Скачать 156.35 Kb.
|
Государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей Центр научно-технического творчества «Поволжский центр аэрокосмического образования» Электронная одежда. МикроЭВМ «Lily Pad».Цифровые выходы.Методические рекомендации АВТОР: Пигалицын Лев Васильевич Учитель методист Народный учитель РФ. г. Нижний Новгород 2014 год Данные методические рекомендации посвящены еще одному маленькому чуду - сердцу электронной одежды - микроЭВМ LilyPad, основанной на платформе «Ардуино». Появилось это чудо благодаря популярности «Arduino» во многих странах мира , и в течении нескольких лет получило очень большую популярность. Название этой платформы довольно экзотичное Lily pad - плавающий лист водяной лилии. LilyPad это набор электронных частей, призванных помочь вам построить мягкий интерактивный текстиль. Набор электронных модулей, в том числе малого программируемого компьютера под названием LilyPad Arduino-могут быть сшиты вместе проводящими нитями, чтобы создать интерактивную одежду и аксессуары. LilyPad собирает информацию об окружающей среде, используя входы, к которым подключаются световые и температурные датчики и может действовать на окружающую среду с выходами светодиодами, вибраторами, динамиками и т.д.. LilyPad был разработан Лии Buechley . Коммерческая версия комплекта был совместно разработан Лии и SparkFun электроники . Электронный мозг «LilyPad», спроектирован специально для использования в проектах «умной» одежды. Прошитые иголками с токопроводящими стальными нитками орнаменты с помощью «LilyPad» обрели «умные» функции. Каждой хозяйке захочется иметь дома скатерть, показывающую температуру еды или футболку, светящуюся в такт музыке», – вид текстиля, в котором применены цифровые технологии. Какой моднице не захочется покрасоваться в электронной одежде, буквально пронизанном светящимися узорами. «Сегодня для создания «умной» одежды дизайнеры используют ткани, в волокна которой вплетены микропроцессоры, электролюминесцентные частицы, светоизлучающие диоды (LED) и различные сенсоры. Примеры такой одежды мы все видели на открытии Олимпиады 2015 в Сочи. Так что же такое – электронная одежда ? В основу электронной одежды положена Е-ткань (известная также под термином «электронная ткань» или «умная ткань») — вид текстиля, содержащим электронику (включая небольшие компьютеры), и в котором применены цифровые технологии. Многие виды высокотехнологичной, умной одежды, а также технологии, которые применяются при её производстве, содержат электронную ткань. Такого рода технологии объединяются под общим термином Файбертроника (англ. fiber — волокна и electorincs — электроника). На рис. 1 представлен пример электронной одежды. «Электронная одежда" на основе Е – тканей от Philips и Levi's уже продается на прилавках европейских магазинов. Рис. 1.
Так что же такое «LilyPad» ? «LilyPad» — это небольшая круглая плата с собственным процессором и памятью. На плате также есть пара десятков контактов, к которым можно подключать всевозможные компоненты: светодиоды, электронные нити, фотодиоды, датчики температуры и влажности и многое, многое другое и вообще всё, что работает от электричества. Существует несколько разновидностей «LilyPad». Мы рассмотрим только те, которые у нас имеются «LilyPad Arduino» ( рис. 2) и «ProtoSnap LilyPad» ( рис.3). Для подключения к USB порту компьютера используется специальный переходник FTDI USB. Он изображен на рисунке 4. Рис.2 Рис.3. Рис. 4. Чаще всего «LilyPad» поставляется в мини-комплекте «ProtoSnap», представленном на рис. 5. Рис. 5. В центре находится сама «ProtoSnap LilyPad». Это круглый диск, в центре которого находится процессор с аналогово-цифровым