Электронный конструктор знаток arduino basic

Обновлено: 02.05.2024

Нынешний мир робототехники и электроники многогранен и интересен. Сейчас роботизированные механизмы представляются неотъемлемым элементом существования. Они бытовые помощники, и необычные технические аппараты, предоставляющие безопасность и коммуникацию, информационную поддержку в самых разных областях, а также передачу данных. А также, программные комплексы, способствующие разнообразным научным экспериментам, необходимые врачебные модули, ежеминутно оберегающие жизни людей, а также популярные и умные робототехнические наборы.

Кибертехнологии масштабно развиваются. Одним из наиболее интересных течений в обсуждаемой среде оказывается ИИ. Способности интеллектуальных систем безусловно высоки. Интеллектуальные роботизированные устройства умеют прогнозировать, а также выдавать новую информацию на представлении той, которая уже есть.

Фактически Искусственный Интеллект создан для того, чтобы копировать мыслительную способность людей.

Cамый сложный метод познать ИИ — создание программируемой модели, работающей по принципу мозга человека. Также необходимо программное обеспечение, расчет её математических процессов. Чтобы это реализовать нужны знания основ написание программ и электроники. При помощи универсальных конструкторов произведенных на ядре Ардуино можно изобретать всевозможные умные модели, управляемые вычислительной сетью.

Основное количество модернизированных компьютерных систем, включая платы Ардуино исполняются микропроцессорами. Они реализуют их организацию друг с другом. А также контакт с людьми. Конструкторы Arduino строятся на узлах из часто используемых типов контроллеров, к примеру, таких как AVR.

Код программирования плат «Ардуино» строится на C++. Этот язык достаточно легок в освоении и хранит в себе специфичную встроенную среду разработки. Что позволяет воплощать оригинальные проекты тем, кто владеет ограниченным уровнем создания программ.

Сейчас многие старшеклассники с интересом изучают начальный уровень написания программ, а также робототехнику. Cегодня и у младшеклассников есть шанс приобрести необходимые в дальнейшем навыки. Повсеместно появляются группы и школы программистов и робототехники для детей. В этих классах ребята обучаются использовать ПК как механизм для творческого воспитания, самим строить интернет веб-ресурсы, работать с вымышленной реальностью, изобретать не сложные компьютерные игры, а также конструировать свои электромеханические системы. Школьники различного возраста с начальной школы получают шанс сориентироваться с выбором направления в компьютерных технологиях и оcознать согласны ли они повышать образование в такой области. Кроме того, подобные уроки готовят учеников в момент давать результат, действовать в компании и уметь находить выход из нестандартных положений.

Для современного школьника удивительным подарком будет электротехническое устройство, например, трансформируемый конструктор. При помощи его ребенок получает навыки, требующиеся в школе, и сможет самостоятельно придумывать и воплощать в жизнь разные изобретения, которые в обозримом будущем будут нужными для всего человечества.

В конце прошлого года компания «ЗНАТОК» анонсировала новый электронный конструктор с Arduino. Методист клуба робототехники «Робикс» Игорь Рогачев протестировал новый набор для обучения детей основам программирования и робототехники.

Перед Новым годом в офис «Робикса» доставили два набора электронных конструкторов «Знаток». Первый — набор «Свет и цвет», который мы разыгрывали в рамках нашей онлайн-школы в ноябре 2018. Вторая коробка — гораздо больше и заинтересовала нас больше. В ней был набор «Знаток» Arduino BASIC. Поскольку все были заняты предновогодними заботами, его распаковку отложили на 2019 год.

Первое впечатление

Встречаем по одежке: приятно начинать знакомство с каким-либо продуктом с качественной упаковки. Красочный дизайн, удобная ручка для переноски набора, однако вряд ли будет удобно его переносить за пределы одного помещения. Но в «Знатоке» об этом подумали и пустили в продажу также версию EDUCATION, которая поставляется в удобном контейнере.

