для тех, кто освоил работу с программатором, Arduino предоставляет возможность самостоятельно программировать загрузчик. Для этого в программную оболочку внедрена поддержка, способная работать с несколькими типами популярных программаторов с доступной стоимостью.