Многофункциональный шилд ардуино. Arduino Shields – платы расширения для ардуино Что такое Shield-плата

01 02.2017

Шильды Arduino пестрят своим разнообразием и функционалом. Дополнительные платы расширяют возможности основного контроллера. Эти платы позволяют обеспечить функции, которые нужны для определённых задач в конкретных проектах. На рынке их навалом. Давайте рассмотрим наиболее популярные и интересные модули для практических применений в разработке устройств.

Из этой статьи вы узнаете:

Приветствую уважаемый посетитель! Меня зовут Гридин Семён, я являюсь автором блога kip-world, обо мне вы можете почитать . Рынок пестрит разнообразием различных плат, в том числе и клонов. Сегодня в этой статье я выделил модули, которые по-моему мнению основные и представляют наибольший интерес. Их основные функции и работу с ними я опишу в следующих сериях статей. Я относительно поделил шильды на несколько групп:

Коммуникационные;
Силовые;
Датчики-сенсоры;
Модемы;
Специальные.

Коммуникационные модули позволяют обеспечивать различные способы связи между девайсами, как проводной, так и беспроводной. Платы расширяют функционал в частности и систему в целом. В эту группу входят различные WI-FI, Ethernet, различные интерфейсы, создающую гибкость системы.

Силовые модули — драйверы двигателей, драйверы для шаговиков, сервоприводы. Релейные и транзисторные шильды тоже можно отнести к силовым.

Видеть, слышать и чувствовать система может только через датчики . Их достаточно много. Среди большого числа датчиков существует и экзотика — датчик дыма, датчик влажности почвы, инфракрасный датчик. И, благодаря создателям Ардуино, цена очень демократичная. Так как я работаю в сфере автоматизации, эти же датчики будут стоить в 200-300 раз дороже.

К группе модемов я отнес GPRS-модемы. Работают они с GSM связью. Модули выполняют совершенно специфическую функцию — сбор данных, отправка СМС, приём звонков.

В категорию специальных попадают те, которые сложно определить к какой-либо группе. Разработчики выпускают кучу всяких переходников, пультов, сенсорных панелей, ЖК-индикаторов. Специальный ключ RFID тоже можно отнести в эту группу.

Если чего-то не хватает в списке, пишите в комментариях, я буду дополнять. Для тех, кто впервые связывается с Ардуино предлагаю прочитать про . А сейчас я расскажу о 5 модулях, с которыми мне хотелось бы ознакомиться в первую очередь, и предлагаю их вам!!

Интернет-модуль Ethernet shield W5100

На первое, что обращу внимание это Ethernet shield W5100. Модуль интернет-адаптера для отображения так называемой «визуализации» в браузере. Идеально подходит для системы «умного дома», метеостанции, диспетчеризации (если необходимо следить за физическими параметрами). Существует возможность использования в облачных технологиях .

Описание модуля:

Поддержка протокола TCP/IP
Слот для карты памяти microSD
Уровень напряжения 3.3/5 В
Совместима с платами Arduino UNO и MEGA
Уровни системы: UDP, TCP, IPv4, ARP, MAC

GPRS-модем GSM shield SIM900

Следующая в списке плата расширения GSM shield SIM900.Если устройство находится далеко от вас и требуется беспроводная связь, то технология GSM связи для вас. Есть возможность отправлять SMS в случае аварии или какого-нибудь события. Можно применить например в теплице для периодического контроля температуры и влажности.

Характеристики платы расширения:

Сборка на основе микросхемы SIM900
Рабочая частота GSM 850/900/1800/1900 МГц
Управление с помощью AT-команд
встроенный протокол TCP / UDP
возможность подключения динамика и наушников, есть возможность отправлять сигналы DTMF и проигрывать записи как на автоответчике
держатель SIM-карты и GSM антенны
12 выводов GPIO (General Purpose Input/Output), 2 ШИМ (широтно-импульсная модуляция) и АЦП (аналогово-цифровой преобразователь)

Есть и дорогие аналоги для более серьёзных и надёжных систем. Совсем недавно я написал программу для взаимодействия GPRS модема ПМ-01 и ПЛК100. В случае возникновения аварии устройство отправляет смс на номер получателя.

