Робототехника на Arduino. Олимпиадный курс с пошаговыми инструкциями и QR-кодами для перехода к необходимым ресурсам
Год издания: 2026
Автор: Мельников С. А.
Издательство: Наука и Техника
ISBN: 978-5-907592-99-5
Серия: Создаем практические устройства
Язык: Русский
Формат: PDF
Качество: Отсканированные страницы
Количество страниц: 402
Описание: Книга написана для начинающих конструкторов и радиолюбителей, желающих научиться конструировать и строить роботы. Она поможет быстро пройти путь от первой сборки робота до уверенного выступления, например, на школьной олимпиаде.
Приводится ускоренный курс для начинающего разработчика роботов с пошаговыми инструкциями и видеоуроками, десятками проверенных приемов и упражнений. Подробно разобраны платы Arduino и наиболее востребованные модули: датчики линии и расстояния, драйверы моторов, энкодеры, сервоприводы, элементы питания, стабилизаторы и расширители 1/0. Даны рекомендации по выбору и сборке базовой колесной платформы.
Отдельные разделы посвящены тестированию оборудования и типичным отказам, алгоритмам быстрой диагностики. Программная часть ведет от элементарных операций к сложным сценариям: чтение датчиков, управление приводами, «умные» задержки, калибровка, движение по линии с регулятором, работа с перекрестками и манипуляцией объектов. Схематическая часть книги объясняет требования ЕСКД и показывает корректные схемы. Отдельный модуль книги - образовательная программа для педагогов.
В нужных местах книги стоят QR-коды, которые перенесут вас в онлайн-мир: откроют видео или справочную информацию. В ходе чтения книги, отсканировав QR-код, можно смотреть видео или читать материалы соответствующей тематики. Кроме того QR-код стоит возле каждого рисунка что позволяет посмотреть на смартфоне или планшете этот рисунок в цвете.
Книга адресована, в первую очередь, педагогам и командам, которым нужна компактная, надежная программа подготовки соревнованиям-от теории к победе на практике. Она будет интересна и для кружков технического творчества, домашних умельцев и широкого круга читателей .
Примеры страниц (скриншоты)
Оглавление
QR-коды - как их использовать в книге . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
От автора.... .. ................... . .. . ........ . .............................................. 9
Раздел 1. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ
ВЫДАВАЕМЫЕ УЧАСТНИКУ ОЛИМПИАДЫ ............................................. 11
Глава 1. Краткая история появления олимпиад по ARDUINO . . . . . . . . 12
Цели и задачи олимпиады. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Всероссийские Олимпиады школьников по технологии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Зарождение современной олимпиады по Arduino. . . ......... . .... .... . . . 15
Глава 2. Существующие разновидности мат Arduino. . . . . . . . . . . . . . . 18
Обзор популярных моделей Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Характеристики Arduino UNO R3 . . ........ . . . . . . . . . . .. ... . . . ..... . .. . .. 19
Глава 3. Модули датчиков линии и светоотражения ................................. 23
Характеристики датчиков линии на базе оптической пары «TCRT 5000» .... 23
Подключение датчика линии на базе оптопары TCRT 5000 к плате Arduino . 27
Примеры тестирования датчиков линии .... .... .. . .. . ......... . . . . . .. . .. 27
Глава 4. Модули датчиков расстояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Разновидности и принцип действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Подключение оптического датчика расстояния
SHARP 2УОА21 к плате Arduino ........................ .... . . .. . .. . ..................... 33
Подключение акустического датчика расстояния
HC-SR04 к плате Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Подключение лазерного датчика расстояния VL53L0X к плате Arduino.. . . . 38
Установка библиотеки для работы с лазерным дальномером . . . . . . . . . . . . . . 39
Примеры программного кода
для тестирования лазерного дальномера VL53L0X.. . .. . .. ... . . .. ... ............... .... 41
Глава 5. Модули управления двигателями - драйвер двигателей. . . .................... 45