Крышка держится на магнитах, что тоже приятно. Ощущения от предвкушения «что же там внутри», были сравнимы с чувствами людей, распаковывавших iPhone первого поколения в 2007 году.

Первое, что бросается в глаза, — серийный номер, зарегистрировав который, пользователь может получить доступ к самым свежим версиям обучающих методик.

Затем идет второй этаж конструктора, и глаза начинают разбегаться. Разумеется, какую-то часть из компонентов мы уже много раз видели, а какую-то и производили сами (например, модуль Arduino Nano, интегрированный в конструктор).

Самые интересные детали, которые мы нашли в коробке, — блок питания 220 В и модуль, заменяющий привычный взгляду блок питания для батареек АА. Здесь есть к чему придраться — интерфейс разъема mini-USB. Произведенный в 2018 году продукт имеет устаревший разъем, кабель для которого, в случае поломки/потери комплектных (2 шт), уже нельзя так просто найти у каждого в доме.

Такой же разъем и в Arduino Nano. Вероятно, производитель в попытке удешевить производство выбирал самые дешевые комплектующие.

Дальше видим всем знакомый пропеллер, которые и так ломались на раз-два в неосторожных руках детей, а сейчас пластик этой детали стал еще более дешевым на вид, что не дает оснований полагаться на его прочность.

В коробке мы нашли флешку, где лежат установщики Arduino и Znatok Oscilloscope, а также готовые файлы кода, которые можно редактировать и «заливать» на Arduino Nano.

Об интересных деталях из конструктора можно рассказывать ещё очень долго, но не будем удлинять нашу и так не самую короткую статью и перейдём к процессу обучения.

Обучающий процесс

Решили начать с простого — собрали схему с RGB-светодиодом (это мы уже видели в наборе «Свет и цвет»), режимы включения которого можно запрограммировать.

Далее, перелистав всю инструкцию, мы решили собрать схему электронного термометра. Несмотря на увеличившееся количество деталей, взаимодействовать с конструктором все также легко. Для нас остается загадкой точность измерения датчиков конструктора, поскольку термопот, из которого в кружку была налита вода, показывал температуру 85 градусов, а датчик Знатока — 72,9.

Мы перешли к созданию движущейся техники и почти сразу столкнулись с браком в виде постоянно отваливающегося колеса с вала редуктора.

Инструкции предлагают «поиграть» со значениями в компиляторе, тем самым можно изменить логику его движения или сделать их более точными.

Кстати, язык программирования Arduino IDE C/С++, а компилятор Arduino выглядит так:

А это робот с ультразвуковым дальномером. Как можно заметь по GIF-кам, мы использовали внешнее питание для робота. Если взять power bank помощнее и закрепить его на корпусе робота, то он вполне сможет доехать хоть до Китая:-).

Вероятно, нам не хватило модуля-аккумулятора в комплекте, это значительно упростило бы работу и мы не тратили бы время на поиски mini-usb подлиннее и power bank.

Выводы

Безусловно, мы попробовали и рассказали далеко не о всех функциях набора «Знаток». К сожалению, у нас нет возможности часами сидеть и изучать конструктор. Мы попробовали самые интересные функции, которые были занимательны для нас и для рядового пользователя.

В глобальном смысле стоимость 13 880 руб. набора Arduino Basic гораздо больше оправдывает себя, чем стоимость модели «320 схем» за 3 980 руб. Если бы производитель уделил чуть большее внимания к деталям, добавил модуль аккумулятора, снизил цену до 10-11 тыс. руб, то получился бы практически идеальный образовательный конструктор. Но скорее всего в условиях окружающей действительности, экономической ситуации и, учитывая другие факторы, вряд ли этот проект смог бы окупить себя за такую стоимость.

Но если ваш ребенок уже увлечен робототехникой и/или программированием, то возможно стоит задуматься о покупке Arduino Basic.