WI-FI модуль ESP8266

Еще один способ передачи информации по беспроводной связи, это передача по WI-FI. Для такого случая есть небольшой модуль WI-FI ESP8266.Способ подключения и принцип действия мы рассмотрим позже. Выглядит она таким образом.

Описание модуля:

Беспроводной интерфейс: Wi-Fi 802.11 b/g/n 2,4 ГГц
Режимы: P2P (клиент), soft-AP (точка доступа)
Максимальная выходная мощность: 19,5 дБ·мВт (89 мВт)
Номинальное напряжение: 3,3 В
Портов ввода-вывода свободного назначения: 2
Частота процессора: 80 МГц

Драйвер двигателей L293D

Для управления различных машинок и танчиков на двигателях постоянного тока в основном применяется драйвер двигателей L293D.Существует несколько вариаций подключения — и для шаговых двигателей, и для сервоприводов. Всё зависит от программы, которую вы напишите. Напишите в комментариях, как вы используете данный драйвер? В ближайшее время хочу приобрести данный девайс, очень интересно собрать робота на колёсах. Да, кстати вот он сам:

Его характеристики:

Cовместим с Arduino Mega 1280 и 2560, UNO, Duemilanove, Diecimila
4-х канальное управление
питание моторов от 4.5В до 36В
допустимый ток нагрузки 600мА на канал, пиковый ток - 1.2A
защита от перегрева
2 интерфейса с точным таймером Arduino (не будет «дрожания») для подключения сервомоторов на напряжение 5В, если напряжение питания нужно повыше, то подключение по питанию нужно переделать как описано ниже
возможно одновременно управлять 4 двунаправленными DC коллекторными моторами или 2 шаговыми, и 2 сервомоторами
разъем для подключения внешнего источника для раздельного питания управляющей логики и моторов

Модуль интерфейса RS-485

Для меня лично интересна ещё вот такая штука — RS485 Shield. Почему? Интерфейс RS-485 является промышленной витой парой для соединения различных промышленных модулей. Шина работает с протоколом ModBUS RTU и ModBUS ASCII. Просто интересно, как будут взаимодействовать Arduino с остальными устройствами по интерфейсу.

Характеристики модуля:

Питание 5.0 В
16 цифровой порт ввода-вывода (в том числе интерфейс I2C)
6 аналоговых I/O портов
Переключатель в режима программирования
Автоматический / ручной переключатель режима трансивера
Стандартный интерфейс RS485, мини-интерфейс RS485 (PH2.0) и выводы RS485

Ну, на этом всё, с этими модулями мне бы хотелось поработать больше всего. А что можете предложить вы? Что можно добавить в список? Пишите в комментах...

В следующей статье я расскажу как можно подключить к Ардуино, не пропустите будет интересно... Подпишитесь на обновления!

С уважением, Гридин Семён.

Если вы стали счастливым обладателем Arduino, вы наверняка слышали про платы расширения - так называемые шилды (Arduino shield), с помощью которых можете очень быстро расширить функциональные возможности вашего Arduino.

Как правило, большинство шилдов изготавливается под конкретный форм-фактор платы. В большинстве случаев - это микроконтроллеры Arduino Uno. Идея шилдов состоит в том, что вы покупаете отдельный модуль, который "садится" сверху на ваш микроконтроллер. Можно использовать несколько шилдов одновременно, устанавливая их один на другой. В результате вы получить многофункциональный "пирог" Arduino.

Официальный шилд от создателей Arduino. - это отличный вариант, чтобы обеспечить независимость вашего проекта от вашего персонального компьютера, так как он дает возможность наладить связь Arduino с интернет. Интересная особенность данного шилда - наличие на нем слота для MicroSD карты. Так что если в вашем проекте обрабатывается большой объем информации, например - mp3 файлы или видео; или вам надо хранить большие массивы данных для таких проектов как, например, светодиодный куб, хранить данные вы можете именно на SD карте.