Платы драйверов двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Прямое назначение плат драйверов двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Драйвер двигателей L298N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Подключение L298N к плате Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Управление мотор-шилдом: перемычки и пины. ......... . . .. .. .................................. 55
Питание Motor Shield: общее или раздельное?......... . . . . ....................................... 57
Подробно о Motor Shield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Управление моторами постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Управление шаговым двигателем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Глава 6. Модули расширения портов ввода-вывода . . . . . . . . . . . . . . . 63
Глава 7. Модули стабилизатора питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Глава 8. Моторы, сервомоторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Микросервоприводы . . . . . .. ......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Виды сервоприводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Типы моторов сервоприводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Как работает сервопривод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Подключение сервопривода к плате Arduino: .. . ......... . . . . . .. . .. . . . ... 73
Коллекторные моторы ...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Использование моторов с встроенным редуктором . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Подключение коллекторного мотора к плате Arduiпo·. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Программа для драйвера мотора L298N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Подключение больших коллекторных моторов с энкодерами . . . . . . . . . . . . . 80
Советы по надежности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Программа управления моторами и считывающая по казания энкодера . . . . 82
Глава 9. Модули измерителей скорости вращения, энкодеры . . . . . . . 86
Пример программы с использованием оптического энкодера . . . . . . . . . . . . . 89
Использование энкодеров в Arduino.............. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Подключение механического модуля энкодера к Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Пример программы обработки механического энкодера . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Глава 10. Элементы питания ............... . ........ . . . ...... . .............................. 95
Батарейки и батареи . . ........... . ..... . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Выбор варианта питания для олимпиадных работ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Глава 11. Провода для прототипирования ......... .. .. .. .... .. .................. . 100
Алгоритм использования проводов для прототипирования в Arduino . . . ... 100
Виды проводов для прототипирования . . . ................. . . . .. . .......... ... .. 101
Раздел 2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ: СОЗДАНИЕ
БАЗОВОЙ КОЛЕСНОЙ ПЛАТФОРМЫ С ЛЕГКОСТЬЮ ................................. . .. 103
Глава 12. Видео-урок по сборке олимпиадной платформы ........................ . 104
Глава 13. Пошаговая сборка и настройка
малой олимпиадной платформы . ............................................................ . 105
Основные элементы корпуса малой платформы . .. . . . . . . . . .. . . . . . ...... . 105
Основные особенности платформы ..... . .... . . . . . .. . ... . . . . .. .... . ..... 106
Монтаж нижней платформы . . ..... . ...... . . . .. . . . .. .. ...... . ...... . ... 107
Установка боковой стенки ... .. ......... ... ..... . . . . . . . . . .. . . . . .... . ... 112
Установка управляющей электроники . . . . ..... .. ..... . ...... .. ... . ...... 113
Подключение моторов .. . ... . . .. . . . ... .. . .. . ... . . . . .. . ... . ..... .. . . . . . 118
Особенности современных драйверов моторов : удобно и компактно .... . . 119
Укладка проводки ..... . . . ................... . ... ... . . . . .. . . . . . .. . . . . . 120