Электронный конструктор ЗНАТОК часто используют в кружках робототехники для изучения электрических схем. Они имеет множество развивающих программ для детей от 5 лет. Конструкция электрических контактов не требует пайки деталей, поэтому из одного и того же набора можно собрать множество интересных моделей-схем, знакомящих ребенка с миром электроники. До сих пор компания не выпускала программируемых конструкторов, поэтому часто энтузиасты самостоятельно расширяли возможности конструктора, добавляя в его состав плату Arduino.

Новый конструктор ЗНАТОК имеет в составе плату Arduino и предназначен для изучения основ программирования и робототехники.

На сайте производителя размещено описание набора:

Смартфоны, самолеты, автомобили, телевизоры, стиральные машины, холодильники и даже современные утюги имеют в своем составе микроконтроллеры, которые управляют этой самой техникой и осуществляют связь либо с человеком, либо с другими приборами. Не говоря уже про робототехнику, которая невозможна без микроконтроллеров. В данном наборе вы научитесь работать с Arduino — модулем из популярного семейства микроконтроллеров AVR. Полученные знания помогут вам в учебе, а в дальнейшем, создавать новые образцы роботов, бытовой техники, компьютеров, смартфонов, работая в высокотехнологичных компаниях. А это уже не игрушки.

Несмотря на то, что на упаковке указан возраст 10+, этот набор будет полезен детям более старшего возраста, вплоть до студенческого, утверждает производитель.

Набор будет поставляться в двух версиях: HOME (для домашнего пользования) и EDUCATION (для образовательных учреждений). Наборы отличаются только упаковкой.

Где купить

Конструктор ЗНАТОК Arduino Basic появится в продаже в конце ноября и будет стоить ориентировочно 15 — 17 тысяч рублей. Оформив предварительный заказ у производителя, можно получить скидку.

Кто-нибудь уже приобрёл конструктор "ЗНАТОК Arduino BASIC" ? ;)
АУ. ))) Отзовитесь. ))) Как впечатления? ;))

А мы купили конструктор "ЗНАТОК Arduino BASIC". Вот.
Жаль не долго прибалдевшему от счастья Серёге удалось с ним позаниматься, ибо в этот июньский вечер он уже уезжал в деревню. Только и успели установить на его компьютер ПО и помигать светодиодами. За то на этот раз он сам прошивал микроконтроллер! ))

Так что пока выдержки из инструкции и мои соображения. Сперва кое-что про ключевые компоненты набора.

Блок управления моторами №101.
Хорошо знаком обладателям вездехода "Лидер" под номером U8.
Функционально это тот же самый блок, выполненный по той же схеме, только в №101 применены компоненты в SMD исполнении, за счёт чего печатная плата стала в 1,5 раза меньше и занимает чуть больше половины корпуса. Это даёт некоторый простор для апгрейда, о чём ниже.
В нескольких проектах конструктора ЗНАТОК Arduino BASIC при управлении моторами используется ШИМ, т.е. двигатели питаются напряжением почти прямоугольной формы, пульсирующим с частотой порядка 500 Герц. При этом, помимо характерного "пения" моторов, уже довольно заметно проявляет себя самоиндукция их обмоток, что в купе с коммутационными скачками на коллекторах приводит к забросам обратного напряжения амплитудой до сотен вольт, вызывающих пробой силовых транзисторов блока. И такое у нас уже случалось на вездеходе-манипуляторе. С этими гадостными явлениями в какой-то степени борются блокировочные конденсаторы 47-100 нФ, сидящие на выводах моторов. Но при работе с ШИМ их уже явно не достаточно. Нужны защитные диоды для силовых транзисторов и дополнительные сглаживающие фильтры по выходам блока. Я использовал неполярные электролитические конденсаторы 100мФ и дроссели по 20 витков эмалированного провода D=0,5 на ферритовых кольцах. Они уютно разместились в освободившемся внутреннем пространстве блока №101. После установки фильтров моторы прекратили петь и стали гораздо приёмистее вращать колёса на малых оборотах.