преобразователем и контактами по периферии, а по краям расположены датчики. В комплект входят тонкие стальные нити для соединений платы и датчиков и швейная игла. Так что электронные схемы Вы будете не паять, а шить иголкой и тонкими, гибкими стальными нитями. Разберемся сначала с основной платой «ProtoSnap LilyPad» - рис 6. Как уже говорилось – она представляет круглый диск, в центре которого находится микропроцессор, электронное устройство которое является своеобразным мозгом данного устройства. В центре платы находится микропроцессор ( черный квадрат с большим количеством ножек), в который можно загрузить скетч (программу), аналогичный скетчу «Arduino», который будет управлять всеми подключенными устройствами по заданному алгоритму. Таким образом, можно создать бесконечное количество уникальных классных украшений и устройств, сделанных своими руками и по собственной задумке. Свою огромную популярность В процессор «LyliPad» можно загрузить скетч (программу), аналогичный скетчу «Arduino», который будет управлять всеми этими устройствами по заданному алгоритму. Таким образом, можно создать бесконечное количество уникальных классных украшений и устройств, сделанных своими руками и по собственной задумке. Рис. 6. В верхней части платы находится разъем « Контакты для FTDI USB», состоящий из 6 ножек, к которому подключается переходник FTPI USB. Он необходим для связи «LilyPad» с компьютером. Компьютер необходим для создания скетча ( программы) и загрузки ее на плату. Электрическое питание 5 В подается на плату от компьютера по этому же кабелю. Ниже расположены пины ( контакты) + и – ( Питание датчиков – GND и Питание датчиков + 5 В ) для вывода с платы напряжения 5 В. Слева находится мини разъем для подключения внешнего аккумулятора. Он необходим для питания электроэнергией платы, когда она работает в автономном режиме, т.е. когда она отключена от компьютера. Чуть правее и ниже разъема питания находится светодиод индикатора питания. Имейте ввиду, что он горит только тогда, когда плата подключена к входу USB компьютера. Когда плата подключена к аккумулятору – он не горит. Это нужно для экономии питания аккумулятора и для того чтобы не отвлекать окружающих от основных элементов электронной одежды, так ка плата пришивается стальными токопроводящими нитками к самой электронной одежде. Рядом с ним находится выключатель питания аккумулятора. Он необходим для включения и выключения элементов электронной одежды. Внизу справа находится тестовый светодиод для Pin № 13. О нем поговорим позже. Остальные пины ( контакты предназначены для подключения цифровых ( пины 5 -11) и аналоговых ( пины А2 – А5 ) датчиков. Электрические датчики к «LilyPad ProtoSnap». Что такое электрический датчик ? Электрический датчик - устройство, преобразующее измеряемую величину (давление, температуру, напряжение) в электрический сигнал для последующей передачи, обработке, регистрации и т.п. Рассмотрим датчики, входящие «ProtoSnap LilyPad». Их не так много, но они позволяют провести интересные эксперименты с «ProtoSnap LilyPad». Ниже представлены эти датчики ( рис. 7 – 9).
Рис. 7 – 8.
Теперь выясним, как устроена плата «LilyPad Arduino» ( рис. 10 ). Рис. 10. Вы видите, что эта плата устроена аналогично той, которая описана выше. Отличия заключаются в том, что в ней отсутствуют гнезда для включения аккумулятора и выключатель аккумулятора. Но зато на ней гораздо больше пинов ( контактов) для подключения внешних датчиков. Их количество полностью соответствует микроЭВМ «Arduino» : 14 – цифровых ( 0 -13), работающих на вход и выход и 6 – аналоговых ( а0 – а5), работающих только на вход. Так что ей можно пользоваться как «Arduino».