Частые ошибки и хитрости .... . . . . ....... . . . .......... . . . .. . ..... . .... 120
Установка питания .. .. . .. . ... . . . .... . . ... . .. . ... ... . . . .. .. .. . .... . .... 120
Установка средней платформы . ..... .. .... .. . .. .... .. .. ... . .. . . . .. .. ... 122
Установка верхнего этажа , ... . . . . . ... . . .... .. . ... . .. .. . ... . ...... . . . .. 125
Подключение основного питания ..... . ....... .... .. ... . . . . ... .. . . . .. .. 126
Подключение дополнительного оборудования . . . . . .. .... ... ...... . ... . . . 129
Глава 14. Пошаговая сборка и настройка
большой олимпиадной матформы .......................................................... 133
Основные этапысборки .. . . . . . . . ..... . . .... . .... . . . .. ...... . .. . . .. . . .. 133
Особенности платформы .. .... .. . . . .. .. .. ... . . .. ..... .. . . ... .. .. .. . . .. 134
Монтаж нижней платформы ... . .. . . . . . . . .... . . .... ... . ...... .. . . . . . .. . 135
Монтаж верхней платформы .............. . ... .. ... . . . ...... . . .. ... ......... . .. 147
Раздел 3. СХЕМОТЕХНИКА РОБОТОВ И СЕКРЕТЫ ИХ СОЗДДНИЯ ............. . 169
Глава 15. Тестирование выданного оборудования:
надежность на первых этапах олимпиады . ............................................. . 170
Мелочи, которые могут пригодиться тестировщику .. . . .. .. . . . . . .. . .. .. ... 170
Что делать, если оборудование неисправно? . ....... .. . . ... ... . . ... .. . . . 172
Какие узлы Arduino UNO «любят» ломаться .. . .. . . . . ... . .. . . .. ... . . . ..... 174
Технически о проблеме металлических винтов у разъема питания .... . . .. . 174
Решения и профилактика . . .......... . ... ... .. . . . . . .. .. . .... . ...... ....... . 175
Появление технической проблемы ..... . ... . .. . . . . .. .. . . ... . . . . ...... .. 176
«Слабые» места по питанию
на типовой плате-расширении драйвера моторов . . . .. . .. . ... . . . . . .. . . . .. 179
Проблемы соединения и распайки
на типовой плате-расширении драйвера моторов . . . ... . ... . . . . . . . . . . .. .. 181
Проблемы модулей драйвера на типовой плате-расширении
драйвера моторов ... .. . .... ......... .. . . .... .. . .. . . .. ... . . . . . .. . . . . . . 182
Проблемы логики и сигналы управления
на типовой плате-расширении драйвера моторов . .. ...................... .. ... 182
Проблемы компонентов фильтрации и сглаживания на типовой плате-
расширении драйвера моторов ... .. .... . ... . .... . . . ...... .. . . . . . .. .. .. 182
Как действовать при обнаружении проблемы . . ........... . . . . . .... . . . .. 183
Обращение к техническому специалисту . . ...... .. ... . . . ... . . ..... ... . . . 184
Основные механические проблемы при работе
с платой-расширением портов ввода-вывода .... . . ... ...... . . . . .... . .. . . 185
Основные электрические проблемы при работе
с платой - расширением портов ввода-вывода .... . ... . . . ... . . . . ... . .. . . .. 185
Как действовать при проблеме ............... . .. . . . . . ...... .. . . ... ....... . . 185
Механические неисправностей стандартных «хобби»-серво ... . ..... . ... . 186
Электрические неисправностей стандартных «хобби»-серво .. . . . .... . .. . . 187
Неисправности электроники управления стандартных «хобби»-серво .. . .. . 187
Сбо й сигнального интерфейса стандартных «хобби»-серво . .. .. .. .. . .. .. . 188
Эксплуатационные и внешние факторы стандартных « хобби»-серво ... ... . 188
Как выявить и диагностировать проблему стандартных «хобби»-серво .. . . . 188
Глава 16. Программная часть: от элементарных действий
до сложных сценариев ........... . ... . .......... . ........................................... . 190
Элементарные действия - основа всего . . . ... .... . ... . . . . . . . .. . . . . . ... . . 190
Какие кубики нам нужны . . ... .. . .. . .. .. . .. . .. .. .. .... ...... .. . ... ... .. 191
Как мы пишем программу .... . . . ... . ... . .... . . . ..... . .. . . . ...... . .. . . . 191
Пишем программу для управления моторами .. ... .... . . . . .. ... ... . ... . .. 193
Пишем программу для управления светодиодами . . . .. . . . ..... .... . . . ... . 197
Пишем программу для управления сервоприводами . .... .. . .. . ....... . . . 198
Пишем программу для включения пищалки . . . . ......... ... ..... . . . ..... 199
Как размещать датчики освещенности ... ...... . . . ... . . . .... . . . .... .. . . . 202
Как считывать значения с датчиков освещенности . . . .. . . . ...... . ....... . 204
Учимся измерять расстояние с ИК дальномером (S.harp) ..... . . . . . ........ 205
Учимся измерять расстояние с УЗ дальномером (HC-SR04) .... .. ... . ... . .. 206
Учимся работать с кнопкой . .. . .. ............. . . . ... . . ... . ..... . . . .... . 208
Знакомимся с умной задержкой .. . .. .. . .. .... . . . ... .... . . . .... . ....... . 210
Считаем перекрестки .. . ............... . .. .. .. . . . . ... .. .......... . .. . . 212
Используем регулятор для движения по линии ... .. . .............. . ... . . 214
Программируем элементарные поведения . . . ... .... . . ...... . . . . .. .. . . . . 216
Используем функцию ожидания нажатия кнопки .... . . ............. . ..... 217
Пишем автоматическую калибровку ... .. . .. . ..... . ..... . .. ... . . . ....... 218
Программируем движение по линии в течение заданного времени ........ 222
Движение по линии до заданного количества перекрестков . .. . ... . ..... . 224
Учимся разворачиваться на линии в обратном направлении .. . ....... . ... 225
Выполняем манипуляции с объектами . .. ..... .... .. .. . ...... . .. . ..... . . 228
Разбираем пример программы для выполнения действий на полигоне
(олимпиадное задание) ............. .. . . ...... . . . . . . . .. ... . . . ... . . . . . . 229
Глава 17. Схематическая часть: требования, примеры
и понимание ключевых аспектов ............................................................ 247
Что такое ЕСКД и зачем он нужен . . . . ........ . . . .. . ... . . ... .... . . . . . . . . 247
Основные требования .......... .. . . ................. . .... . ........................... . .. 248
Понимание различий в схемах . . . . . . ...... . . . . . ... . ..... . ... . . . . . . . . ... 250
Принципы проектирования схем .. . . . .. . . . ... .. . ... . . . .. ..... . .. . . .. .. . 252
Примеры правильного составления схем в sPlan ... .. . . . ... . . .. .. .... ... . 253
Глава 18. Популярные олимпиадные задания по Arduino . ................ 260
Введение в олимпиадные задания ........ .. . . . ..... ... . .. .. . ... . ...... 260
Примеры реальных олимпиадных конструкций ... . . . ..... . . . . ........... 267
Приложение. ИНТЕРАКТИВНЫЙ СПРАВОЧНИК
ДЛЯ РОБОТОТЕХНИКОВ ПO ARDUINO ............................................... 273
Приложение 1. Семейство плат Arduino: сравнительная таблица .... 274
Приложение 2. Ранние варианты мат Arduino .................... 280
Приложение 3. Arduino Uno .................................... 284
Приложение 4. Arduino Leonardo . ............................... 294
Приложение 5. Arduino Due ...................... . ............. 303
Приложение 6. Arduino YUN ............................ . ....... 313
Приложение 7. Arduino TRE ..................................... 317
Приложение 8. Arduino Micro ...... . ....... ~ .................... 320
Приложение 9. Arduino Robot .. .. . . . ... .. ... .. .................. 327
Приложение 10. Arduino EspLora ................................ 337
Приложение 11. Arduino ADK . .................................. 343
Приложение 12. Arduino Ethernet . . .............. . .............. 353
Приложение 13. Arduino Mini ................................... 361
Приложение 14. LiLyPad Arduino USB ............................ 366
Приложение 15. Arduino Nano .................................. 372
Приложение 16. Arduino Pro Mini ............................... 378
Приложение 17. Arduino Pro .................................... 384
Приложение 18. Arduino Fio ... ................................. 389
Приложение 19. Плата USB SeriaL Light адаптер .. ................. 394
Приложение 20. Плата расширения Arduino Wi-Fi ................. 395
Приложение 21. Плата расширения Arduino Motor ................. 397
Заключение. НАСТАВЛЕНИЯ ОТ АВТОРА КНИГИ .................. 399