Можно обеспечить работу хостинга для веб-сервера с использованием Ethernet шилда.

Перед тем как вы кинулись покупать Ethernet Shield, предупреждаю из личного опыта: Ethernet шилды зависимы от версий. Сначала я купил шилд v3 т оказалось, он не подходить к моему Arduino Uno v2, так как на версии платы v3 добавлено два пина. Кстати, Ethernet Shield стоит дороже чем сам контроллер Arduino, так что пришлось купить новую Arduino, а старую версию оставить для других проектов.

Так что проверяйте версию вашей платы и Ethernet шилда, который вы собираетесь покупать.

Реле - основой узел многих устройств для домашней (и на только домашней) автоматизации. Реле используются в проетах Arduino , в которых необходимо подключения электрических цепей с большим питания. Если вы когда-то подключали реле, вы знаете, что для его работы необходима дополнительная обвязка: транзистор, диод и т.п. Если вам для проекта надо несколько реле, то монтажная плата (bredboard) очень быстро обрастет кучей проводников и контактов, в которых разобраться будет очень сложно.

4 Relay Shield (шилд на 4 реле) предоставляет вам все необходимые контакты для подключения 4-х периферийных устройств. Каждое реле дает возможность подключать оборудование которое работает с силой тока до 3 ампер. Конечно, можно использовать реле шилд и для маломощных электрических цепей. В таком формате их часто используют для замены переключателей.

Предупреждение: будьте осторожны с контактами реле-шилда. В случае их случайного замыкания или неправильного подключения внешней нагрузки, вы можете повредить вашу Arduino.

Protoshield (протошилд) сам по себе ничего не делает. Потому он такой плоский;). Очень полезный шилд. После того как вы создали свой прототип с использованием монтажной платы и кучи проводов, стоит подумать о его презентабельности и удобстве. В этот момент вам пригодится протошилд. Вы собираете всю схему на нем и садите его сверху на вашу Arduino как любой другой шилд. То есть - это отличный вариант для создания собственного шилда!

LCD Shield

Зачем вам LCD Shield? Все просто: выводить информацию с Arduino не на персональный компьютер с использованием серийного монитора, а напрямую на периферийный экран! Это реально классно! Но! При использовании внешних экранов, вам обычно требуется 7 и более контактов с Arduino. Это очень ограничивает возможности дальнейшего подключения периферийных устройств. В этом LCD шилде используется протокол передачи данных I2C, то есть для его подключения задействуются лишь 2 пина! Кроме того, параллельно к этим же контактам можно подключить другое оборудование, работающее по тому же протоколу передачи данных.

В добавок к экрану, на LCD шилде установлено 4 "управляющие" кнопки и кнопка "select" (выбор). Благодаря этому у вас появляется дополнительный интерактивный интерфейс и непосредственного подключения к ПК при работе с шилдом можно избежать. Если монохромный дисплей вас не впечатляет, вы можете спокойно апгрейдить шилд, установив 1.8 inch TFT 18-bit color screen.

Вот на этом этапе вы должны понять, что не все шилды 100% совместимы друг с другом. Некоторые из них надо устанавливать сверху вашего Arduino "пирога". Именно к таким шилдам относится LCD шилд.

Energy shield расширяет ваши возможности с точки зрения обеспечения питания проектов на Arduino. Шилд позволяет подключать различные источники питания и обеспечивать их работу с Arduino. Одна из самых ярких сфер применения - обеспечение подзарядки мобильных телефонов и гаджетов.

Обеспечивает возможность управления множеством моторов с использованием Arduino. На шилде установлены все необходимые регуляторы, переключатели, предохранители. В общем, на motor шилде есть все для обеспечения простого управления двигателями и для их защиты.

Во многих проектах необходимо обрабатывать большие массивы информации, для хранения которой недостаточно встроенной в Arduino памяти. Именно в этом случае вам может понадобится SD Card Shield. Он совместим с картами памяти форматов SD, SDHCи MicroSD. Sd Card шилд использует простой SPI интерфейс для подключения и передачи данных.

Этот шилд предоставляет вам действительно огромные возможности, позволяя настроить передачу данных от Arduino с использованием WiFi технологий. Уверен, вы найдете ему достойное применение. Начиная от дистанционного управления вашими приводами в роботизированных проектах и заканчивая передачей данных с датчиков и сенсоров о состоянии того или иного объекта в режиме реального времени. WiFi шилд подключается к серийному порту.

GPRS Shield дает Arduino возможность использовать сети GSM/GPRS, которые используются для мобильных телефонов. В результате вы можете делать и принимать звонки и текстовые сообщения! Как правило, GPRS шилды оснащаются антеннами.

E-Ink shield - очень интересная разработка, которая использует технологию электронных чернил (та же технология используется в электронных книгах). Основное преимущество E-Ink шилда - вы получаете дисплей, который требует минимум энергии для питания и предоставляет отличный формат для отображения и чтения текста. Подобные шилды могут отобразить текст даже без использования внешнего питания!

Music Shield дает вам возможность воспроизводить музыку в отличном качестве чрез Arduino. Шилд поддерживает широкий диапазон музыкальных форматов для воспроизведения. Естественно, в Music шилде предусмотрен слот для SD карты. Так что вы без проблем сможете загрузить вашу медиатеку без использования дополнительного SD шилда.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!

Мигать светодиодом и тому подобное — это конечно здорово, но захотелось сделать что-нибудь действительно более-менее стоящее, что можно применить в быту. Наверное самое простое — включать и выключать мощные потребители тока — лампочки, ве нтиляторы, насосы, магнитофоны и т.п. Для этого нам и поможет Реле-Shield. Существуют готовые решения, куча схем в инете. Но приятней сделать своими руками.

Вот. Теперь можно приступать к запайке компонентов. Первым делом перемычки и мелкие элементы (резисторы, диодная сборка, транзисторы).

Самое хлопотное — запайка штырьков-коннекторов.... Но, как-то справился:) Значит и вы сможете. Главное, что бы не было "соплей", "коротышей" и "непропая" :)
Вот несколько фото готового изделия. Скажем так, не выставочный вариант, но все же...
Кстати, снизу видны SMD диоды, стоящие параллельно обмоткам реле. Трансформатор закреплен двумя проволочками.

И заливаем тестовый скейтч:

/*
Test Home made rele Shield (Ghost D. 2012)
Используем цифровые выводы № 7 и №8
*/

void setup() {
//
pinMode(7, OUTPUT);
pinMode(8, OUTPUT);
}

void loop() {
digitalWrite(7, HIGH); // Включаем первое реле
delay(2000); // ждем
digitalWrite(8, HIGH); //Включаем второе реле
delay(2000);
digitalWrite(8, LOW); // Выключаем второе реле
delay(2000);
digitalWrite(7, LOW); // выключаем первое реле
delay(2000); //
}

Наш новый шилд щелкает релюшками. Вуаля!!!

P.S. В моем варианте, в ходе тестирования, достаточно сильно греется трансформатор. То ли на БП (откуда я его выковырял) неверно была указана информация (типа 300 мА), то ли с ним какая-то неприятность...

Как правило, знакомство с аппаратной платформой Arduino начинается с подключения простейших периферийных устройств: светодиодов, кнопок, зуммеров и т.п. Обычно для этого схемы собирают на макетной плате, но возможен другой вариант. В продаже имеется шилд на котором уже скомпонована наиболее широко распространенная простая периферия. Данный многофункциональный шилд был приобретен на Али за 2 доллара.

Устройство поставляется в антистатическом пакете. Модуль имеет габариты 69 х 53 х 20 мм, масса 24,4 г.