Микроконтроллер ATmega168V или ATmega328V Количество Pin ( контактов) для датчиков : «LilyPad Arduino» - цифровых 14, аналоговых 6 «ProtoSnap LilyPad» - цифровых 5 , аналоговых 4 Рабочее напряжение 2,7-5,5 В Входное напряжение 2,7-5,5 В Цифровые Входы/Выходы 14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ) Аналоговые входы 6 Постоянный ток через вход/выход 40 мА Флеш-память 16 Кб (2 используются для загрузчика) ОЗУ 1 Кб Энергонезависимая память 512 байт Тактовая частота 8 МГц
Так как «LilyPad Arduino» и «ProtoSnap LilyPad» созданы на базе микроЭВМ «Arduino», то программное обеспечение для «LilyPad» полностью совпадает с программным обеспечением «Aduino». Чтобы начать работать с «LilyPad» сначала необходимо установить в компьютер драйвер этого устройства. Драйвер это небольшая программа, которая позволяет компьютеру определить какое устройство к нему подключено. Кроме того в драйвере находится инструкция для компьютера как работать с данным устройством. Теперь вопрос – а где взять драйвер ? А вот где – в программе, которая так и называется – «Arduino». Зайдите в любую поисковую систему и введите : «Скачать программу «Arduino». В окне поисковика Вам будет предложено много сайтов с которых можно скачать эту программу. Скачайте последнюю версию «Arduino 1.0.6». В разделе «Загрузка» появится файл архива «Arduino-1.0.6-windows.zip», распакуйте его и нажмите на получившуюся папку левой кнопкой мышки. Начнется инсталляция «Arduino». Во время инсталляции соглашайтесь со всем, что Вам предлагает программа инсталляции. По окончании инсталляции перезагрузите компьютер – на рабочем столе монитора компьютера появится иконка программной среды «Arduino IDE» (рис.11). Рис. 11. Подключите к «LilyP» плату FTDI USB. С помощью кабеля подключите эту плату к USB порту компьютера ( рис. 12). После подключения платы «LilyPad» к компьютеру – ей будет присвоен номер виртуального COM порта. Через этот виртуальный порт будет возможен обмен информацией с модулем «LilyPad». Как же узнать номер виртуального СОМ порта, с которым будет работать Ваша «LilyPad» ? Об этом мы узнаем чуть позднее. Рис. 12. Перезагружаем компьютер и запускаем программу «Arduino». Для этого кликаем левой кнопкой мышки по иконке «Arduino» и на экране монитора появляется среда программирования «Arduino IDE» ( рис. 13.). Рис. 13. Вы видите, что в этой среде есть несколько меню : Файл, Правка, Скетч, Сервис и Правка. Все меню Вам знакомы по программам, которыми Вы пользуетесь, за исключением меню «Скетч». Не пугайтесь слова «Скетч» – это просто другое название программы для этой среды. Теперь разберемся с кнопками среды «Arduino IDE» ( рис.14). Рис. 14. 1. Наведите курсор на кнопку 1 – появится надпись – проверить. 2. Наведите курсор на кнопку 2 – появится надпись – загрузить. 3. Наведите курсор на кнопку 2 – появится надпись – создать. 4. Наведите курсор на кнопку 2 – появится надпись – открыть. 5. Наведите курсор на кнопку 2 – появится надпись – сохранить. 6. Наведите курсор на кнопку 2 – появится надпись – монитор порта. Всеми этим кнопками мы будем пользоваться в процессе работы с «Arduino». Продолжаем работать дальше. Программа «Arduino IDE» может работать с разными устройствами «Arduino» и «LilyPad». Установим в программу нашу плату «LilyPad Arduino w/ ATmega328». Для этого войдем в меню «Сервис» и откроем подменю «Плата» ( рис.15). В левой части подменю «Плата» появится список устройств «Arduino», с которыми работает программа. Выберем нашу плату «LilyPad Arduino w/ ATmega328», поставив около нее точку. Рис. 15. Вам уже известно, что «LilyPad» будет работать с компьютером с помощью виртуального СОМ порта ( реальный СОМ порт у современных компьютеров отсутствует). Для того чтобы подключить нашу «LilyPad» к установленному СОМ порту в меню «Сервис» откроем подменю «Последовательный порт» (рис. 16). Рис. 16. В подменю появится несколько COМ портов = выберите наибольший – в нашем случае СОМ 4. Вот и прошла вся установка. Во время следующего сеанса работы с «Arduino IDE» надо будет только щелкнуть по иконке и проверить соответствие платы и СОМ порта. 