Универсальный индикатор №90.
Шикарная деталь, знакомая счастливым обладателям конструкторов ЗНАТОК "Супер-измеритель", "Умная машина", "Супер-набор №1". Отображает 4 семисегментных цифры с точками и другие символы - единицы измерения и т.п. сверху и справа от 4х цифр. Использует для приёма данных всего 1 контакт (средний на корпусе, а справа и слева + — питания). К сожалению, протокола передачи данных в инструкции к конструктору нет. Понять его по коду использующих этот индикатор программ с наскока не удалось, ибо он написан довольно мудрено. С одной стороны, используется некая специализированная библиотека, а с другой - стандартные функции, такие как формирование образов цифр (какие сегменты для какой цифры зажигать или гасить), выписаны вручную в теле программы. Некое понимание возникло при осмотре внутренностей, где были обнаружены 2 включенных "паравозиком" светодиодных драйвера. На их входы подаются пакеты импульсов, задающих нужное состояние соответствующего светодиода (вкл/выкл). Имеет смысл создать для этого изделия соответствующую библиотеку для Arduino.

Электромагнитное реле №61.
Присутствует также в "Супер наборе №1"
В общем-то ничего особенного: реле как реле, с 1 переключающим контактом. Номинальное рабочее напряжение катушки 5В, максимальный коммутируемый ток 7А. Сопротивление обмотки не указано. Субъективно корпус 3х3 для этого реле кажется избыточным. На мой взгляд хватило бы и 5-контактного корпуса 3х2, каковой мы и использовали под аналогичное самодельное реле (фото 2).
При использовании в электронных схемах, особенно в которых присутствует микроконтроллер, настоятельно рекомендую всегда подключать параллельно катушке реле диод, включенный во встречном направлении к рабочему току катушки. Он спасёт управляющий транзистор, тиристор и микроконтроллер от всплесков напряжений самоиндукции в обмотке реле при его выключении. Можно было бы просто-напросто напаять этот диод на катушку реле внутри корпуса, но тогда у нашего изначально неполярного реле появится + и — питания, и при подключении нужно будет строго соблюдать полярность, чтобы не сжечь диод.

Ультразвуковой дальномер №89.
Знаком счастливым обладателям ЗНАТОК "Супер-измеритель", "Умная машина", "Супер-набор №1".
Используя ультразвуковые волны частотой 40 кГц, с точностью до 3 мм измеряет расстояние до объекта, попавшего в зону его действия (от 2 см до 5 м, с уголом обзора около 15°). На измерения не влияют источники света или цвет препятствия, но могут возникнуть затруднения при определении расстояния до пушистых или тонких объектов. Для большей точности измерений необходимо учитывать, что скорость звука зависит от температуры воздуха.
На корпусе размещены излучатель ультразвука, микрофон, воспринимающий отраженную волну, и контакты: цифровые вход и выход, + и — питания. Для начала измерения необходимо подать на вход логическую единицу на 10 мкс. После завершения измерения, на выходе появится логическая единица на время, пропорциональное расстоянию до объекта. Вот и всё.
Таким образом, становится понятным, что в проектах с микроконтроллерами можно использовать 2 и более таких дальномера, запуская их по очереди, чтобы они не мешали работе друг друга. Как раз это мы с Серёгой и планируем проделать в рамках развития проекта "Безопасная езда"!
Для автоматизации измерения расстояния можно (и нужно!) использовать специальную библиотеку Ultrasonic, которая самостоятельно вычисляет и выдаёт расстояние до объекта, "пойманного" дальномером в сантиметрах или дюймах.
Экспериментально установлено, что она вполне себе умеет работать с несколькими устройствами.