Устройство рассчитано на совместную работу с платами Arduino UNO, Arduino Leonardo и Arduino Mega, хотя, разумеется, используя провода можно подключить данное устройство к любой плате семейства Arduino. Впрочем, последнее кажется автору настоящего обзора не рациональным, так как в этом случае утрачивается главное достоинство данной платы – простота монтажа.

Следует отметить, что при установке данной платы поверх классической Arduino UNO, плата встает с небольшим перекосом, причиной этого является достаточно крупный разъем USB-BF на плате Arduino UNO . Разумеется, на плате Arduino Leonardo такой проблемы не будет. Впрочем, на работе данного шилда это ни как не отразилось.

На плате имеется 4 семисегментных индикатора, включенных через сдвиговые регистры 74HC595, рядом с которыми располагается кнопка перезагрузки и разъем APC220 для подключения модулей Bluetooth или голосового модуля .

Кроме этого на плате имеется четыре красных светодиода, подключенные к портам D10, D11, D12, D13 платы Arduino. Зуммер подключается к порту D3, следует заметить, что звукоизлучатель оснащен встроенным генератором, так что воспроизвести простую мелодию с его помощью не получится. В нижней части платы располагается подстроечный резистор, подключенный к порту A0.

Три кнопки, подсоединены к портам A1, A2, A3 (цифровые порты D15, D16, D17, соответственно). Четыре трехконтактных разъема подключены портам D5, D6, D9, A5 и предназначены для подключения внешних устройств. Завершает список устройств разъем для подключения аналогового LM35 или цифрового DS18B20 датчиков температуры. Датчики подключаются к порту A4. Перемычка J1 подключает или отключает резистор 10 кОм для корректной работы датчиков

Управление светодиодами и звуковым излучателем ничем не отличается от управления любым простым цифровым устройством. Для примера можно помигать светодиодами и по пищать зуммером с помощью программы port_D.

Работа с потенциометром, также может быть описана классическим примером AnalogInput , который при помощи переменного резистора управляет частотой мигания светодиода, подключенного к порту D13.

Можно попробовать по управлять светодиодами с помощью кнопок, для этого надо загрузить программу _3_LED_with_button

Семисегментные индикаторы это мощное средство визуализации, следует иметь в виду, что если они не используются, то на них выводятся случайные символы.

Проверить их работоспособность можно с помощью программы _7seg

В принципе на основе данного шилда, без каких либо аппаратных доработок можно собирать разнообразные таймеры, например таймер обратного отсчета Count_Down_Timer . Таймер позволяет задавать временные промежутки от 10 сек до 60 мин 50 сек с шагом 10 сек. В этом таймере кнопкой A2 устанавливаются минуты, кнопкой A3 – секунды, а кнопка A1 запускает обратный отсчет. По окончании заданного отрезка времени раздается звуковой сигнал.

В целом шилд оставляет благоприятное впечатление. Данное устройство не только позволяет познакомиться с базовыми Arduino, но и может стать основой для несложного проекта, типа таймера, счетчика событий и т.п. Естественно обратной стороной попытки поместить на шилд максимум периферии, является то, что в каждом конкретном проекте часть деталей устройства использована, не будет.

Может показаться, что настолько примитивная периферия будет актульна только для обучения на начальном этапе. Отчасти это действительно так. Разумеется, проблемы с подключением к плате Arduino нескольких кнопок, светодиодов, зуммера или семисегментного индикатора могут возникнуть только у человека, который с паяльником на Вы . У любого более или менее опытного радиолюбителя с этим вряд ли будут проблемы.

Здесь вопрос в другом, если целью является создать прототип устройства за минимальное время, то лишние тривиальные операции это как раз то, что собственно отвлекает от творчества. По сути данный шилд укладывается в идеологию покупки удобств и собственного свободного времени за деньги.

Полезные ссылки

http://radioskot.ru/blog/raspinovka_usb_i_micro_usb/2013-09-11-97
http://publicatorbar.ru/2017/12/21/arduino-multi-function-shield/
http://robocraft.ru/blog/arduino/59.html
https://www.youtube.com/watch?v=_z263RK31QA

Обзор подготовил Denev.

Не смотря на то, что в интернете много информации по и драйвера A4988 для ЧПУ станка . Я решил собрать все необходимо по данным железкам.

Можно использовать для создания CNC машины (ЧПУ станки) :

фрезерный станок ;
3D-принтер ;
лазерный гравер .

Что же из себя представляет CNC shield v3:

1 – Кнопка сброса.
2 – Колодки контактов для подключения внешних драйверов двигателей.
3 – Ось A может дублировать одну из осей X, Y, Z с помощью дополнительного двигателя и драйвера или работать автономно (например ось A может быть использована для двигателя экструдера, в случае 3D-принтера ). Эти колодки контактов служат для настройки оси A . Для дублирования осей нужно установить джамперы на эти колодки следующим образом:

Для автономной работы оси A. Колодка D12 замыкается для возможности управления шагом, колодка D13 замыкается для возможности управления направлением вращения. Направление вращение двигателя меняется путем смены контактов двигателя или изменение маски в прошивки.
4 – Разъем питания. На плату необходимо подавать питание 12 – 36 В .
5 – Возле каждого слота для подключения драйвера двигателей имеется колодка управления микрошагом двигателя. В зависимости от выставленных перемычек вы можете добиться вплоть до 1/32 шага на драйверах DRV8825 и 1/16 шага на драйверах A4988 . Установки джамперов для управления шагом или микрошагом для драйвера A4988 показаны в таблице.

MS1	MS2	MS3	Разрешение микрошага
			Полный шаг

6 – Колодки для подключения биполярного шагового двигателя (на 4 провода).

Как подобрать шаговый двигатель и как подключить шаговик с выводами больше 4 расазываю вот в предыдущей статье:
7 – Колодка контактов для интерфейсов UART и I2C:

Контакты UART: RX, TX, 5V, 3V3;
Контакты I2C: SCL, SDA, GND, RST.

8 – Колодка контактов для подключения 3 концевиков.
9 – Колодка для подключения контактов:

Включения шпинделя (SpnEn);
Направления шпинделя (SpnDir);
Включения подачи охлаждения (CoolEn);

10 – Колодка для подключения контактов:

Внимание!!! С прошивки GBRL 9.0i были поменяны местами Z-Max (D12) и Spn_EN (D11).

Сейчас шпиндель подключается к D11, который является ШИМ портом. Для управлять оборотами шпинделя через ШИМ.

Теперь, если вы желаете подключить концевик Z_Max, то его необходимо подключить в Spn_EN, а включение шпинделя необходимо подключать в Z+.

Характеристики драйвера A4988:

напряжения питания: от 8 до 35 В;
возможность установки шага: от 1 до 1/16 от максимального шага;
напряжение логики: 3-5.5 В;
защита от перегрева;
максимальный ток на фазу: 1 А без радиатора, 2 А с радиатором;
расстояние между рядами ножек: 12 мм;
размер платы: 20 х 15 мм;
габариты драйвера: 20 х 15 х 10 мм;
габариты радиатора: 9 х 5 х 9 мм;
вес с радиатором: 3 г;
вес без радиатора: 2 г.

Краткое описание драйвера A4988

Плата создана на базе микросхемы A4988 компании Allegro - драйвера биполярного шагового двигателя. Особенностями A4988 являются регулируемый ток, защита от перегрузки и перегрева, драйвер также имеет пять вариантов микрошага (вплоть до 1/16-шага). Он работает от напряжения 8 - 35 В и может обеспечить ток до 1 А на фазу без радиатора и дополнительного охлаждения (дополнительное охлаждение необходимо при подаче тока в 2 A на каждую обмотку).

Это основные характеристики железа для моего ЧПУ. В следующем видео сниму подключение 4 шаговых двигателей. Установлю кнопки. И попробуем работу электроники на столе. Сделаю пуск,чтобы убедиться что все правильно подключено и все работает без нагрузки. Это поможет нам при установке электроники на станок.

Подписывайтесь на мой канал на Youtube и вступайте в группы в