6. Первая программа. Скетч для «Arduino IDE», его строение и выполнение. Практически во всех языках программирования текстовый перечень инструкций для компьютера называется программой. А вот в «Arduino» они называются не программами, а скетчами. Они пишутся на языке «Wiring», который является упрощенным вариантом языка С++. Вы не знаете С плюс-плюс ? И я не знаю, поэтому будем учиться вместе. Главное, имейте в виду, что все это несложно и абсолютно доступно любому «чайнику». Скетчи для «Arduino» могут быть простыми и сложными. Но в каждом скетче обязательно должны присутствовать две основных функции: setup() и loop(). Функция setup() вызывается один раз, после каждого включения питания или сброса платы «Arduino». В ней инициализируются переменные, устанавливается режимы работы портов и т.д. Функция loop() – это функция бесконечного цикла – она последовательно раз за разом исполняет команды, которые описаны в ее теле. Т.е. после завершения функции снова произойдет ее вызов и все повторяется сначала.. Познакомимся с «мини-шаблоном» для любого скетча. 1. Раздел описаний ( может и не отсутствовать. Назначения «ножек» и описания переменных. 2. Раздел загрузки. Настройка портов ввода и вывода в фигурных скобках { } в функции «void setup()». 3. Бесконечный цикл. Написание последовательности команд в фигурных скобках { } в функции «void loop(). Внимание !!! В дальнейшем, все Ваши скетчи ( программы) будут состоять из этих трех блоков. Не забудьте после каждой строки ставить точку с запятой. Теперь можно начинать создавать настоящий работающий скетч, но предварительно давайте познакомимся с уровнями сигналов, с которыми работают порты «Arduino» и настройкой цифровых портов на вход и выход. На всех портах во время работы «LilyPad» уровень сигналов будет изменяться. Выясним в каких пределах они будут изменяться. Уровни сигналов цифровых портов ( HIGH и LOW) и аналоговых портов. При чтении или записи к цифровому порту применимо только два возможных значения : порт может быть установлен как HIGH (высокий уровень, напряжение на нем 5В ) или LOW (низкий уровень, напряжение 0 В.). Это делается с помощью функции - digitalWrite() - она устанавливает на цифровом пине ( контакте) высокий ( 5 вольт) или низкий ( 0 вольт) уровень напряжения. digitalWrite(13, HIGH); // Уровень HIGH соответствует 5 вольтам на выходе порта. digitalWrite(13, LOW); // Уровень LOW соответствует 0 вольтам на выходе порта. Настройка цифровых портов на ввод (INPUT) и вывод (OUTPUT) сигналов Цифровые порты могут использоваться на ввод или вывод сигналов. Изменение порта с ввода на вывод производится при помощи функции pinMode(). Пример: pinMode(13, OUTPUT); //13й вывод будет выходом pinMode(12, INPUT); //а 12й – входом На аналоговых входах напряжение может изменяться от 0 В до 5 В. Работаем с первым скетчем. Первый скетч позволит управлять зажиганием и гашением светодиода. Светодиод это полупроводниковый прибор, который начинает светиться при подаче на него напряжения от 2 до 3 В. В загруженной среде «Arduino» есть довольно много примеров, поэтому первую программу мы возьмем готовую. Называется она «Blink» ( мигать ). Она создана для тестирования «LyliPad». К пину ( ножке) цифрового входа/выхода № 13 на плате «LyliPad» вставлен светодиод ( рис. 10.). Рис. 11. Для загрузки примера скетча для примера откроем файл «Blink». Для этого откроем путь к этому файлу : Файл > Примеры > 01.Basics > Blink ( рис. 11). Наведем курсор на Blink, щелкаем левой кнопкой мышки и скетч будет загружен в среду программирования «Arduino IDE». В этом скетче очень много комментариев. Их можно не писать. Программа их не выполняет. Мои комментарии написаны обычным текстом. Вначале могут идти комментарии. Многострочные комментарии начинаются /* Комментарии на английском языке : /*Blink. Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly. Most Arduinos have an on-board LED you can control. On the Uno and Leonardo, it is attached to digital pin 13. If you're unsure what pin the on-board LED is connected to on your Arduino model, check the documentation at http://arduino.cc This example code is in the public domain. modified 8 May 2014 by Scott Fitzgerald */ Заканчивается многострочный комментарий значком */. Раздела описаний в этом скетче нет. Однострочный комментарий обозначается только в начале двумя правыми слэшами // the setup function runs once when you press reset or power the board Раздел загрузки. void setup() { // initialize digital pin 13 as an output. pinMode(13, OUTPUT); } Однострочный комментарий обозначается двумя правыми слешами. // the loop function runs over and over again forever Бесконечный цикл. void loop() { digitalWrite(13, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(1000); // wait for a second digitalWrite(13, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW delay(1000); // wait for a second } Если убрать комментарии, то остается вот такой небольшой скетч с моим объяснением каждой строки. void setup() // Раздел загрузки. { // Раздел загрузки начинается открытой фигурной скобкой pinMode(13, OUTPUT); // Пину № 13 присвается режим выхода OUTPUT } // Раздел загрузки закрывается закрытой фигурной скобкой void loop() // Бесконечный цикл. { // Раздел бесконечного цикла начинается открытой фигурной скобкой digitalWrite(13, HIGH); // На пин № 13 выводится 5 В, светодиод горит delay(1000); // задержка 1 секунда digitalWrite(13, LOW); // На пин № 13 выводится 0 В, светодиод не горит delay(1000); // задержка 1 секунда } // Раздел бесконечного цикла закрывается закрытой фигурной скобкой В среде «Arduino IDE» нажимаем на кнопку «Проверить». Внизу среды появится надпись : «Компилирование» и прогрессивная шкала. Если в скетче нет ошибок, то после компилирования появится надпись «Компилирование выполнено». Если есть ошибка, компилирование прекращается – ищем ошибку и компилируем сначала. Затем нажимаем на кнопку «Загрузка». Скомпилированный скетч загружается на плату «Arduino»/ Если мы посмотрим на светодиод, расположенный на плате, то но будет гореть 1 секунду и не гореть 1 секунду. ( смотрите на светодиод у пина 13 на плате). Изменяя значения времени в операторе задержки (delay) можно менять время горения и не горения. Впроцессор «LyliPad» можно загрузить скетч (программу), аналогичный скетчу «Arduino», который будет управлять всеми этими устройствами по заданному алгоритму. Таким образом, можно создать бесконечное количество уникальных классных украшений и устройств, сделанных своими руками и по собственной задумке. Свою огромную популярность «LyliPad» приобрела благодаря простоте и дружелюбности. Даже полный ноль в программировании и схемотехнике может освоить основы работы с «LyliPad» за пару часов. То с чем Вы познакомились вполне достаточно для изготовления простейшей электронной одежды. Пример 1. Вы познакомились с миганием тестового светодиода. А как это будет выглядеть с внешним светодиодом ? Для этого соберем простейшую схему ( рис. 12). Она состоит из платы «LyliPad», светодиода и стальных нитей, которые входят в комплект «LyliPad». Пришьем минус светодиода ( - ) к контакту минус платы, а плюс светодиода к пятому контакту ( pin 5 ) платы. Рис. 12. Немного изменим скетч : void setup() . { pinMode(5, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(5, HIGH); delay(1000); digitalWrite(5, LOW); delay(1000); } Вы наверняка заметили, что в скетче мы pin 13 заменили на pin 5. Поместив этот скетч в программную среду «Arduino IDE», скомпилируем его, и загрузим на плату «LyliPad». Результатом работы этого скетча будет мигание светодиода. Пример 2. Подключим к плате «LyliPad» 5 светодидов к пинам 5, 6, 7, 10, 11 ( см. рис. 13 ). Добавим новые пины в раздел описаний и в бесконечный цикл. void setup() . { pinMode(5, OUTPUT); pinMode(6, OUTPUT); pinMode(7, OUTPUT); pinMode(10, OUTPUT); pinMode(11, OUTPUT); Рис. 13. } void loop() { digitalWrite(5, HIGH); delay(1000); digitalWrite(5, LOW); delay(1000); digitalWrite(6, HIGH); delay(1000); digitalWrite(6, LOW); delay(1000); digitalWrite(7, HIGH); delay(1000); digitalWrite(7, LOW); delay(1000); digitalWrite(10, HIGH); delay(1000); digitalWrite(10, LOW); delay(1000); digitalWrite(11, HIGH); delay(1000); digitalWrite(11, LOW); delay(1000); } Поместив этот скетч в программную среду «Arduino IDE», скомпилируем его и загрузим на плату «LyliPad». Результатом работы этого скетча будет поочередное зажигание и гашение светодиодов. Изменяя время задержки и последовательность включения светодиодов, можно сделать «бегущие» огни – разбегающиеся, сбегающиеся и т д. К цифровым пинам можно подключить для работы на выход – пьезоизлучатель, который будет проигрывать любимую мелодию, вибратор, сигнализирующем о каком либо событии, мини вентилятор и т.