Осциллограф
Ну а вот это уже серьёзно! )) Настоящий бриллиант всей серии конструкторов "ЗНАТОК" ! Просто прорыв. Можно считать вполне себе годным программно-аппаратным инструментом для детского радио-моделирования!
Что можно было бы доработать в следующих версиях:
1. Не помешало бы предусмотреть полноэкранный режим отображения на мониторе.
2. Было бы очень хорошо если бы были реализованы 1-2 более шустрых горизонтальных развёрток, т.к. на самой быстрой из имеющихся (0.1 сек/деление) даже штатный ШИМ сигнал микроконтроллера (всего-то 500 Гц) выглядит сплошной лентой, на которой не удаётся рассмотреть ни импульсов ни пауз. Если использовать скорость связи 115200 кб/с, то 0.01 а может даже 0.001 сек/дел не должно стать проблемой.
3. Неплохо было бы сделать осциллограф многоканальным, хотя бы двух-трёх, благо у Arduino - NANO имеется аж целых 8 аналоговых входов. Другое дело, что в конструкторе "ЗНАТОК Arduino BASIC" задействован всего 1 аналоговый канал. Но тут, как говорится разработчикам и карты в руки! ))
4. Ну и если пойти ещё дальше в многоканальность, напрашивается режим логического анализатора, но это наверное уже немного другая история. )))

Драсьте. Сделал я себе модуль ардуино, по вашему варианту, из 7- сегментного индикатора. Есть ли инструкция от ардуино-basic набора и файлы, которые на флешке?

Я не буду рассказывать, что такое и как писать скетчи.
Я не буду объяснять, каким концом надо держать паяльник.
Я не буду излагать доводы за и против существования электронного конструктора на одежных кнопках.

Я расскажу вам историю об успешном опыте скрещивания конструктора «Знаток» и Arduino в отдельно взятом домохозяйстве.

Предыстория

Как-то вечером, собираем с ребенком схему из конструктора «Знаток». Включаем. Я чувствую запах горелого пластика. Выключаем. Анализирую схему и вижу, что в моем издании схем многоуважаемого А.А.Бахметьева транзистор безуспешно модулирует химический источник напряжения, выдавая своё искреннее возмущение температурой.

Транзистор в результате сдох. И я его опять заменил:

Для этого пришлось отломать белую нижнюю крышку, но был получен ценный опыт по разбору деталей конструктора:

Юный экспериментатор не останавливался на достигнутом и вскоре сообщил: «Хьюстон, у нас проблема: отказ блока 23»:

Вот тут и пригодился опыт разбора блока с транзистором. Внутри блока 23 две каплевидные микросхемы с маркировкой TAIKONG-1 и TAIKONG-2, а также транзистор S9012. Транзистор я заменил, хоть он и был исправным, но блок не ожил. Поскольку электронного микроскопа у меня не было, пришлось много гуглить. Судя по всему, этот модуль должен был издавать звуки «Пиу-Пиу-Пиу» и «Тыщ-Тыщ-Тыщ» в зависимости от того, какая ножка окажется на земле. Если обе ножки оказывались на земле, звучала комбинация «Пиу-Тыщ-Пиу-Тыщ».

Очередным вечером сдох блок 21. Внутри блока два транзистора (уже знакомые S8050 и S9012). Замена ни к чему не приводит. Маркировка на плате CLZSD1 гуглению не поддалась. Что интересно, мелодия зашита только одна, но можно задавать её длительность через сопротивление между ножками.

Время шло. Сдох блок 22. Внутри транзистор S8050 и микросхема капелька. На плате маркировка CL9561. Замена транзистора блок не оживила. Гугление показало, что эта плата широко используется в детских игрушках (автоматах, машинках) и в детских сигнализациях. Умеет издавать звуки пожарной и полицейских сирен, скорой помощи и автоматной очереди, опять же, в зависимости от того какая нога окажется на земле. Все правильно: две ножки — четыре звуковые дорожки.

Аналоги микросхемы в корпусе DIP и MSOP LM4871, либо платы KD9561 стоят от 0.30$ в коммерческой партии или от 3$ от 5шт. Платить 15$ за шумовые эффекты, особенно вечером трудного дня когда так хочется тишины, не хотелось и я благополучно ~~забил~~ забыл.