д. Теперь все это можно поместить на ткань. На ткань наносится придуманный Вами рисунок и пришиваются плата «LyliPad» и необходимые датчики. Затем пишется скетч, компилируется и загружается на плату. Теперь можно посмотреть Ваш проект в действии. В качестве примера познакомьтесь с работой девочек «Кошка» ( рис. 14). . Эта первая работа на «LyliPad». В центре находится плата «LyliPad Arduino», а три светодиода образуют глаза и носик. У кошки попеременно светятся, то глаза, то носик. Рис. 14. Скетч программы очень простой – это модернизированная программа «Blink». Имейте в виду, что электронная схема, собранная на ткани не боится стирки. Так что всю электронную одежду можно периодически стирать. Таким образом, можно сделать различные электронные украшения для Вашей повседневной или концертной одежды. О более серьезном применении цифровых и аналоговых датчиков к «LyliPad» Вы познакомитесь в следующей методичке. |
Методические рекомендации для педагогов Начнем с ситуаций, когда учитель просто не имеет права раздумывать, должен ли он что-то делать. В соответствии с современным законодательством... |
Гончар Елена Леонидовна учитель физики, учитель высшей категории,... Ключевые слова: энергосбережение, окружающая среда, энергетика, электроприборы, источники энергии, техника безопасности |
||
Методические рекомендации по выполнению выпускной квалификационной работы Выполнение выпускных квалификационных работ в Технологическом колледже: Методические рекомендации – г. Великий Новгород., Огапоу... |
Методические рекомендации по организации внеурочной деятельности в образовательном учреждении Мячина Л. В., учитель русского языка и литературы моу сош №23 г. Комсомольска-на-Амуре |
||
Методические рекомендации по первичной профилактике пав в образовательном... Методические рекомендации затрагивают основные вопросы, касающиеся профилактики пав в образовательной среде, а также иммунохроматографического... |
Методические материалы (Дополнительно ознакомиться с материалами... Данные Методические рекомендации разработаны с целью разъяснения отдельных ситуаций, возникающих при заполнении справок о доходах,... |
||
Методические рекомендации организация работы стационара для нетранспортабельных... Приволжский региональный центр по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий |
Методические рекомендации по организации и реализации карантинных... Комитетом государственного ветеринарного надзора Нижегородской области и предназначены для государственных ветеринарных служб, задействованных... |
||
Методическое пособие Холодов А. Ю. учитель технологии Нижний Новгород В, использующихся в мастерских с присвоением квалификационной группы не ниже третьей |
Гбпоу рм «Саранский государственный промышленно-экономический колледж»... Учитель-методист занимается продвижением в систему новых педагогических практик, а учитель-исследователь исследует эффекты внутри... |
||
Количество часов Контроль качества лекарственных средств, изготовляемых в аптеках. Методические рекомендации к лабораторным занятиям по фармацевтической... |
Диплом лауреата II степени Н. А. Селиванова, учитель-сурдопедагог... Методические рекомендации |
||
Годовойотче т открытого акционерного общества «международный аэропорт... Совет директоров ОАО «Международный аэропорт Нижний Новгород» представляет годовой отчет о деятельности Открытого акционерного общества... |
Методические рекомендации «По организации специальной обработки,... Рекомендации распространяются на существующие объекты радиационной, химической и биологической защиты: санитарно-обмывочные пункты... |
||
Методические рекомендации «По организации специальной обработки,... Рекомендации распространяются на существующие объекты радиационной, химической и биологической защиты: санитарно-обмывочные пункты... |
Методические рекомендации для студентов по подготовке к практическим... Методические рекомендации предназначены для студентов и составлены на основе программы профессионального модуля «Организация и управление... |
Поиск |