экономически;
нет гарантий что они не выйдут из строя самостоятельно, либо с помощью юного конструктора из-за отсутствия защиты и неправильных схем;
исчезает элемент новизны и интерес к конструированию падает.

Теоретические изыскания

Я не ардуинщик, но мысль скрестить Arduino и конструктор «Знаток» носилась в воздухе. Если ребенок освоил конструктор, пусть дальше играется в Arduino, тем более что есть Scratch для Arduino. Переходить с шага ножек 2.8см на 2.5мм и взрослому тяжело, а ребенку и подавно. Поэтому решено: используем стандартные делали «Знатока». Отправляемся в магазин за одежными кнопками и получаем расценки 1$ за кнопку. Я не этого ждал. За 20$ можно купить «Знатока» начального уровня.

Как-то раз вертел в руках плату Arduino Pro Mini 5V. Размеры подходящие. Питание подходит для «Знатока» (4.8..6В =четыре батарейки/аккумулятора). Цена адекватна в районе 3$. Скетчи заливать я пока ребенку не доверю. Вот только входов/выходов слишком много, да и выбор цифра/аналог добавляет степеней свободы. Как все это развести в три ножки стандартного блока (две на питание и землю)?

Идея раз: три свободных одежных кнопки блока выводим на разъёмы. При необходимости, разъём будет одет взрослым на правильный пин Arduino.
Идея два: конфигурацию Arduino можно задавать устанавливая джамперы на ножки и опрашивать их при старке скетча. Выбирая, что будет изображать из себя Arduino: светофор, музыкальную шкатулку, охранную сигнализацию и т.п.

Реализация

Берем блок. Аккуратно разбираем. Сначала аккуратно обстукиваем блок по периметру молоточком, в надежде, что хрупкий клей треснет. Далее вгоняем тонкий нож (а лучше скальпель) между блоком и крышкой. Осторожно пошатываем и ослабляем клей по периметру. Через пару минут аккуратных манипуляций белая защитная крышка снята и мы можем увидеть внутренности блока.

Безжалостно выпаиваем плату. Вряд ли она нам еще пригодится.

Спиливаем крышку блока ножовкой или дремелем.

Чуть-чуть (буквально на миллиметр) увеличиваем отверстие по длине. Плата Arduino Pro Mini не должна пролазить в отверстие. Запаиваем пины. Мне было лень думать, поэтому я запаял все пины. Имея отлаженный скетч, можно запаять только необходимое, либо вообще обойтись без пинов. В отверстие должны пролазить пины с юбкой (как еще называется эта черная пластиковая линейка, объединяющая пины?)

Запаиваем питание. Исходя из стандартной для Знатока схемы: сверху окажется "+" (RAW), а снизу "-" (GND).

Не утерпел — собрал первую схему. Традиционно помигал встроенным светодиодом.

Отмываем плату и сверлим отверстия под провода. Имеем ввиду, что устанавливаемые детали конструктора могут загораживать отверстия и мешать нашим проводам, поэтому лучше отступить дополнительные 2..3 мм от центра кнопки.

Заливаем скетч светофора. Собираем новую схему. Цепляем проводки от кнопок на соответствующие ноги атмеги. В комплекте Знатока только два светодиода, поэтому я впаял бело-лунный светодиод (другого под рукой не было) в цоколь от неисправной лампочки. И наслаждаемся!

Блок может храниться в стандартной коробке конструктора, надо только вытащить провода из пинов. (Либо вниз пинами, тогда можно не вытаскивать провода).

Хорошо бы поставить защиту, Омов по 20 на каждую из трех ножек блока, да и переплюсовку предусмотреть. Но цена замены Arduino 3$ гораздо ниже планки моей лени.

Новый блок конструктора «Знаток» реанимировал интерес ребенка к электронике. Как теперь назвать новый блок?

Поправка от 04.09.14.

Опорный штырь пластикового основания монтажной платы упирается в Arduino. Поэтому плату следует монтировать сверху блока, а не снизу, как описано ранее. В продакшен пошёл именно этот вариант:

Читайте также: