Site Loader

Содержание

Краткий обзор и перспективы применения микропроцессорной платформы Arduino Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК: 62-526

КРАТКИЙ ОБЗОР И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ПЛАТФОРМЫ ARDUINO

Е.Я.Омелъченко, В.О.Танич, А.С. Маклаков, Е.А.Карякина

Магнитогорский государственный технический университет, Россия, г. Магнитогорск [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Аннотация

В статье рассматриваются возможности аппаратной вычислительной платформы Arduino применительно к мехатронным комплексам. Приводится функциональное описание и технические характеристики на примере платы Arduino UNO.

Составлен сравнительный анализ аппаратной части наиболее актуальных плат. Определены перспективы применения микропроцессорной платформы Arduino для обучения и проектирования в области управления физическими процессами.

Ключевые слова: аппаратная вычислительная платформа Arduino, управления физическими процессами, функциональное описание, сравнительный анализ.

SUMMARY AND PROSPECTS OF APPLICATIONS OF MICROPROCESSOR PLATFORM ARDUINO

E.Ya. Omelchenko, V.O. Tanich, A.S. Maklakov, E.A. Karyakina

Nosov Magnitogorsk State Technical University Russia, Magnitogorsk [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Abstract

The article discusses the possibilities of the Arduino. The functional description and the specification are represented on the example of Arduino UNO. The comparative analysis of the most relevant boards Arduino is complied. The prospects for the use of microprocessor Arduino platform for learning and design in the field of physical computing are identified.

Key words: Arduino, physical computing, functional description, comparative analysis

Актуальность и цель работы

В настоящее время существует множество микроконтроллеров и платформ для осуществления управления физическими процессами применительно к микропроцессорным комплексам. Большинство этих устройств объединяют разрозненную информацию о программирова-нии и заключают ее в простую в использовании сборку. Фирма Arduino (Италия), в свою очередь, тоже упрощает процесс работы с микроконтроллерами, однако обеспечивает ряд преимуществ перед другими устройствами из-за простой и понятной среды программирования, низкой цены и множеством плат расширения. Для преподавателей, студентов и любителей платформа Arduino может стать основным элементом для исследования и решения задач в областях мехатроники и робототехники.

Целью статьи является анализ возможностей аппаратной вычислительной платформы Arduino, ознакомление с функциональным описанием и техническими характеристиками на примере платы Arduino UNO, составление сравнительной характеристики наиболее популярных плат Arduino и определение перспектив применения данного устройства.

Основные достоинства и описание платформы Arduino

Arduino — это инструмент для проектирования электронных устройств, более плотно взаимодействующих с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности. Это платформа, предназначенная для управления физическими процессами с использованием ЭВМ с открытым программным кодом, построенная на простой печатной плате с современной средой для написания программного обеспечения.

Платы Arduino строятся на основе микроконтроллеров фирмы Atmel, а также элементов обвязки для программирования и интеграции с другими схемами (табл. 1). На платах присутствует линейный стабилизатор напряжения +5 В или +3,3 В. Тактирование осуществляется на частотах 8, 16 или 87 МГц кварцевым резонатором. В микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик, поэтому внешний программатор не нужен. На концептуальном уровне все платы программируются через RS-232. Интегрированная среда разработки Arduino — это кроссплатформенное приложение на Java, включающее в себя редактор кода, компилятор и модуль передачи прошивки в плату. Среда разработки основана на языке программирования Processing и спроектирована для программирования новичками, не знакомыми близко с разработкой программного обеспечения. Строго говоря, это-язык C++, дополненный некоторыми библиотеками. Программы обра-

Таблица

Сравнительная характеристика плат Arduino

Arduino Процессор At m cl Флеш-память, SRAM Двоичные ШИМ Аналоговые Размеры,

Вид Тактовая частота, МГц КБ КБ входы/ выходы ВЫХОДЫ входы мм

Nano ATmegal68 or ATmega328 8 16/32 1 14 6 8 43 х 18

Diecimila ATmegal68 16 16 1 14 6 6 68,6 х 53. 3

Uno ATmega328P 16 32 2 14 6 6 68,6 х 53.3

Leonardo Atmega32u4 16 32 2 14 6 12 68,6 х 53.3

Mega2560 ATmega2560 16 256 8 54 14 16 101,6 х 53.3

Due SAM3X8E ARM Cortex-M3 87 512 256 54 12 12 + 2ЦАП 101,6 X 53,3

батываются с помощью препроцессора, а затем компилируется с помощью AVR-GCC. Преимуществами плат семейства Arduino являются [1,2]:

1. Большое количество доступных вариантов в линейке Arduino с возможностью выбора наиболее подходящего готового контроллера из большого списка устройств, имеющих в широких пределах варьируемые параметры.

2. Наличие плат расширения, предназначенных для увеличения функционала и выполнения конкретизированных технических задач без необходимости самостоятельного проектирования дополнительной периферии (платы для управления двигателями, датчиковые платы, беспроводные интерфейсы, дисплеи, устройства ввода) — несколько десятков видов, более 300 вариантов исполнения.

3. Полностью адаптированная для конечного пользователя среда программирования, подходящая для всей линейки плат Arduino и их клонов, включая ПО для программирования контроллеров для ОС Android.

4. Свободная бесплатная лицензия на устройства и ПО.

5. Существует полный русский перевод языка Arduino, предназначенный для преодоления языкового барьера при распространении платформы по России.

Функциональное описание и технические характеристики на примере платы Arduino UNO

Arduino Uno — этот контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи. На рис. 1 представлен общий вид платы и упрощённая принципиальная схема. В табл. 2 приведены технические характеристики [3].

Перспективы использования Arduino

Платформа Arduino по техническому оснащению идеально подходит для образовательного процесса по проектированию различных мехатронных систем и роботов [4], благодаря понятной среде программирования и возможности наблюдения физических процессов в реальном времени. Более мощные платы Arduino (Due) применимы для решения сложных технических задач, связанных с разработкой больших проектов и их комплексной автоматизации.

_J_I_|_

ЗУЗ 5У VIN

Рис. 1. Общий вид иупрощеннаясхемаподключения платы ЛМпто

иыо

Таблица 2

Технические характеристики платы ЛгЖлто иЫО

Микроконтроллер ATmega328

Рабочее напряжение 5 В

Входное напряжение (рекомендуемое) 7-12 В

Входное напряжение (предельное) 6-20 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 32 Кб, из которых 0,5 Кб используются для загрузчика

ОЗУ 2 Кб

ББРЯОМ 1 Кб

Тактовая частота 16 МГц

Список литературы

1. Arduino.ru: Официальный сайт АМшпо в России [Электронный ресурс].- Режим доступа:Шр://аМшпо.ги/, свободный. — Загл. с экрана.

2. Wikipedia: сайт Wikipedia [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino, свободный. — Загл. с экрана.

3. Atmel.com: официальный сайт аШе! [Электронный ресурс].-

Режим доступа: http://www.atmel.com/Images/doc8161.pdf, свободный. — Загл. с экрана.

4. Радионов A.A. Электрооборудование и электроавтоматика — М.: Магнитогорск, 2011. — 126 с.

УДК 621.771.25-83

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ НАСТРОЙКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СТАНА ISF5 НА КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ

И. Р. Сафин, С.И. Лукьянов, Е.Э. Бодрое

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», институт ЭиАС, кафедра ЭиМЭ [email protected], [email protected]

Аннотация

В данной статье рассмотрено влияние параметров настройки электроприводов стана ISF5 на качество профиля проката для армирования железобетонных конструкций. Определена значимость влияния факторов на глубину профиля по критерию Фишера. Выявлена необходимость построения системы управления размоточным аппаратом для повышения точности глубины профиля.

Ключевые слова: арматурный прокат, дисперсионный анализ, глубина профиля

INVESTIGATION OF SETTINGS ELECTRIC OF DRIVE ISF5 MILL INFLUENCE ON PRODUCT QUALITY I.R. Safin, S.I. Lukiyanov, E. E. Bodrov

Nosov Magnitogorsk State Technical University Institute of Power Engineering and Automated Systems, Chair of Electronics and Microelectronics [email protected], [email protected]

Abstract

In this article the influence of the electric drive mill ISF5 settings on the quality of profile of the steel which is used for reinforced concrete structures is considered. The significance of the factors influencing on the profile’s depth by Fisher’ method is determined. And identified the necessity to build a control system for unwinding apparatus for improving the accuracy of the profile’s depth.

Arduino nano программирование. | Знаток Статьи

Нынешний мир микроэлектроники и робототехники многосторонен и перспективен. В настоящее время умные машины стали важным компонентом повседневной жизни. Они и бытовые помощники, и необычные технологические функциональные платформы, предоставляющие безопасность связи, информативную помощь и поддержку во всех сферах и областях, а также обработку цифровых массивов и т.д. Также приборы и механизмы, способствующие различным исследовательским экспериментам, высокоточные медицинские системы, ежедневно сохраняющие жизни людей, и конечно популярные робототехнические-игрушки.

Кибертехнологии начинают стремительно идти вперед. Самым из наиболее перспективных направлений в этой сфере оказывается ИИ. Способности искусственного интеллекта общепризнаны. Принципиально новые программы и машины учатся анализировать и давать новую информацию на основании начальной.

ИИ призван копировать умственную и интеллектуальную природу людей.

Наиболее известный и доступный способ понять Искусств. Интеллект — разработка обучаемой программируемой платформы, разработанной на основании устройства мозга. Также необходимо программное воплощение, реализация её математической модели. Для осуществления этого необходимы понимание основ компьютерной грамотности и электроники. На базе универсальных конструкторов сделанных на микросхеме Arduino есть возможность делать всевозможные роботизированные модули, направляемые нейронными сетями.

Практически все новейшие электронные устройства, включая платы Arduino исполняются процессорами. При помощи чего устанавливается их связь между собой. И взаимосвязь с разработчиками. Наборы Arduino строятся на узлах из часто используемых групп контроллеров, типа таких как AVR ATMEGA8.

Код программирования наборов Ардуино базируется на C. Данный инструмент довольно понятен в усвоении и хранит в себе специфичную внутреннюю среду разработки. Такой принцип позволит смоделировать замечательные замыслы даже тем, кто располагает первичным уровнем создания программ.

В наше время почти все старшие школьники с интересом увлеченно осваивают уровни разработки программ, а также микроконтроллеры. Сейчас и у школьников 9-10 лет появилcя шанс постичь нужные в будущем навыки. Всюду появляются классы изучения языков программирования и робототехники для детей. В них ребята учатся открывать комп как механизм для интеллектуального формирования, своими руками строить интернет мини сайты, заниматься с воображаемой реальностью, делать не сложные компьютерные игрушки, но и изобретать собственные электромеханические конструкции. Подростки любых возрастов уже с начальной школы получают шанс сориентироваться с подбором уровня в компьютерной грамотности и осмыслить стоит ли им продолжать свое обучение в такого рода области. Вместе с тем, такого типа семинары обучают учеников оперативно давать результат, заниматься в группе и суметь найти выход из самых сложных положений.

Для сегодняшних подростков замечательным подарком станет электротехнический набор, к примеру, такой как программируемый конструктор. При помощи его ребенок обретает навыки, требующиеся в обучении, и сумеет сам конструировать и претворять в жизнь новые открытия, которые вскоре будут нужными для всего человечества.

Руководство для постигающих Силу тока

Статья проплачена кошками — всемирно известными производителями котят.

Если статья вам понравилась, то можете поддержать проект.

У кошки четыре ноги:
Ввод, вывод, земля и питание,
Но трогать её не моги!
Получится замыкание!

Новости раздела

Добавлена статья Библиотека Meter для Processing


Даже путь в тысячу ли начинается с первого шага (Канон Пути и благодати)

Ардуинщик, как и джедай, должен пройти свой путь. Да пребудет с тобой Сила…тока.

Начало

Подготовка к работе. Установка IDE.

Светодиоды

Первый скетч. Мигаем светодиодами

Цифровые выводы

Управляем выводами платы

Цифровые выводы с PWM

Плавно уменьшаем яркость светодиода

Serial Monitor

Общаемся с компьютером

Потенциометр

Меняем напряжение. Управляем яркостью

Фоторезистор

Измеряем освещённость комнаты

Кнопка

Пощёлкаем?

Светодиоды

Больше светодиодов богу светодиодов

7-сегментный индикатор

Выводим цифру

Processing

Связываемся с Processing

Сервоприводы

Крутим, вертим, вращаем

ЖК-экран

Выводим информацию на экран

Пьезоизлучатель

Пищать будем?

Матричная клавиатура

Гибкая клавиатура 4х4

Библиотеки

В скетчах можно подключить библиотеки, представляющие собой специальным образом оформленный программный код, реализующий некоторый функционал, который можно подключить к создаваемому проекту. Специализированных библиотек существует множество. Среда Arduino IDE поставляется с набором стандартных библиотек: Serial, EEPROM, SPI, Wire и др. Они находятся в подкаталоге libraries.

Другие библиотеки могут быть также загружены с различных ресурсов. Папка библиотеки копируется в каталог стандартных библиотек libraries. Внутри каталога с именем библиотеки находятся файлы *.cpp, *.h. Многие библиотеки снабжаются примерами, расположенными в папке examples. Если библиотека установлена правильно, то она появляется в меню Sketch | Import Library. Выбор библиотеки в меню приведёт к добавлению в исходный код строки:


#include <имя библиотеки.h> 

Эта директива подключает заголовочный файл с описанием объектов, функций и констант библиотеки. Среда Arduino будет компилировать создаваемый проект вместе с указанной библиотекой.

Среды разработки

Кроме стандартной среды разработки Arduino IDE существуют и другие программы.

Eclipse — универсальная оболочка, в которую добавляются различные плагины. Например, долгое время Eclipse был главным инструментом для разработки под Android. Также можно установить плагины для разработки под Arduino.

Atmel Studio 6 — мощная среда разработки для микроконтроллеров, в том числе и для Arduino.

На сайте Arduino также есть онлайн-редактор.

Недавно вышел ещё один редактор от команды Arduino: Arduino IDE Pro. Пока это альфа-версия и весьма сырая.

Есть отдельные расширения для Visual Studio и Visual Studio Code.

Многим нравится PlatformIO.

Словарик английских терминов

Если придётся читать документацию на английском, то не помешает знать некоторые специфические слова.

continuity — электропроводность
circuit — цепь, контур
voltage, current, resistance — напряжение, ток, сопротивление
conductor — проводник
AC (alternating current) — переменный ток (в розетке)
DC (direct current) — постоянный ток (от батарейки)
VCC — Voltage Common Collector. На практике означает плюс питания, например, 5V.
D — сокращение от Digital, S — от Signal. Означают те контакты, которые нужно подключать к цифровым (D) или аналоговым (S) пинам.
pull-up (подтягивающие) и pull-down (стягивающие) — резисторы для устранения дребезга кнопок
Forward voltage — прямое напряжение
SDA (Serial Data Line) — линия данных (Шина I²C)
SCL (Serial Clock Line) или SCK — тактовая линия (Шина I²C)
MOSI (Master-Out, Slave-In) — ведущий посылает, ведомый принимает
MISO (Master-In, Slave-Out) — ведущий принимает, ведомый посылает
SS или CS (Slave Select или Chip Select) — выбор ведомого или выбор устройства.

Книги

25 крутых проектов с Arduino

Полезные ссылки

Adafruit Learning System — набор учебных примеров, в том числе и по Arduino.

learn.sparkfun.com — учебные примеры от Sparkfun.

Реклама

Что такое Arduino?||Arduino-diy.

com

Arduino — это open-source платформа, которая состоит из двух основных частей: самой платы (часто называемой микроконтроллер) и программного обеспечения (специальной оболочки для программирования платы) или IDE (Integrated Development Environment).

Программное обеспечение запускается на персональном компьютере и позволяет записывать разработанный вами код на плату.

Общая информация об Arduino

Arduino обрели особенно сильную популярность среди людей, которые только начинают заниматься электроникой. На то есть несколько причин. В отличие от большинства предшественников, Arduino не требует дополнительного оборудования (программатора) для загрузки кода на плату — используется простой USB-кабель. Оболочка для программирования — Arduino IDE использует упрощенную версию C++, что облегчает процесс обучения для новичков. Кроме того, Arduino использует стандартизированный форм фактор для большинства своих плат, благодаря чему появился целый комплект дополнительных «шилдов».

Arduino Uno показана на рисунке ниже:

Arduino Uno — одна из самых популярных плат в линейке и является отличным выбором для начинающих. Технические характеристики этой модели будут рассмотрены ниже.

Оболочка Arduino IDE:

Поверите или нет, но показанные на рисунке выше 10 строчек кода достаточно, чтобы заставить мигать встроенный на плату светодиод. Возможно, сам код для вас сейчас не очень понятен, но поверьте, он предельно логичен и лаконичен. После этой статьи и нескольких туториалов, вам не составит труда его реализовать самостоятельно.

В этой статье мы остановимся на следующих основных моментах:

  • Какие проекты можно реализовать с Arduino
  • Основные узлы плат Arduino
  • Номенклатура самых удачных моделей Arduino
  • Дополнительные (периферийные) устройства для Arduino

Рекомендуем также дополнительно почитать

Arduino предназначена не только для узкоспециализированных специалистов. При этом процесс их освоения будет гораздо легче и приятнее, если у вас за плечами базовые знания схемотехники и электротехники. Рекомендуем получить хотя бы общее понимание перечисленных ниже вещей прежде чем углубляться в удивительный мир Arduino:

Зачем вам Arduino?

Arduino разработана для… Всех. Так, во всяком случае, заявлено на официальном сайте компании. Список примерно такой: артисты, дизайнеры, хакеры, программисты, инженеры, для всех, кто интересуется разработкой и воплощением интерактивных проектов. Arduino может взаимодействовать с кнопками, светодиодами, двигателями, динамиками, GPS-модулями, температуру, камерами, интернетом и даже вашим смартфоном или телевизором! Подобная гибкость в сочетании с тем, что софт от Arduino — совершенно бесплатный, сами платы достаточно дешевые и легки в осваивании привела к появлению огромного сообщества поклонников данной платформы, которые выкладывают собственные куски кода, библиотеки и инструкции для огромного количества проектов с использованием Arduino.

Arduino используются в качестве «мозгов» для роботов, 3D принтеров, в системах автоматизированного полива, светодиодных кубах, грелках, в системах «умных домов» и т.д. Список постоянно растет. Все проекты и не перечислишь. Скажем так: Arduino находят применение практически в любом проекте, где необходима автоматизация.

И это только вершина айсберга. Если вам интересно взглянуть на Arduino проекты в действии, вот несколько ссылок на хорошие ресурсы (на английском языке):

Из чего состоит плата Arduino?

Выпускаются различные модели Arduino. Каждая из них «заточена» для различных задач. Некоторые платы принципиально отличаются от приведенной на рисунке ниже. Но большинство из них имеют следующие одинаковые узлы:

Разъем питания (USB / разъем для адаптера)

Каждая плата Arduino должна подключаться к источнику питания. Arduino Uno может запитываться от USB кабеля от вашего персонального компьютера Или от отдельного адаптера, который подключается к предусмотренному на плате разъему. На рисунке соединение через USB отмечено (1), а разъем для внешнего источника питания — (2).

USB также используется для загрузки вашей программы (скетча) на плату.

Примечание! Не используйте источник питания с напряжением на выходе более 20 вольт. Это может привести к тому, что ваша плата перегорит. Рекомендуемое напряжение питания для Arduino — от 6 до 12 вольт.

Разъемы (пины) (5V, 3.3V, GND, Analog, Digital, PWM, AREF)

Пины на вашей плате Arduino — это предусмотренные разъемы, к которым вы будете подключать провода от периферийных устройств (очень часто для прототипов используют монтажные платы (макетная плата, макетка) и провода с коннекторами на концах). На Arduino несколько типов пинов, каждый из которых подписан в соответствии с выполняемой функцией.

  • GND (3): сокращение от ‘Ground’ — ‘Земля’. На платах несколько пинов GND, каждый из которых может использоваться для заземления вашей электрической цепи.
  • 5V (4) и 3. 3V (5): как вы могли уже догадаться — питы, которые на выходе обеспечивают питание 5 вольт и 3.3 вольт соответственно. Большинство компонентов, которые подключаются к Arduino, благополучно питаются именно от 5 или 3.3 вольт.
  • Analog (6): на участке, который подписан ‘Analog In’ (от A0 до A5 на Arduino Uno) расположены аналоговые входы. Эти пины позволяют считывать сигналы от аналоговых датчиков (например, датчик температуры) и преобразовывать их в цифровые значения, которыми мы в дальнейшем оперируем.
  • Digital (7): напротив аналоговых пинов находятся цифровые пины (от 0 до 13 на Arduino Uno). Эти пины используются для цифровых входящих (input) сигналов (например, нажатие кнопки) и для генерации цифровых исходящих (output) сигналов (например, питание светодиода).
  • PWM (8): вы наверное заметили знак (~) рядом с некоторыми цифровыми пинами (3, 5, 6, 9, 10, и 11 на UNO). Эти пины работаю как в обычном цифровом режиме, так и в режиме ШИМ-модуляции (PWM). Если объяснить вкратце — эти пины могут имитировать аналоговый выходной сигнал (например, для постепенного затухания светодиода).
  • AREF (9): Этот пин используется достаточно редко. В некоторых случаях это подключают в схему для установки максимального значения напряжения на аналоговых входах (от 0 до 5 вольт).

Кнопка сброса (Reset Button)

Как и на оригинальных Nintendo, на Arduino есть кнопка сброса (reset) (10). При нажатии на нее контакт сброса замыкается с землей и код, загруженный на Arduino начинает отрабатывать заново. Полезная опция, если ваш код отрабатывает без повторов, но вы хотите протестить его работу.

Индикатор питания (Power LED)

Немного справа и ниже надписи “UNO” установлен светодиод, подписанный «on» (11). Этот светодиод должен загореться, когда вы подключили Arduino к источнику питания. Если светодиод не загорелся — плохой знак ;).

Светодиоды TX и RX

TX — сокращение от transmit (передача), RX — от receive (прием). Эти условные обозначения часто встречаются в электронике для обозначения контактов, которые отвечают за серийный обмен данным. На Arduino Uno эти контакты встречаются два раза на цифровых пинах 0 и 1 и в качестве светодиодов TX и RX (12). Эти светодиоды позволяют визуально отслеживать, передает или принимает данные Arduino (например, при загрузке программы на плату).

Главная интегральная микросхема (IC)

Черная деталь с металлическими коннекторами с двух сторон это интегральная микросхема, микропроцессор (IC или Integrated Circuit) (13). Можете смело считать, что это «мозги» нашей Arduino. Этот чип разный в разных моделях Arduino, но обычно он относится к линейке микропроцессоров ATmega от компании ATMEL. Это может оказаться важной информацией для загрузки скетча на плату. Модель интегральной микросхемы обычно указана на ее верхней корпусной части. Для дополнительной информации о вашей микросхеме стоит обратиться к ее даташиту.

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения (14) is выполняет функцию, указанную в названии — контролирует напряжение, которое поступает на плату Arduino. Можете его себе представить как охранника, который не пропускает слишком большое напряжение на плату во избежание ее повреждений. Конечно же, у регулятора есть свой предел. Так что питать Arduino напряжением больше 20 вольт нельзя.

Номенклатура плат Arduino

Arduino производит разные платы, каждая из который имеет собственные особенности. Кроме того, Arduino придерживаются модели open source, благодаря чему другие могут модифицировать и производить клоны Arduino, расширять и изменять их функционал и форм-фактор. Ниже приведены короткие сведения о различных моделях Arduino.

Arduino Uno (R3)

Arduino Uno — отличный выбор для начинающих. Очень сбалансированная плата, на которой есть, все, что вам может понадобиться и минимум лишнего. На плате 14 цифровых пинов, которые работаю на вход и на выход (6 из них поддерживают ШИМ-модуляцию), 6 аналоговых входов. Подключается плата с помощью USB. Есть джек для отдельного источника питания, кнопка сброса и т.п. Для начала работы с микроконтроллером достаточно подключить плату к компьютеру с помощью USB кабеля.

LilyPad Arduino

Основная плата в линейки LilyPad Arduino! LilyPad разработана в первую очередь для использования на одежде. Пины соединяются с периферийными устройствами с помощью токопроводящей нити. Есть куча дополнительных плат расширений для LilyPad. Большинство из них спроектированы таким образом, что не боятся влаги.

RedBoard

Разработка SparkFun, которая программируется с помощью USB Mini-B кабеля в оболочке Arduino IDE. Основными преимуществами производитель называет: стабильность работы под ОС Windows 8 благодаря драйверам с необходимой цифровой подписью. На плате используется чип USB/FTDI, который меньше по габаритам по сравнению с чипом на Arduino UNO. Для заливки скетча на плату в IDE выбирается модель Arduino UNO. Регулятор напряжения рассчитан на питание в диапазоне от 7 до 15 вольт.

Arduino Mega (R3)

Arduino Mega — словно старший брат Uno. На плате много (54!) цифровых входов/выходов (14 из них поддерживают ШИМ-модуляцию). Благодаря большому количеству пинов, плата используется для комплексных проектов, в которых подключается большое количество периферии (например, сведодиодов или кнопок). Подключение к компьютеру реализуется таким же кабелем как и на Arduino Uno. Естественно, предусмотрен джек для адаптера.

Arduino Leonardo

Leonardo — первая разработка Arduino, в которой используется один микроконтроллер со встроенным USB. Это значит, что плата становится проще и дешевле. Так как плата подключается непосредственно к USB без конвертера, есть библиотеки, которые позволяют эмулировать компьютерную мышь, клавиатуру и многое другое!

Arduino Pro Mini

Arduino Pro Mini — лучший вариант для ваших проектов, в которых необходима высокая мобильность или крепление контроллера непосредственно на подвижных узлах вашего механизма. Полный гайд по использованию плат Arduino Pro Mini можно найти в этой статье.

Дополнительные устройства для Arduino

Безусловно, Arduino сама по себе уже прекрасна. Но как отдельный узел она на многое не способна. Что-то надо к ней подключать. На просторах интернета огромное количество туториалов и проектов, из которых вы можете черпать идеи для своих проектов. В этой части мы сделаем небольшой обзор датчиков и шилдов (плат расширений) для Arduino.

Датчики (сенсоры)

С помощью коротенького кода и Arduino вы можете управлять широчайшим спектром датчиков — сенсоров, которые позволяют измерять уровень освещенности, температуру, давление, расстояние, силу, влажность, радиоактивность, ускорение и многое другое. На рисунке ниже приведены несколько из огромного количества датчиков, совместимых с Arduino:

Шилды (Shields) для Arduino

Помимо всего прочего, есть такая замечательная вещь как шилды — по сути это отдельная электросхема, которая имеет коннекторы и садится на вашу плату Arduino и обеспечивает упрощенное управление двигателями (Motor шилд), подключение к интернету (Ethernet шилд), радиосвязь, управление жидкокристаллическими и сенсорными экранами и т. д.

Некоторые из шилдов показаны на рисунке ниже:

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

Инструкция по Arduino: продолжаем разбираться

Введение

Привет друзья, меня зовут Алексей, и я (от имени и по поручению команды Giant4) решил написать небольшой курс статей по использованию платы Arduino Nano и адресной ленты, на основе светодиодов ws2812b. На сегодня это уже пятая статья. В прошлый раз мы немного подтянули свой навык программирования. Конечно же, еще есть куда расти, но нам уже проще понимать скетчи и писать свои. А теперь давайте немного попаяем.

 

Подключение

Да, мы об этом уже говорили, но везде есть свои нюансы. Сегодня мы немного усовершенствуем подключение ленты. Давайте вспомним, как мы подключали ее в прошлых статьях.

А теперь предлагаю добавить токоограничивающий резистор номиналом от 200 до 500 Ом. Не буду вдаваться в подробности, скажу только следующее: без него есть шанс выгорания вывода на плате Arduino Nano или выхода из строя первого пикселя на ленте. Резистор необходимо добавить к проводу, через который передаются команды управления. В статьях ранее мы эту тему уже проговорили, но я дам дополнительно фото и схему. Я использовал резистор номиналом в 270 Ом, мощность не важна.

Конечно же, не стоит оставлять подвешенными в воздухе контакты, любое неосторожное движение может привести к короткому замыканию и выходу из стоя электроники. Поэтому я воспользовался термоусадкой, но если ее нет, то можно заизолировать с помощью кембрика из более толстой изоляции, снятой с провода, или изоленты.

Также знайте, что нередко помехи на линии питания отрицательно влияют на работу адресной ленты и Arduino Nano. Также сама адреснаялента создает помехи на линии питания. С этим можно бороться, достаточно просто припаять конденсатор параллельно питанию. Лучше всего для этого подойдет электролит от 470 до 1000 мкФ и с рабочим напряжением от 6. 3 В. А также, так как это электролит, то не стоит забывать о полярности: белая полоска на корпусе — это общий. Я припаяю конденсатор прямо к плате Arduino Nano. Также, если источник питания ненадежен, то стоит добавить конденсатор и на него. Благо у меня такая проблема отсутствует, так как ленту и блоки питания я покупаю в интернет-магазине giant4.ru 😉

Далее, раз уж мы уже начали говорить о блоках питания, давайте немного в них разберемся. Существует огромное множество разных БП, и с выбором конкретной модели мы сейчас не определимся, так как данная статья не об этом. Но суть в том, что все устройства, еоторые работали у нас с вами до этого момента, брали питание от компьютера, через который мы программировали МК. Следовательно, в реальных задачах так не поступают, а используют источник питания. Для данной статьи я буду пользоваться пятивольтовым блоком питания способным выдавать до12А.

Здесь у меня есть клемма, куда подключено 220В переменного тока, а также 5-вольтовый выход постоянного тока. Это нам и нужно, чтобы запитать Arduino Nano и адресную ленту.

Не будем долго задерживаться на данной теме, поэтому ниже на картинке иллюстрация и схема. Именно так необходимо подключить, чтобы все работало.

А чтобы запрограммировать МК, нужно подключить плату по USB проводу к компьютеру, таким же образом, как мы делали это раньше. Важный момент при подключении к компьютеру: в данном случае блок питания может быть отключен, так как у нас всего пять пикселей на ленте и нагрузка маленькая, можно питать ленту и от самой платы. Но если длина ленты больше, чем 5 пикселей, а скорее всего так и будет в реальных проектах, то блок питания должен быть включен. Иначе Arduino Nano выйдет из строя из-за через мерной нагрузки.

Если возникла необходимость подключить несколько метров ленты, то так сделать можно, но есть нюансы: медные дорожки на светодиодной ленте достаточно тонкие, и если идет большая нагрузка, то дорожки начинают греться и напряжение на определенной длине ленты начнет падать. Это не скажется хорошо на работе системы, но выход есть. Нужно просто дублировать питание на протяжении всей ленты, скажем, в метровый интервал (смотрите ниже схему подключения).

Заключение

Сегодня мы наконец-то правильно подключили адресную ленту. К сожалению, нельзя уместить абсолютно все в формат статьи, но главное то, что вы можете смело подключать ленту любой длины к плате управления. Главное, чтобы мощности блока питания хватило. Кстати, если вы следуете нашим статьям, как урокам, то в вашей Arduino Nano осталась написанная нами программа. Так что, если подключить блок питания к электросети, то наш сценарий запросто отработает. До встречи в следующей статье, там мы уже напишем программу посерьезнее!


Arduino Uno на Ch440G. Как подключить? Ответ есть. Различия между версиями Arduino Uno R3 / Статьи — Амперо

В поисках более низкой цены, Вами была куплена Arduino Uno на микросхеме Ch440G, и теперь вы думаете как ее подключить? Ответ есть, и все достаточно просто.

 

Отличие Arduino Uno Ch440G от «оригинальной» Arduino Uno

Сразу оговорюсь, что под «оригинальной» Ардуино понимается, такая же Китайская, но полностью идентичная Итальянской по своей электронной компонентной базе.

Примеры данных плат:

Arduino Uno «оригинальная»: https://ampero.ru/arduino-uno-r3.html

Arduni Uno на Ch440G: https://ampero.ru/arduino-uno-r3-ch440g.html

Как видите цены значительно отличаются.

Arduino Uno Ch440G отличается  от «оригинальной» Arduino Uno двумя основными моментами:

1. В основе платы вместо микроконтроллера ATmega328P-PU используется ATmega328P-AU. Это один и тот же контроллер, отличающийся лишь корпусом (DIP и SMD)

2. Используются разные микросхемы для прошивки микроконтроллера из пункта 1. В «оригинале» это ATMega16U2, в истинно китайском — Ch440G.

Как подключить Arduino Uno на Ch440G

Если с обычной версией ардуинки подключил и работаешь, то с версией Ch440G, надо дополнительно сделать пару несложных телодвижений.

  1. Скачать драйвер для Arduino Uno Ch440G (Для всех ОС). Внимание! во время установки драйвера, ардуино должен быть подключен! 
  2. Если у Вас версия WAVGAT (как на картинке), то установите дополнительные библиотеки. Скачать можно здесь. Затем содержимое папки hardware копируете в папку C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware (ну, или где у вас лежит Arduino IDE), а содержимое папки libraries копируете в C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries.После этого перезапускаем Arduino IDE, выбираем наш порт в Инструменты -> Порт (посмотреть какой у вас порт можно в диспетчере устройств). Напоследок выбираем наше устройство WAVGAT UNO R3:

 Теперь все должно работать! Если что-то не получается пишите в комментарии. Спасибо.

Статьи по ключевому слову «Arduino» — Молодой учёный

Молодой учёный №16 (120) август-2 2016 г. — Данилов О. Е.

Применение конструирования и программирования робототехнических устройств в обучении как инновационная образовательная технология

Молодой учёный №17 (121) сентябрь-1 2016 г. — Сохатюк Ю. В.

Из опыта использования Arduino в курсовом и дипломном проектировании

Молодой учёный №11 (115) июнь-1 2016 г. — Боранбаев М. С., Андреева Т. В., Риман О. Д.

Разработка робота для транспортировки малогабаритных объектов на базе микроконтроллера AVR

Молодой учёный №27 (131) декабрь 2016 г. — Смирнов А. Б., Дубовицких В. А., Мезенцев Д. А.

Разработка робота для передвижения по пересеченной местности на базе микроконтроллера ATmega328P

Образование и воспитание №3 (18) июнь 2018 г. — Ким Т. Ю., Артикбаев М. А., Маринина Е. В.

Роль студентов в использовании платформы Arduino в высших учебных заведениях

Молодой учёный №5 (85) март-1 2015 г. — Данилов О. Е.

Обучение аппаратному моделированию на базе микроконтроллерных плат

Молодой учёный №4 (346) январь 2021 г. — Емельянов Г. В.

Программирование микроконтроллеров Arduino

Молодой учёный №3 (345) январь 2021 г. — Емельянов Г. В.

Автоматизация управления освещённостью помещения

Молодой учёный №20 (362) май 2021 г. — Руселевич Н. Ф.

Особенности выбора технических средств обучения образовательной робототехнике в средней школе

Что такое Ардуино? — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 42

Введение

Arduino — это платформа с открытым исходным кодом, используемая для создания проектов электроники. Arduino состоит из физической программируемой печатной платы (часто называемой микроконтроллером) и части программного обеспечения или IDE (интегрированной среды разработки), которая работает на вашем компьютере и используется для записи и загрузки компьютерного кода на физическую плату.

Платформа Arduino стала довольно популярной среди людей, только начинающих заниматься электроникой, и не зря. В отличие от большинства предыдущих программируемых плат, Arduino не требует отдельного оборудования (называемого программатором) для загрузки нового кода на плату — вы можете просто использовать USB-кабель. Кроме того, IDE Arduino использует упрощенную версию C ++, что упрощает обучение программированию. Наконец, Arduino предоставляет стандартный форм-фактор, который разбивает функции микроконтроллера в более доступный пакет.

Это Arduino Uno

Uno — одна из самых популярных плат в семействе Arduino и отличный выбор для новичков. Мы поговорим о том, что на нем и что он умеет, позже в уроке.

Это снимок экрана IDE Arduino.

Вы не поверите, но эти 10 строк кода — это все, что вам нужно, чтобы мигать встроенным светодиодом на вашем Arduino. Код может быть не совсем понятным прямо сейчас, но после прочтения этого руководства и многих других руководств по Arduino, ожидающих вас на нашем сайте, мы быстро научим вас!

Вы узнаете

В этом руководстве мы рассмотрим следующее:

  • Какие проекты можно реализовать с помощью Arduino
  • Что стоит на типичной плате Arduino и почему
  • Различные разновидности плат Arduino
  • Некоторые полезные виджеты для использования с Arduino

Рекомендуемая литература

Arduino — отличный инструмент для людей любого уровня подготовки. Однако вам будет намного лучше учиться вместе с Arduino, если вы заранее разберетесь в основах фундаментальной электроники. Мы рекомендуем вам иметь хотя бы хорошее представление об этих концепциях, прежде чем погрузиться в чудесный мир Arduino.

Ищете подходящую Arduino?

Ознакомьтесь с нашим руководством по сравнению с Arduino ! Мы скомпилировали все имеющиеся у нас платы для разработки Arduino, чтобы вы могли быстро сравнить их и найти идеальную для своих нужд.

Отведи меня туда!

Для чего он нужен?

Аппаратное и программное обеспечение Arduino было разработано для художников, дизайнеров, любителей, хакеров, новичков и всех, кто интересуется созданием интерактивных объектов или сред. Arduino может взаимодействовать с кнопками, светодиодами, двигателями, динамиками, устройствами GPS, камерами, Интернетом и даже вашим смартфоном или телевизором! Эта гибкость в сочетании с тем фактом, что программное обеспечение Arduino является бесплатным, аппаратные платы довольно дешевы, а программное и аппаратное обеспечение легко изучить, привела к большому сообществу пользователей, которые предоставили код и выпустили инструкции для огромного . множество проектов на базе Arduino.

Для всего, от роботов и грелки для согрева рук до честных гадальных машин и даже для перчаток для бросания кубиков в Dungeons and Dragons, Arduino может быть использован как мозг практически для любого электронного проекта.

_Наденьте свою репутацию ботаника на рукаве … эээ, руку. _

И это действительно только верхушка айсберга — если вам интересно, где найти больше примеров проектов Arduino в действии, вот несколько хороших ресурсов для проектов на основе Arduino, которые помогут вам в творчестве:

Что на доске?

Существует множество разновидностей плат Arduino (объяснение на следующей странице), которые можно использовать для различных целей.Некоторые платы выглядят немного иначе, чем та, что представлена ​​ниже, но большинство Arduinos имеют большинство этих общих компонентов:

Питание (USB / цилиндрический разъем)

Каждой плате Arduino нужен способ подключения к источнику питания. Arduino UNO может питаться от USB-кабеля, идущего от вашего компьютера, или от настенного источника питания (например, этого), который заканчивается в цилиндрическом разъеме. На рисунке выше USB-соединение обозначено (1) , а цилиндрическое гнездо — (2) .

USB-соединение также используется для загрузки кода на плату Arduino. Подробнее о том, как программировать с помощью Arduino, можно найти в нашем руководстве по установке и программированию Arduino.

ПРИМЕЧАНИЕ: НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ источник питания с напряжением более 20 В, так как вы перегрузите (и тем самым разрушите) ваш Arduino. Рекомендуемое напряжение для большинства моделей Arduino составляет от 6 до 12 В.

контактов (5 В, 3,3 В, GND, аналоговый, цифровой, PWM, AREF)

Контакты на вашем Arduino — это места, где вы подключаете провода для создания схемы (возможно, вместе с макетной платой и некоторым проводом.Обычно у них есть черные пластиковые «разъемы», которые позволяют просто подключить провод прямо к плате. Arduino имеет несколько различных типов контактов, каждый из которых помечен на плате и используется для различных функций.

  • GND (3) : сокращение от «Ground». На Arduino есть несколько контактов GND, любой из которых можно использовать для заземления вашей цепи.
  • 5 В (4) и 3,3 В (5) : Как вы могли догадаться, вывод 5 В обеспечивает питание 5 В, а вывод 3,3 В — 3.3 вольта питания. Большинство простых компонентов, используемых с Arduino, нормально работают от 5 или 3,3 вольт.
  • Аналоговый (6) : Область контактов под меткой «Аналоговый вход» (от A0 до A5 на UNO) является контактами аналогового входа. Эти контакты могут считывать сигнал с аналогового датчика (например, датчика температуры) и преобразовывать его в цифровое значение, которое мы можем прочитать.
  • Цифровой (7) : Напротив аналоговых контактов находятся цифровые контакты (от 0 до 13 на UNO). Эти контакты могут использоваться как для цифрового входа (например, для определения нажатия кнопки), так и для цифрового выхода (например, для включения светодиода).
  • PWM (8) : Вы могли заметить тильду (~) рядом с некоторыми цифровыми контактами (3, 5, 6, 9, 10 и 11 на UNO). Эти выводы действуют как обычные цифровые выводы, но также могут использоваться для так называемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ). У нас есть руководство по ШИМ, но пока подумайте об этих выводах как о способных имитировать аналоговый выход (например, включение и выключение светодиода).
  • AREF (9) : Обозначение аналогового задания. В большинстве случаев эту булавку можно оставить в покое. Иногда его используют для установки внешнего опорного напряжения (от 0 до 5 В) в качестве верхнего предела для аналоговых входных контактов.

Кнопка сброса

Как и в оригинальной Nintendo, Arduino имеет кнопку сброса (10) . Нажатие на нее временно подключит контакт сброса к земле и перезапустит любой код, загруженный на Arduino. Это может быть очень полезно, если ваш код не повторяется, но вы хотите протестировать его несколько раз. Однако, в отличие от оригинальной Nintendo, продувка Arduino обычно не решает никаких проблем.

Светодиодный индикатор питания

Справа от слова «UNO» на печатной плате есть крошечный светодиод рядом со словом «ON» (11) .Этот светодиод должен загораться всякий раз, когда вы подключаете Arduino к источнику питания. Если этот индикатор не загорается, велика вероятность, что что-то не так. Пора перепроверить вашу схему!

TX RX Светодиоды

TX — это передача, RX — прием. Эти отметки довольно часто встречаются в электронике, чтобы указать на контакты, отвечающие за последовательную связь. В нашем случае на Arduino UNO есть два места, где появляются TX и RX — один раз у цифровых контактов 0 и 1, а второй раз рядом с светодиодами TX и RX (12) .Эти светодиоды будут давать нам приятную визуальную индикацию всякий раз, когда наш Arduino получает или передает данные (например, когда мы загружаем новую программу на плату).

Основная микросхема

Черная штука со всеми металлическими ножками — это ИС или интегральная схема (13) . Думайте об этом как о мозге нашего Arduino. Основная ИС на Arduino немного отличается от типа платы к типу платы, но обычно от линейки микросхем ATmega от компании ATMEL. Это может быть важно, так как вам может потребоваться узнать тип IC (вместе с типом вашей платы), прежде чем загружать новую программу из программного обеспечения Arduino.Эту информацию обычно можно найти в письменной форме на верхней стороне ИС. Если вы хотите узнать больше о различиях между различными микросхемами, часто полезно прочитать таблицы данных.

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения (14) на самом деле не является чем-то, с чем вы можете (или должны) взаимодействовать на Arduino. Но потенциально полезно знать, что он есть и для чего он нужен. Стабилизатор напряжения делает именно то, что он говорит — он контролирует количество напряжения, которое подается на плату Arduino. Думайте об этом как о привратнике; он отключит дополнительное напряжение, которое может повредить цепь. Конечно, у этого есть свои пределы, поэтому не подключайте Arduino к чему-либо, превышающему 20 вольт.

Семейство Arduino

Arduino делает несколько разных плат, каждая с разными возможностями. Кроме того, часть оборудования с открытым исходным кодом означает, что другие могут модифицировать и производить производные платы Arduino, которые обеспечивают еще больше форм-факторов и функциональности.Если вы не уверены, какой из них подходит для вашего проекта, ознакомьтесь с некоторыми полезными советами в этом руководстве. Вот несколько вариантов, которые хорошо подходят тем, кто плохо знаком с миром Arduino:

Ардуино Uno (R3)

Uno — отличный выбор для вашего первого Arduino. В нем есть все, что нужно для начала, и ничего лишнего. Он имеет 14 цифровых входов / выходов (из которых 6 могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, USB-соединение, разъем питания, кнопку сброса и многое другое. Он содержит все необходимое для поддержки микроконтроллера; просто подключите его к компьютеру с помощью кабеля USB или включите адаптер переменного тока в постоянный или аккумулятор, чтобы начать работу.

LilyPad Arduino

Это основная плата LilyPad Arduino! LilyPad — это носимая электронная текстильная технология, разработанная Лией Бечли и совместно разработанная Лией и SparkFun. Каждый LilyPad был креативно разработан с большими соединительными подушечками и плоской спинкой, чтобы их можно было вшивать в одежду с помощью токопроводящей нити. LilyPad также имеет собственное семейство входных, выходных, силовых и сенсорных плат, которые также созданы специально для электронного текстиля. Их даже можно стирать!

Красная доска

В SparkFun мы используем много Arduinos и всегда ищем самый простой и стабильный.Каждая плата немного отличается, и ни на одной плате нет всего, что нам нужно, поэтому мы решили создать свою собственную версию, сочетающую в себе все наши любимые функции.

RedBoard может быть запрограммирован через кабель USB Mini-B с помощью Arduino IDE. Он будет работать в Windows 8 без изменения настроек безопасности (мы использовали подписанные драйверы, в отличие от UNO). Он более стабилен благодаря используемому нами чипу USB / FTDI, а также полностью плоский на задней панели, что упрощает встраивание в ваши проекты. Просто подключите плату, выберите «Arduino UNO» в меню платы, и вы готовы загрузить код.Вы можете запитать RedBoard через USB или через разъем типа «бочонок». Встроенный регулятор мощности может работать от 7 до 15 В постоянного тока.

Ардуино Мега (R3)

Arduino Mega похожа на старшего брата UNO. Он имеет множество ( 54! ) контактов цифрового ввода / вывода (14 могут использоваться как выходы ШИМ), 16 аналоговых входов, соединение USB, разъем питания и кнопку сброса. Он содержит все необходимое для поддержки микроконтроллера; просто подключите его к компьютеру с помощью кабеля USB или включите адаптер переменного тока в постоянный или аккумулятор, чтобы начать работу. Большое количество контактов делает эту плату очень удобной для проектов, требующих большого количества цифровых входов или выходов (например, множества светодиодов или кнопок).

Ардуино Леонардо

Leonardo — первая плата разработки Arduino, в которой используется один микроконтроллер со встроенным USB. Это значит, что это может быть дешевле и проще. Кроме того, поскольку плата обрабатывает USB напрямую, доступны библиотеки кодов, которые позволяют плате имитировать компьютерную клавиатуру, мышь и многое другое!

Расширенная семья

Хотя ваша плата Arduino и красива, но она не может многое сделать сама по себе — ее нужно к чему-то подключить.Здесь есть много руководств по обучению, а также ссылки в разделе «Что он делает», но мы редко говорим об общих видах вещей, к которым вы легко можете подключиться. В этом разделе мы познакомимся с базовыми датчиками , а также с экранами Arduino , двумя из самых удобных инструментов для воплощения ваших проектов в жизнь.

Датчики

С помощью некоторого простого кода Arduino может управлять и взаимодействовать с широким спектром датчиков — вещи, которые могут измерять свет, температуру, степень изгиба, давление, приближение, ускорение, угарный газ, радиоактивность, влажность, барометрическое давление, вы назовите это, вы можете это почувствовать!

Всего несколько датчиков, которые легко совместимы с Arduino

Щиты

Кроме того, есть эти штуки, называемые щитами — в основном это готовые печатные платы, которые устанавливаются поверх вашего Arduino и предоставляют дополнительные возможности — управление двигателями, подключение к Интернету, обеспечение сотовой или другой беспроводной связи, управление ЖК-экран и многое другое.

Частичный выбор доступных экранов для увеличения мощности вашего Arduino

Подробнее о щитах см .:

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь, когда вы знаете все о семействе Arduino, какую плату вы можете использовать для своего проекта, и о том, что существует множество датчиков и экранов, которые помогут вывести ваши проекты на новый уровень. Вот несколько дополнительных материалов, которые могут помочь вам узнать больше о мире электроники.

Ищете подходящую Arduino?

Ознакомьтесь с нашим руководством по сравнению с Arduino ! Мы скомпилировали все имеющиеся у нас платы для разработки Arduino, чтобы вы могли быстро сравнить их и найти идеальную для своих нужд.

Отведи меня туда!

Учебники SparkFun

Установка библиотеки Arduino

Как установить собственную библиотеку Arduino? Это просто! В этом руководстве будет рассказано, как установить библиотеку Arduino с помощью диспетчера библиотек Arduino.Для библиотек, не связанных с Arduino IDE, мы также рассмотрим установку библиотеки Arduino вручную.

Установка Arduino IDE

Пошаговое руководство по установке и тестированию программного обеспечения Arduino в Windows, Mac и Linux.

Установка определений плат в Arduino IDE

Как установить специальную плату / ядро ​​Arduino? Это просто! В этом руководстве будет рассказано, как установить определение платы Arduino с помощью Arduino Board Manager.Мы также рассмотрим ручную установку сторонних ядер, таких как определения плат, необходимые для многих плат для разработки SparkFun.

Учебники Arduino
Руководства по сравнению плат Arduino

Стандартное руководство по сравнению Arduino

Руководство по сравнению Arduino Uno или Pro Mini? Bluetooth или беспроводной? Когда дело доходит до Arduinos, есть много вариантов.Мы скомпилировали все разработки Arduino…

RedBoard против Uno

В этом руководстве мы обсуждаем различия и сходства между RedBoard и Arduino Uno (SMD и PTH). Платформы разработки

Начало работы с Arduino Shields

Ардуино щиты v2

Обновление нашего классического руководства по Arduino Shields! Все, что Arduino экранирует.Что это такое и как их собрать.

Другие руководства по Arduino Shield

Руководство по подключению MicroSD Shield и SD Breakout

Добавление внешнего хранилища в виде карты SD или microSD может стать отличным дополнением к любому проекту. Узнайте, как это сделать, в этом руководстве по подключению платы microSD Shield и коммутационных плат SD.

Photon IMU Shield Hookup Guide

Узнайте, как использовать SparkFun Photon IMU Shield для своего устройства Photon, в котором находится встроенная система LSM9DS1-в-микросхеме, в которой размещены 3-осевой акселерометр, 3-осевой гироскоп и 3-осевой магнитометр.

AST-CAN485 Экран ввода / вывода (24 В) Руководство по подключению

AST-CAN485 I / O Shield — это экран Arduino, который позволяет пользователю взаимодействовать с платой разработки AST-CAN485 с входами и выходами 24 В, что расширяет его полезность в промышленных системах.

Новичок Средний Продвинутый

Нажмите кнопки над для получения руководств по функциональности доски в зависимости от сложности темы.


Начинающий

Последовательная связь

Концепции асинхронной последовательной связи: пакеты, уровни сигналов, скорости передачи, UART и многое другое!

Логические уровни

Узнайте разницу между устройствами 3,3 В и 5 В и логическими уровнями.

Аналог vs.Цифровой

В этом руководстве рассматривается концепция аналоговых и цифровых сигналов в их отношении к электронике.

Типы данных

в Arduino

Узнайте об общих типах данных и их значении в среде программирования Arduino.

Как работать с перемычками и дорожками на печатной плате

Работа с контактными площадками и дорожками на печатной плате является важным навыком.Узнайте, как вырезать дорожку на печатной плате, добавить паяльную перемычку между контактными площадками для перенаправления соединений и восстановить дорожку с помощью метода зеленого провода, если дорожка повреждена.

Средний

I2C

Введение в I2C, один из основных используемых сегодня протоколов встроенной связи.

Прерывания процессора

с Arduino

Что такое прерывание? В двух словах, существует метод, с помощью которого процессор может выполнять свою обычную программу, непрерывно отслеживая какое-либо событие или прерывание.Есть два типа прерываний: аппаратные и программные. В этом руководстве мы сосредоточимся на аппаратных прерываниях.

Продвинутый

Установка загрузчика Arduino

Из этого туториала Вы узнаете, что такое загрузчик и зачем его нужно устанавливать или переустанавливать. Мы также рассмотрим процесс записи загрузчика, записав шестнадцатеричный файл в микроконтроллер Arduino.

Интегральные схемы

Введение в интегральные схемы (ИС). Вездесущие черные фишки электроники. Включает внимание к разнообразию корпусов ИС.

Что такое схема?

Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.

Как использовать макетную плату

Добро пожаловать в чудесный мир макетов. Здесь мы узнаем, что такое макетная плата и как с ее помощью построить вашу самую первую схему.

Что такое электричество?

Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещающее наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это непростой вопрос, но этот урок прольет на него некоторый свет!

Электроэнергия

Обзор электроэнергии, скорости передачи энергии.Мы поговорим об определении мощности, ваттах, уравнениях и номинальной мощности. 1,21 гигаватта учебного удовольствия!

Полярность

Введение в полярность электронных компонентов. Узнайте, что такое полярность, в каких частях она есть и как ее идентифицировать.

Как пользоваться мультиметром

Изучите основы использования мультиметра для измерения целостности цепи, напряжения, сопротивления и тока.

Руководства для наших наборов для начинающих
Другие руководства, связанные с Arduino

ИК-связь

В этом руководстве объясняется, как работает обычная инфракрасная (ИК) связь, а также показано, как настроить простой ИК-передатчик и приемник с Arduino.

Генератор часов SparkFun 5P49V60 (Qwiic) Руководство по подключению

Коммутационная плата SparkFun Clock Generator 5P49V60 (Qwiic) предлагает широкий диапазон настраиваемых частот в широком диапазоне различных типов сигналов с использованием единой опорной частоты. В этом руководстве по подключению будут рассмотрены все многие доступные функции и дано краткое изложение оборудования на этой плате.

Популярная плата микроконтроллера! Его история и способы использования

За последние несколько лет многие книги и журналы, посвященные электронным проектам и программированию, стали более широко доступны в книжных магазинах. Если вы читаете названия книг, вы, скорее всего, встретите здесь и там слова «Arduino» и «Raspberry Pi».

Однако, хотя есть много людей, которые слышали об Arduino и Raspberry Pi, не так много тех, кто точно знает, что они из себя представляют.

Итак, в сегодняшней статье мы расскажем вам все об Arduino. Мы рассмотрим такие вопросы, как:

  • Что такое Ардуино?
  • Разница между Arduino и Raspberry Pi
  • Различные типы продуктов Arduino и что нужно знать перед покупкой

Состав:

  1. Что такое Ардуино?
  2. История Arduino и происхождение его названия
  3. Что вы должны использовать: Arduino или Raspberry Pi?
  4. Разница между Arduino и Raspberry Pi
  5. Обучение использованию Arduino
  6. Стандартные продукты Arduino и способы их использования
  7. Другие способы использования Arduino
  8. Другие возможности Arduino
  9. Добро пожаловать в мир электроники!
  1. Что такое Ардуино?

Arduino — это простая в использовании плата микроконтроллера с открытым исходным кодом, которая отлично подходит для новичков и людей с ограниченными знаниями в области электричества, программирования и электроники. Когда вы слышите название Arduino, скорее всего, речь идет о продукте, который вы видите на картинке ниже.

Пример платы Arduino (Arduino UNO)

Вы можете заметить на этой плате различные электронные компоненты. Он похож на платы, которые часто встречаются в персональных компьютерах и телевизорах. Плата Arduino — это макетная плата микроконтроллера, на которой установлен чип (называемый микроконтроллером), функции которого можно изменять с помощью программирования. Плата на фото — один из таких примеров.

Arduino — это не просто плата Arduino. Он также включает одноименную программную интегрированную среду разработки (IDE).

IDE для Arduino

Это конкретное программное обеспечение для программирования часто называют Arduino IDE. Различая плату и программное обеспечение, проще называть их по отдельности «платой Arduino» и «Arduino IDE».

  1. История Arduino и происхождение названия

Arduino возникла в результате разработки платформы под названием «Wiring», построенной Эрнандо Барраганом в 2003 году в качестве исследовательского проекта для его магистерской диссертации в Институте дизайна взаимодействия Ивреа (IDII) в Италии. Его первоначальная цель исследования и цель разработки Wiring заключалась в том, чтобы упростить сложные процессы и механизмы микроконтроллеров, сделав их более доступными для художников и дизайнеров с небольшим знанием электроники.

Проект разработки Arduino начался в 2005 году. Преподаватель магистерской диссертации Баррагана Массимо Банци вместе со студентами Дэвидом Меллисом и Дэвидом Куартиеллесом начал другой проект (разветвление исходного кода Wiring) под названием Arduino.

Название Arduino происходит от названия бара, в котором часто бывал Банци, Bar di Re Arduino, и с тех пор это название закрепилось за ним.

Вскоре популярность Arduino выросла, и с помощью Maker Movement (движение, которое продвигало использование цифровых станков, таких как 3D-принтеры), она быстро стала самой популярной платой для микроконтроллеров в мире.

Если вы посмотрите глубже в историю Arduino, вы найдете множество статей, относящихся к внутреннему разделению команды Arduino (Arduino LLC и Arduino SRL) и их вопросам, связанным с торговыми марками и правами на производство. К счастью, в конечном итоге этот вопрос был урегулирован, что для таких пользователей Arduino, как мы, принесло огромное облегчение (особенно с точки зрения влияния, которое это окажет на распространение платы Arduino и обновления Arduino IDE)!

  1. Что лучше: Arduino или Raspberry Pi?

В настоящее время новичкам легко изучить основы с помощью статей и книг.Вы часто найдете множество заголовков, таких как «Как делать ~ с Arduino» и «Как делать ~ с Raspberry Pi».

Но для новичка может быть непросто знать, с чего начать. Многие люди, вероятно, задаются вопросом: «Что мне купить?» Задержитесь на этом вопросе. Во-первых, давайте кратко рассмотрим различия между Arduino и Raspberry Pi.

Arduino — это плата микроконтроллера, а Raspberry Pi — одноплатный микрокомпьютер. Мы только что бегло рассмотрели плату микроконтроллера.Возможно, лучший способ описать одноплатный микрокомпьютер — это «небольшой персональный компьютер, который может выполнять минимум необходимых функций». Имея это в виду, вы можете рассмотреть разные точки зрения и решить, использовать ли Arduino или Raspberry Pi в зависимости от ваших потребностей.

Raspberry Pi 4 Модель B

  1. Разница между Arduino и Raspberry Pi

Некоторые люди скажут, что между микроконтроллером и персональным компьютером лучше всего подходит персональный компьютер, потому что он более совместим с продвижением вперед.Однако у обоих устройств есть свои плюсы и минусы, в зависимости от того, как вы хотите их использовать.

  1. Наличие или отсутствие ОС

Первое отличие — наличие внутреннего операционного программного обеспечения: у Raspberry Pi есть ОС, а у Arduino — нет.

Это больше, чем просто вопрос, лучше ли иметь ОС или нет. Перед принятием решения следует учесть несколько моментов. Например, при использовании персонального компьютера другие приложения, работающие в ОС, могут повлиять на желаемое поведение, и может произойти зависание.

Конечно, если вы хотите использовать программу, работающую в Linux, вам следует выбрать Raspberry Pi, поскольку у Arduino такой возможности нет.

  1. Рассмотрите различные роли каждого из них

Это просто означает помнить следующее: микроконтроллер будет делать то, что должен делать микроконтроллер, а персональный компьютер будет делать то, что должен делать персональный компьютер. Raspberry Pi может выполнять практически любую функцию ввода-вывода, включая рабочие светодиоды и переключатели.Однако вопрос не в том, что вы можете или не можете делать, а в том, для каких ролей подходит каждое устройство. Зная это, вы сможете решить, какой из них использовать, исходя из ваших целей и потребностей.

Например, Arduino больше всего подходит для следующих ролей:

  • Управление светодиодами и двигателями
  • Обнаружение состояния переключателя и датчика

Если вы имеете дело с электрическими сигналами (ориентированными на оборудование), Arduino — хороший выбор.

Роли, для которых Raspberry Pi больше всего подходит, следующие:

  • Сетевые коммуникации (проводная / беспроводная локальная сеть)
  • Вывод видео на дисплеи и проекторы
  • Использование камеры (для обработки изображений и т. Д.)

Если вам нужно что-то в качестве персонального компьютера (например, с помощью программного обеспечения), вы должны использовать Raspberry Pi.

  1. Обучение использованию Arduino

Если вы знаете кого-то, кто может научить вас пользоваться им, то, возможно, будет полезно поучиться у этого человека. Однако бывает сложно организовывать индивидуальные уроки несколько раз, а люди, которые преподают это, уже настолько хорошо осведомлены, что может быть трудно за ними успевать. По этим причинам я бы рекомендовал заниматься самообучением, чтобы учиться самостоятельно.

Автор рекомендует два метода:

  1. Купите книгу и следуйте ее инструкциям
  2. См. Различные статьи в Интернете и следуйте их инструкциям.
  1. Учимся по книгам

Изучая технические и вводные книги, лучше всего покупать те, которые продаются в книжных и интернет-магазинах. Хотя получение этих книг действительно стоит денег, многие из них специально написаны для начинающих, начинающих с нуля.В этих книгах, вероятно, есть лучшие и самые простые для понимания объяснения. Кроме того, существует ряд книг, которые служат полными руководствами, так что вам нужно будет купить только одну. Это поможет вам сэкономить часы на серфинге в Интернете и просмотре всевозможных статей, даже не зная, что вы ищете.

Вот несколько примеров книг по Arduino, которые я купил сам. Вы можете проверить отзывы пользователей и сопутствующие товары, прежде чем выбрать один для себя.

Начало работы с Arduino 3rd Edition

  1. Изучение онлайн-статей

Поиск в Интернете и просмотр множества бесплатных статей — отличный способ собрать информацию по гораздо более низкой цене, чем цена книги. Вы можете найти хорошо написанные статьи, которые содержат достаточно информации, чтобы помочь вам начать работу самостоятельно. Также полезно читать информацию и объяснения, написанные с разных точек зрения.Вот несколько статей, которые я рекомендую для начала работы с Arduino. Вы можете сохранить эти статьи и вернуться к ним в любое время, когда захотите найти что-то новое.

Как начать работу с Arduino

В этой статье объясняется, как установить Arduino IDE и как управлять светодиодной подсветкой. Это легко сделать и рекомендуется для людей, впервые использующих Arduino. Сделайте свой первый шаг, обратившись к этой процедуре!

Пошаговое руководство для вашего первого проекта с Arduino

Строительные программы

Используйте макетную плату, чтобы подключить светодиоды и резисторы к вашему Arduino и заставить светодиоды светиться или мигать.Эта статья научит вас работать с программами и проводкой.

Основы Arduino: управление светодиодным освещением с помощью цифрового выхода

Использование световых датчиков

Здесь вы будете работать с датчиком, который работает так же, как наши пять чувств. Используйте датчик освещенности, чтобы определять яркость вашего окружения, которая изменяет цвет светодиода.

Как управлять светом с помощью датчика окружающего света

  1. Стандартные продукты Arduino и способы их использования

Перед покупкой платы Arduino следует учесть несколько моментов.Поскольку на рынке существует множество видов плат Arduino, их цены и функции различаются в зависимости от типа. Вот 4 типа плат Arduino и наиболее распространенные потребности, которые они обслуживают.

  1. Если хотите попробовать впервые

Если у вас нет конкретной цели или вы не знаете, что хотите создать, я рекомендую Arduino Uno. Он отлично подходит для новичков, которые просто хотят попробовать.

Ардуино UNO

Arduino Uno — самая базовая плата и стандартный элемент серии Arduino.Поскольку это один из самых стандартных продуктов Arduino, вы обнаружите, что большая часть информации, доступной в онлайн-статьях, журналах и технических книгах, посвящена его использованию. Кроме того, многие дополнительные платы Arduino (называемые «щитами») совместимы с Arduino Uno.

На порт ввода / вывода установлен контактный разъем, который можно подключить к макетной плате с помощью перемычки.

Arduino Uno — самая популярная плата, используемая для иллюстрации примеров в онлайн-статьях. Поэтому, если вы используете плату другого производителя, вам может быть сложно собрать в соответствии с этими статьями, поскольку большинство из них написано на основе спецификаций Arduino (таких как количество выводов и т. Д.)). Но если вы используете Arduino Uno, вы можете легко следовать инструкциям и кодам в точности так, как написано!

  1. Если вам нужно больше ввода / вывода

Если вы хотите управлять несколькими светодиодами, переключателями и двигателями, Arduino Uno может не иметь достаточного количества портов ввода / вывода. В этом случае лучшим выбором может стать Arduino Mega. Однако он дороже, чем Uno.

Ардуино Мега

Arduino Mega имеет больше портов ввода / вывода, чем Uno, что означает, что вы можете подключить больше устройств, таких как датчики.(При подключении нескольких светодиодов необходимо учитывать потребление тока. Это следует учитывать не только для Mega, но и для всех микроконтроллеров).

Uno имеет только один порт последовательной связи (порт USB). С Mega вы получаете три дополнительных порта в дополнение к USB-порту. Поэтому, если вам нужно настроить связь между микроконтроллерами, Bluetooth, Zigbee и т. Д., Я рекомендую Mega.

Кроме того, поскольку наиболее часто используемые порты расположены аналогично Arduino Uno, многие несовместимые экраны также могут использоваться с Mega.

Mega также имеет больше контактов, которые можно использовать для вывода PWM, чем Uno, поэтому, если вам нужно управлять большим количеством двигателей, использующих PWM, выберите Mega. И если вы планируете использовать Arduino для создания роботов в будущем, это определенно стоит иметь.

  1. Если вам нужна небольшая устанавливаемая плата

Если вы хотите установить свою плату в меньшего по размеру робота или устройства, я рекомендую компактную Arduino Micro, плату даже меньше, чем Uno. Это тоже немного дешевле, чем Уно.

Ардуино Микро

Arduino Micro поставляется с установленным штыревым разъемом и USB-портом, а плату микроконтроллера можно напрямую подключить к макетной плате. Если вы припаяете контактный разъем к универсальной плате, вы можете подключить его без использования перемычек.

Универсальная доска

На универсальной плате проводка выполняется со стороны пайки, покрытой медью (узорчатой). В области электроники стало обычной практикой уберечь обрезанные ножки от светодиодов и резисторов, чтобы использовать их для разводки на плате.

  1. Если вы хотите сделать свою собственную клавиатуру / мышь

В последние годы DIY-клавиатуры приобрели популярность в области электронных проектов. Создав собственную компьютерную клавиатуру, вы можете создать свою идеальную оригинальную клавиатуру с любыми функциями, которые вам нужны. С Arduino Leonardo вы можете создавать свои собственные HID, такие как клавиатуры и мыши. Форма платы похожа на Uno, хотя это другой тип платы Arduino.

Ардуино Леонардо

HID, или устройство интерфейса пользователя, — это общий термин, относящийся к периферийным компьютерным устройствам, таким как клавиатуры и мыши.HID-совместимые устройства — это HID, с которыми можно работать без установки драйвера устройства для конкретного продукта при подключении к компьютеру через USB. Arduino Leonardo оснащен микроконтроллером под названием ATmega32U4, который также может вести себя как HID-совместимое устройство, такое как клавиатура или мышь.

Все платы Arduino, оснащенные микроконтроллером ATmega32U4, могут использоваться для самодельных клавиатур и мышей, включая ранее представленный Arduino Micro. Если вы хотите построить прототип на макете, выберите Леонардо, а если вы хотите припаять к универсальной плате, выберите Micro.

  1. Другие способы использования Arduino

С появлением Arduino микроконтроллеры стали часто использоваться не только в промышленных приборах, но и в самостоятельных поделках, таких как роботы-любители, искусство и электроника. Вот три такие работы, в которых используется Arduino.

TINKERKIT BRACCIO ROBOT

Tinkerkit — официальный набор манипуляторов роботов, разработанный Arduino. Вы можете управлять рукой с помощью Arduino, движения которого приводятся в действие 6 серводвигателями.Хотя существуют различные типы образовательных комплектов роботов, в большинстве из них используется Arduino.

Пластик Reflectic

Plastic Reflectic — это проект установки, направленный на решение проблемы мусора в наших океанах, который способствует загрязнению и разрушению окружающей среды. Он использует 600 водонепроницаемых серводвигателей! Arduino часто используется на выставках медиаискусства с электронным управлением, подобных этой.

Слайдер камеры Arduino

Это устройство представляет собой автоматический слайдер камеры, созданный с использованием Arduino.Arduino используется для управления двумя шаговыми двигателями, которые обеспечивают возвратно-поступательное движение и вращение. Одна из замечательных особенностей использования Arduino для проектов DIY заключается в том, что вы можете настроить практически любую часть своей работы, от размера до типа операции.

  1. Другие возможности Arduino

Наконец, вот несколько статей по электронным проектам, использующим Arduino, которые я ранее опубликовал в Device Plus. Многие авторы создали ряд уникальных и интересных устройств.Не стесняйтесь ссылаться на них в любое время.

Как: Arduino Hexapod ЧАСТЬ 1 — Механика и подключение

Роботы

Hexapod — одни из самых крутых роботов для сборки, но обычно они довольно дороги. Одна из причин заключается в том, что они обычно состоят из множества деталей и используют 18 сервоприводов, все из которых должны приводиться в действие каким-либо микроконтроллером. В этом уроке я покажу, как построить свой собственный Arduino Hexapod или Ardupod, распечатав все детали на 3D-принтере и используя только 12 сервоприводов для управления роботом.Вы готовы? Поехали!

Как сделать: Arduino Hexapod ЧАСТЬ 1 — Механика и подключение

Устройство открывания гаража Arduino и универсальный радиоинтерфейс

Случайные радиоволны повсюду. Эхо глубокого космоса от Большого взрыва наиболее очевидно в микроволновом спектре, тогда как довольно локальные эхо от вашей внутренней электропроводки и ближайшей системы поездов метро наиболее заметны на частотах 50-60 Гц. Всякий раз, когда вы дотрагиваетесь до 3,5-мм TRS-разъема и слышите отягчающий гул, это значит, что вы — большой слышимый конденсатор случайных аналоговых радиоволн.

В этой статье мы рассмотрим практичную и устойчивую к помехам радиосистему, идеально подходящую для производителей.

Сделайте свой собственный дверной замок Arduino RFID

Устали быть заблокированными, когда вы теряете или забываете ключи? Что ж, у меня есть идеальное решение для вас! Сегодня мы построим дверной замок Arduino RFID. Я хотел найти простой и безопасный способ запереть дверь без необходимости покупать дорогое запирающее устройство. Мы узнаем о радиочастотной идентификации (RFID) и воспользуемся беспроводной связью.

  1. Добро пожаловать в мир электронных работ!

Сегодня мы представили возможности Arduino, объяснили, как выбрать подходящий для вас, и показали несколько реальных примеров. Одно из величайших удовольствий от работы с электроникой — это просто возможность создавать уникальные, единственные в своем роде устройства, которых нет больше нигде в мире! Если вы когда-нибудь думали про себя: «Ого, я действительно хотел бы сделать что-то подобное», попробуйте с Arduino!

Как Arduino изменила мир — журнал HackSpace

Простота программирования из Arduino IDE и встроенного загрузчика в сочетании с гибкостью плат экранирования по сравнению с относительно небольшой областью прототипирования, обнаруженной на предыдущих платах, оказалась хитом, и с тех пор этот диапазон постоянно увеличивался. официальных преемников.

Если в настоящий момент вам интересно, откуда взялось название «Arduino», вы можете удивиться, обнаружив, что макетная плата микроконтроллера 21-го века получила название от итальянского короля 11-го века. Ардуин из Ивреи был маркграфом Ивреи с 990 по 1015 год и королем Италии с 1002 по 1014 год. Он был побежден и вынужден отречься от престола немецким королем Генрихом II в 1014 году и будет последним королем Италии до восстановления Итальянская монархия в 19 веке.Arduino — это проект, зародившийся в университете, и, как и в случае с аспирантами повсюду, у команды был любимый бар. Их проект был назван в честь Ардуина из Ивреи, и их проект получил свое название от него.

Открытый исходный код всего проекта Arduino стал решающим фактором его успеха как платформы, а это означает, что вместо того, чтобы быть единой линейкой аппаратных продуктов из одного итальянского источника, он стал глобальным явлением с удивительным набором продуктов. заявляя о некотором уровне совместимости с Arduino.

В этом смысле, хотя Arduino обычно понимается как одна из официальных плат или прямой клон, можно с уверенностью сказать, что проект Arduino теперь выходит за рамки своего происхождения и вместо этого стал экосистемой платформы. Когда вы покупаете Arduino, вы покупаете его не просто для самой платы, потому что потомки исходных 8-битных плат на базе ATmega теперь довольно технически устарели.

ПРОСТОТА АРДУИНО

Вместо этого вы покупаете простоту Arduino IDE и получаете доступ к сообществу Arduino с его огромным набором программных библиотек и поддержки, и именно эти ресурсы продолжают делать Arduino очевидным выбором для стольких проектов.

Помимо официальных плат Arduino, вы также увидите огромное количество неофициальных плат, описанных как «совместимые с Arduino». Они варьируются от вариантов, которые включают в себя дополнительное оборудование, такое как беспроводной модуль или интерфейс двигателя, до плат с другой архитектурой, которые поддерживают заголовок расширения, также обнаруживают прямые клоны Arduino Uno или аналогичного, и даже откровенные подделки, содержащие иногда до смешного плохие копии официальный брендинг.

Ведущий

Arduino Массимо Банци официально заявил, что приветствует варианты плат как привнесение чего-то дополнительного в проект, но при этом сожалеет о клонах и подделках.Вы можете найти китайский клон Arduino Uno дешевым способом начать работу, но, помимо поддержки проекта, когда вы покупаете настоящую плату, вы также гарантируете, что на вашей плате, конечно же, есть подлинные компоненты.

В 2014 году производитель микросхемы «USB-последовательный порт», установленной на большинстве Arduinos, выпустил обновление драйвера, предназначенное для отключения поддельных копий своих устройств; среди пойманных было много более дешевых неофициальных клонов Arduino. Таким образом, ваша дешевая доска будет работать и будет работать с вашими скомпилированными эскизами, но дополнительные деньги за подлинную статью действительно дают качество.

ПРЕДСЕДАТЕЛЬ ПРАВЛЕНИЯ

Итак, учитывая, что теперь вы немного знаете историю проекта Arduino и имеете некоторое представление об экосистеме, какую из множества плат вам следует купить и что вы можете делать с Arduino?

«Классический» Arduino, фактически плата, получившая общее название Arduino, представляет собой любой член линии дочерних плат этой исходной платы с микроконтроллером ATmega8 и двумя рядами разъемов заголовков для подключения защитных плат.За прошедшие годы микроконтроллеры были модернизированы до ATmega168, а затем до ATmega328, чтобы обеспечить большую емкость хранения, но в целом те же функции сохранялись от самого раннего последовательного порта Arduino до последней версии Arduino Uno с USB-интерфейсом.

Это плата, которую вы должны купить, если вы новичок в мире оборудования Arduino, потому что это плата с наибольшим количеством поддержки, программного обеспечения и библиотек, доступных для нее. Существует много клонов Arduino Uno, но в ряду официальных плат он доступен в вариантах с процессором для поверхностного монтажа или в двухрядном корпусе, установленном в сокет.Любая плата предоставит вам все возможности Arduino, но из двух это версия с двумя линиями, которая немного более универсальна, поскольку процессор можно снять и разместить на макете или другом проекте.

Помимо Uno, существует множество официальных плат со специальными возможностями. Например, Arduino Leonardo выглядит как Uno, но может сам по себе стать полноценным USB-устройством, способным эмулировать, например, клавиатуру или мышь. Между тем, Mega 2560 — это Arduino с значительно расширенным интерфейсом, полезный для сложных проектов с ЧПУ.Кроме того, за линейкой процессоров ATmega находится огромное количество плат, которые можно программировать с помощью программного обеспечения Arduino. Из официальных плат есть несколько, которые используют процессоры ARM, в том числе Due, которая привносит чистую вычислительную мощность в форм-фактор Uno, и Yún, которая имеет 32-битную систему на кристалле MIPS, которая запускает собственный дистрибутив Linux. и включает в себя подключение к Wi-Fi.

Если вы покупаете платы Arduino, вы также можете заметить множество меньших печатных плат: Arduino Micro, Mini и Nano.Они могут быть доступны либо в виде официальных плат, либо в виде клонов по поразительно низкой цене и с установленным набором контактов, могут использоваться на макетной плате или аналогичном.

Они содержат грубый эквивалент полноразмерного Arduino Uno на меньшей печатной плате, но новичкам в мире Arduino следует проявлять осторожность, поскольку они физически не совместимы с щитами Arduino, это не все текущие конструкции и различное программирование. Для их использования могут потребоваться кабели. Когда у вас будет новый блестящий Arduino, какую бы модель вы ни купили, следующим шагом будет что-то с ним сделать.Напишите код, посмотрите, как он работает. Если вы зайдете на сайт Arduino, загрузите и установите IDE, а затем подключите Arduino к компьютеру с помощью соответствующего кабеля, вы должны быть готовы к работе.

ПЕРВЫЕ ШАГИ

Открытие Arduino IDE переносит вас прямо в редактор кода, и если вы опытный пользователь Arduino, вы можете просто начать вводить код C.

К счастью, если это не так, IDE поставляется с библиотекой демонстрационного кода, которую вы можете загрузить из меню «Файл»: просто найдите опцию «Примеры» и выберите ее.Самый простой для начала можно найти в подменю «Основные»: «Мигание» просто мигает встроенным светодиодом. Если вы посмотрите на код, вы увидите два основных раздела: setup () , который инициализирует любые контакты, которые будет использовать код, и loop () , который содержит внутренности вашей работы и, как следует из названия, , непрерывно проходит через него.

Глубокое программирование Arduino

выходит за рамки этой статьи, но в Интернете есть много информации, если вы готовы потратить минуту на поисковую систему.Если вы усовершенствовали свой код или просто хотите увидеть, как в примере с Blink мигает светодиод, есть еще пара шагов. IDE должна распознать плату Arduino, которая у вас есть, а затем вы должны скомпилировать ее в эскиз и загрузить на оборудование.

Для выполнения первого шага в меню «Инструменты» выберите модель вашей платы из подменю «Плата», а затем выберите порт, к которому она подключена, в подменю «Последовательный порт». Затем, чтобы увидеть, как он работает на доске, выберите «Загрузить» в меню «Файл».Вы увидите, что в нижней части окна IDE прокручиваются некоторые сообщения о состоянии; затем, если все в порядке, встроенный светодиодный индикатор начнет мигать с интервалом в одну секунду. Поздравляем, вы только что запустили свой первый скетч Arduino!

Конечно, хотя мигание светодиода представляет собой хорошую простую демонстрацию Arduino, очевидно, что платы способны на гораздо большее. Если вы ищете идеи, что подключить к вашей плате, на рынке есть огромный выбор щитов и коммутационных плат, часто в комплекте с библиотеками программного обеспечения и собственными примерами эскизов.Такие компании, как Sparkfun и Adafruit, поддерживают обширные каталоги, если официального ассортимента щитов Arduino будет недостаточно.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

Обычный проект Arduino, когда впервые пользователь переходит от мигания светодиодов, заключается в том, чтобы связать его с реальным миром путем считывания данных с датчика. А поскольку датчики температуры являются одними из самых доступных и простых в использовании, многие люди создают термометры и термостаты Arduino. Самыми простыми из этих датчиков температуры являются три микросхемы клемм, которые получают питание 5 В от Arduino и возвращают напряжение на другой клемме, пропорциональное их температуре.Он может быть подключен к одному из аналоговых входных контактов Arduino и считываться с помощью функции Arduino analogRead () для вашего кода, чтобы вычислить показания.

Поскольку любой измерительный проект, включая термометр, относительно бесполезен без дисплея, вы также найдете множество проектов Arduino с ЖК-дисплеями. Широко доступные ЖК-дисплеи, использующие почтенный чип драйвера Hitachi HD44780, будут напрямую взаимодействовать с Arduino, и ими можно легко управлять с помощью библиотеки LiquidCrystal Arduino.В примере на странице 41 показана Arduino, подключенная к дисплею HD44780, и трехконтактный датчик температуры LM35 для создания полного проекта термометра.


(Изображение Невита Дилмена (CC-BY-SA))
Конечно, использование Arduino выходит далеко за рамки простого светодиодного мигалки или термометра, и их слишком много, чтобы охватить их в этой статье. Но стоит обратить внимание на еще одно распространенное использование Arduino: его способность создавать выходной сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) позволяет ему управлять сервоприводами и двигателями в паре с подходящим экраном.Вы найдете щиты контроллеров мотора от разных производителей; один из наиболее часто встречающихся — это продукт Adafruit.

А если у вас есть моторный щит, вы можете использовать его во множестве роботизированных проектов, от простых двухколесных гусеничных машин, таких как Ardubot, до полнофункциональных роботов-манипуляторов, таких как недорогой и простой в сборке MeArm. Прошло более десяти лет с тех пор, как Arduino впервые увидел свет, и основная линейка оборудования теперь основана на очень устаревшем оборудовании по сравнению с более поздними конкурентами, такими как Raspberry Pi или BeagleBone.

Это может быть сигналом к ​​тому, что он отойдет на второй план, как это было в случае с другими любимцами мира любителей электроники, но по двум причинам. Во-первых, Uno и его предки могут использовать старые чипы, но они по-прежнему очень хорошо выполняют ту же работу, что и в 2005 году, а именно предоставляют чрезвычайно доступную платформу микроконтроллеров как для новичков, так и для экспертов. Во-вторых, проект Arduino — это не просто набор плат. IDE с открытым исходным кодом и модель загрузчика переросли аппаратное обеспечение, и именно это делает Arduino особенным в 2017 году.Всякий раз, когда на рынок выходит новый и интересный процессор или плата, это всегда будет лишь вопросом времени, когда кто-то перенесет их в среду Arduino.

Если бы эти итальянские аспиранты никогда не встречались в баре все эти годы назад и никогда не было бы Arduino, несомненно, что у нас все еще были бы доступные платы микроконтроллеров. Что вызывает сомнения, так это то, было бы у нас так много таких, доступных через ту же среду разработки с открытым исходным кодом. Вместо этого у нас, вероятно, было бы множество конкурирующих несовместимых IDE от производителей плат и микросхем, многие из которых были бы трудными в использовании или были бы закрытыми и проприетарными.

Если бы вы были тем новичком в хакспейсе, о котором мы упоминали в начале, вполне вероятно, что у любой доски, которую вы бы использовали, была бы гораздо более крутая кривая обучения, и, если бы вы не были очень преданы своему проекту, вы могли бы сдаться. Хорошо, что у нас есть Arduino, и его история еще далека от завершения. В будущем мы увидим постоянно расширяющийся ассортимент плат с таким именем, с еще не имеющими себе представления о возможностях. Итак, если вы никогда не использовали его, мы надеемся, что теперь вы будете уверены, что знаете немного больше о проекте, что поможет вам выбрать свой первый Arduino и работать с платформой по мере ее дальнейшего развития.

Недорогой виртуальный прибор для измерения характеристик фотоэлектрических панелей с использованием Excel и Arduino по сравнению с традиционными приборами | Возобновляемые источники энергии: ветер, вода и солнечная энергия

Предлагаемый метод виртуального измерения в реальном времени основан на использовании макроса Excel для сбора данных PLX-DAQ, при котором данные могут быть получены непосредственно в реальном времени в Microsoft Excel (PLX-DAQ 2017). Макрос PLX-DAQ Excel может получать до 26 каналов данных с микроконтроллера (PLX-DAQ 2017).Структура оборудования, используемого в виртуальной контрольно-измерительной системе, показана на рис. 4.

Рис. 4

Схема измерительной системы выходных характеристик фотоэлектрической панели

Ток и напряжение фотоэлектрической панели получают с помощью датчиков тока и напряжения. Затем выходной сигнал двух датчиков передается на микроконтроллер платы Arduino UNO. Макрос PLX-DAQ Excel обеспечивает связь между микроконтроллером и электронной таблицей Excel с помощью шины UART. В процессе сбора полученные данные сохраняются и отображаются в режиме реального времени в электронной таблице Excel.Как и любая встраиваемая система, предлагаемая система виртуальных измерительных приборов реального времени разделена на две части: аппаратную и программную.

Аппаратное обеспечение

Для получения характеристик фотоэлектрической панели требуются различные компоненты, такие как плата сбора данных, датчик тока и датчик напряжения.

Arduino UNO: плата сбора данных

В данной работе используется встроенная плата Arduino UNO, в которую встроен микроконтроллер ATMega328. Это недорогая доска (Motahhir et al.2017). Плата Arduino UNO, изображенная на рис. 5, может питаться от источника постоянного тока или через USB-соединение с компьютером. Эта плата имеет 14 цифровых входов / выходов и 6 аналоговых входов, и она может быть запрограммирована с помощью программного обеспечения Arduino IDE (Arduino-Software 2018).

Рис. 5 Рис. 6

F031-06 Модуль датчика напряжения

Датчик напряжения

Напряжение PV измеряется модулем датчика напряжения. Этот модуль может снизить входное напряжение до 5 раз по сравнению с исходным напряжением и используется для уменьшения выходного напряжения фотоэлектрической системы ( В, ), которое находится в диапазоне от 0 до 22.7 В до другого напряжения (\ (V _ {\ text {d}} \)) от 0 до 5 В, которое будет измеряться Arduino, поскольку аналоговый вход Arduino ограничен 5 В. На рисунке 6 показан выбранный датчик напряжения. В таблице 2 представлены его характеристики, а в таблице 3 представлены его разъемы с платой Arduino (Voltage Sensor Module 2018). По словам производителя, это, по сути, делитель напряжения с двумя последовательными резисторами, как показано на рис. 7 (Voltage Sensor Module 2018).

Таблица 2 Технические характеристики модуля датчика напряжения F031-06 Таблица 3 Разъемы модуля датчика напряжения F031-06 Рис.7

Датчик напряжения подключается параллельно нагрузке, как показано на рис. 10; затем выходной сигнал этого датчика передается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) микроконтроллера Arduino. АЦП предоставляет цифровое значение (\ (V _ {{{\ text {out}} 1}} \)), которое варьируется от 0 до 1023, поскольку последнее кодируется в 10 битах. Следовательно, разрешение аналогового напряжения модуля датчика напряжения составляет 0,00489 В (5 В / 1023), а минимальное входное напряжение, обнаруживаемое этим модулем, составляет 0,02445 В (0.00489 В × 5). Поскольку диапазон напряжения модуля датчика составляет [0,25 В], коэффициент напряжения делителя, как показано в формуле. (2) равно 0,2. Таким образом, реальное выходное напряжение фотоэлектрической панели можно получить по уравнению, представленному в (3).

$$ V _ {\ text {d}} = \ frac {{R_ {2}}} {{\ left ({R_ {1} + R_ {2}} \ right)}} \ times V $$

(2)

$$ V = \ frac {{\ left ({R_ {1} + R_ {2}} \ right)}} {{R_ {1}}} \ times V _ {{{\ text {out}} 1} } \ times \ frac {5} {1023} $$

(3)

Датчик тока

Датчик тока (INA169) используется для измерения изображения тока фотоэлектрической панели (INA169 Datasheet 2017).На рисунке 8 показан выбранный датчик тока, в таблице 4 представлены его характеристики, а в таблице 5 представлены его разъемы с платой Arduino.

Рис.8

Модуль датчика тока INA169

Таблица 4 Технические характеристики модуля датчика тока INA169 Таблица 5 Разъемы модуля датчика тока INA169

Схема датчика тока INA169 показана на рис. 9. INA169 представляет собой «однополярный токовый шунтирующий монитор высокого напряжения», что означает, что он измеряет падение напряжения на шунтирующем резисторе (\ (R _ {\ text {s}) } \)), который находится на стороне положительной мощности (INA169 Datasheet 2017).Операционный усилитель внутри модуля INA169 выдает напряжение на основе разницы между измеренными напряжениями \ (V _ {{{\ text {IN}} +}} \) и \ (V _ {{{\ text {IN}} -} } \). Затем выходное напряжение усилителя преобразуется в ток внутренним транзистором, и этот ток преобразуется обратно в напряжение (\ (V _ {\ text {o}} \)), когда он проходит через нагрузочный резистор (\ (R _ {\ text {L}} \)) на землю. Обратите внимание, что диапазон \ (V _ {\ text {o}} \) зависит от напряжения, подаваемого VCC (5 В в нашем случае).Следовательно, согласно рис. 9, измеренный ток получается по следующему уравнению (INA169 Datasheet 2017):

$$ I _ {\ text {S}} = \ frac {{V _ {\ text {o}} \ раз 1000}} {{R _ {\ text {s}} \ times R _ {\ text {L}}}} $$

(4)

где \ (V _ {\ text {o}} \) — напряжение на выходе INA169; \ (R _ {\ text {s}} \) — значение шунтирующего резистора, по умолчанию 0,1 Ом; и \ (R _ {\ text {L}} \) — значение выходного резистора, по умолчанию оно равно 10 кОм.

Рис.9

Цепь датчика тока INA169 (Технический паспорт INA169 2017)

Однако усилитель измеряет напряжение на шунтирующем резисторе 0,1 Ом, 1% / 2 Вт (\ (R _ {\ text {s}} \)). Поскольку максимальная входная разность усилителя составляет 500 мВ, это означает, что INA169 может измерять до 5 А непрерывно. Выход представляет собой ток, который проходит через встроенный резистор 10 кОм (\ (R _ {\ text {L}} \)), так что выходное напряжение составляет 1 В на ток. Выходное напряжение \ (V _ {\ text {o}} \) INA169 — это входное напряжение аналогового вывода Arduino; затем этот вход передается в АЦП микроконтроллера, который выдает цифровое значение (\ (V _ {{{\ text {out}} 2}} \)), которое варьируется от 0 до 1023.В результате изображение выходного тока фотоэлектрической панели можно получить по уравнению, представленному в (5). Поскольку АЦП микроконтроллера закодирован в 10 битах, разрешение считывания тока составляет 0,00489 А. Модуль датчика тока подключается последовательно между положительной стороной фотоэлектрической панели и стороной нагрузки, как показано на рисунке 10.

Рис. 10

Схематический вид аппаратных компонентов, подключенных к Arduino UNO

$$ I = \ frac {{V _ {{{\ text {out}} 2}} \ times 5}} {1023} $$

(5)

Программное обеспечение

В программной части мы представляем код Arduino и все запрошенное программное обеспечение (PLX-DAQ Excel Macro и Arduino IDE) для проектирования системы виртуальных измерительных приборов в реальном времени и руководство по достижению этой цели.Обратите внимание, что Arduino IDE и PLX-DAQ Excel Macro имеют открытый исходный код.

Arduino IDE

Программное обеспечение Arduino IDE позволяет писать, изменять программу и преобразовывать ее в серию инструкций, понятных микроконтроллеру платы Arduino. IDE может работать в Windows, Linux или Mac (Arduino-Software 2018). Используемая в этой работе плата Arduino запрограммирована IDE, которая служит редактором кода и компилятором и может передавать программный код в микроконтроллер через USB-кабель.Для этого вам нужно будет выполнить следующие шаги:

  • Возьмите плату Arduino и USB-кабель.

  • Загрузите программное обеспечение Arduino IDE отсюда (Arduino-Software 2018) (версия: ARDUINO 1.8.5 для Windows) и установите его.

  • Запустите приложение Arduino IDE.

  • Запишите код программы в поле кода, как показано на рис. 11.

    Рис. 11
  • Выберите тип используемой платы (Arduino UNO).

  • Подключите плату.

  • Выберите используемый последовательный порт.

  • Проверьте и загрузите программу в микроконтроллер Arduino.

PLX-DAQ

Макрос PLX-DAQ Excel использовался для сбора данных из микроконтроллера Arduino в электронную таблицу Excel. Нам нужно только скачать его отсюда (PLX-DAQ 2017). После установки на ПК будет автоматически создана папка с именем «PLX-DAQ», в которой находится ярлык с именем «PLX-DAQ Spreadsheet».Затем, как показано на рис. 12, чтобы установить связь между платой и Excel, нам просто нужно открыть электронную таблицу и определить параметры подключения (скорость передачи и порт) в окне PLX-DAQ.

Рис. 12

Окно таблицы PLX-DAQ

Программный код Arduino

Плата Arduino UNO предлагает простой способ связи с компьютером или другими микроконтроллерами. Микроконтроллер ATMega328 платы Arduino UNO обеспечивает последовательную связь UART TTL (5 В) (Hemza et al.2015). Затем интегральная схема ATmega8U2 на плате подключает эту последовательную связь от последовательного порта Arduino UNO к USB-порту компьютера, который отображается как виртуальный COM-порт в окне PLX-DAQ. Программный код, встроенный в плату Arduino UNO, который позволяет получать измеренные данные фотоэлектрической панели от датчиков и отправлять их в таблицу PLX-DAQ, представлен следующим образом:

границ | Платформа RFID на базе Arduino для исследований на животных

Введение

Термин «биологическое исследование» обычно вызывает исследовательские усилия, которые включают отслеживание местоположения животных, когда они перемещаются по своему ареалу или начинают миграцию.Тем не менее, биологический анализ также может использоваться для выявления интимных подробностей о поведенческих моделях отдельных животных. Технология радиочастотной идентификации (RFID) превратилась в полезный биологический инструмент для мониторинга деятельности животных в определенных местах, таких как кормовые станции, гнезда и норы (Bonter and Bridge, 2011; Dogan et al., 2016; Bandivadekar et al., 2018; Изербыт и др., 2018). RFID — это форма связи на короткие расстояния между считывающим устройством и одной или несколькими метками транспондера (часто называемыми пассивными интегрированными транспондерами или метками PIT).Теги PIT используют энергию, излучаемую устройством считывания, для излучения слабого сигнала (либо радиоволн, либо магнитной связи), который содержит уникальный идентификационный код. Для меток PIT обычно не требуется батарея, что позволяет им работать вечно (теоретически), и их размер может быть уменьшен для использования с некоторыми очень небольшими видами, включая насекомых (Sumner et al., 2007; Russell et al., 2017 ; Barlow et al., 2019).

RFID-метка

обычно предполагает только связь на коротком расстоянии, с диапазоном считывания меток от более 50 см в системах с высокой мощностью до нескольких миллиметров.Следовательно, фундаментальным ограничением системы является то, что теги и считыватели должны приближаться к антенне, чтобы произошло считывание тегов. RFID широко используется в качестве метода маркировки, при котором помеченные животные отлавливаются и сканируются вручную аналогично «микрочипам», используемым в ветеринарии для ухода за домашними животными и скотом (Thorstad et al., 2013; Anu and Canessane, 2017). Однако RFID также можно эффективно использовать в автоматизированных системах дистанционного зондирования со стационарными считывающими устройствами, которые регистрируют определенные действия животных, такие как доступ к источнику пищи или гнезду (например,г., Цукерберг и др., 2009; Бонтер и Бридж, 2011; Catarinucci et al., 2014b; Ибарра и др., 2015; Зензал и Мур, 2016). В более продвинутых системах реализованы когнитивные тесты в лабораторных и полевых условиях с экспериментальными процедурами, адаптированными для отдельных животных (Croston et al., 2016; Morand-Ferron et al., 2016)

Хотя системы RFID относительно недороги по сравнению с другими формами биологической защиты, стоимость все же может быть препятствием для использования RFID в исследованиях, особенно если требуется большое количество считывающих устройств.Еще один барьер — это кастомизация. Многие коммерческие системы RFID сконфигурированы для защиты от входа в дверь или для приложений в торговле, и эти системы вряд ли принесут пользу исследователям, желающим отслеживать животных. Чтобы решить эти проблемы, мы разработали недорогой RFID-считыватель ближнего действия, совместимый с популярной платформой любительской электроники под названием Arduino (Arduino LLC, Скарманьо, Италия). По сути, устройство представляет собой печатную плату Arduino с двумя схемами считывателя RFID и базовой инфраструктурой регистрации данных (т.е.е., часы реального времени и память), встроенные в него. Как и все Arduinos, микропроцессор на печатной плате может быть запрограммирован с использованием языка программирования Arduino с открытым исходным кодом и бесплатного программного обеспечения Arduino IDE (интегрированная среда разработки). Устройство также совместимо с широким спектром аксессуаров, таких как датчики окружающей среды, контроллеры двигателей, ЖК-экраны и модули беспроводной связи, которые были разработаны для работы с платформой Arduino.

В этом документе дается как краткое описание этой системы RFID, так и отчет о ее внедрении в трех различных исследовательских центрах.Первая учетная запись описывает простую систему регистрации данных, которая была развернута в очень большом масштабе. Во-вторых, мы описываем более сложную систему, которая использовалась для оценки памяти и познания у свободноживущих животных. Наконец, мы описываем гнездовой ящик, который может выполнять экспериментальные протоколы, основанные на входе и выходе отдельных птиц. Мы надеемся, что эти примеры вдохновят на новые применения нашей системы RFID. Чтобы помочь новым пользователям начать работу, мы сделали все наши проекты и код с открытым исходным кодом, и они бесплатно доступны через Open Science Framework (OSF) по адресу https: // osf.io / 9j7ax /. Эта страница проекта OSF содержит файлы, доступные для загрузки, а также ссылки на репозитории Github, где хранятся текущие версии прошивки.

Материалы и оборудование

При разработке считывателя RFID мы взяли проект с открытым исходным кодом для Arduino M0 и добавили две схемы RFID, часы реального времени, разъем для SD-карты и модуль флэш-памяти для резервного копирования данных (рисунок 1). Мы также упростили схему регулирования напряжения и переназначили некоторые входы и выходы для обеспечения функций чтения тегов, хронометража и памяти.Считыватель RFID сохранил высокопроизводительный микроконтроллер Atmel SAMD, установленный на Arduino M0. Считыватель RFID может быть запрограммирован так же, как Arduino M0, с использованием Arduino IDE; однако нам пришлось предоставить настраиваемое определение платы для IDE из-за изменений, внесенных в некоторые контакты ввода / вывода. Определение платы — это набор кода, который обеспечивает непрерывный интерфейс между конкретным оборудованием и IDE Arduino. Это определение платы, а также все файлы дизайна для считывателя RFID доступны на нашей странице проекта OSF.

Рисунок 1 . Печатная плата считывателя RFID с обозначенными ключевыми компонентами. Размеры платы такие же, как у стандартной Arduino: 68,58 × 53,34 мм. Слева от печатной платы показаны четыре метки PIT. Нижняя бирка представляет собой ножную ленту RFID.

Конструкция этого считывателя RFID соответствует предыдущей версии, описанной в Bridge and Bonter (2011). Однако в новом дизайне есть несколько ключевых функций, которые ранее не были доступны. Прежде всего, это возможность реализовать индивидуальное программирование с использованием инструментов с открытым исходным кодом — предыдущая версия была запрограммирована с использованием проприетарного языка.Кроме того, двойные схемы RFID, превосходный микропроцессор, увеличенный объем памяти, больше контактов ввода / вывода и оборудование, совместимое с Arduino, отличают новый дизайн от его предшественника.

Считыватель RFID имеет две встроенные схемы или модули RFID. Пользователи могут переключаться между двумя модулями или использовать только один из них. Для каждого модуля RFID требуется внешняя антенна, которая обычно состоит из тонкой катушки с магнитной проволокой. В нашей системе функциональная антенная катушка обычно должна быть <15 см в диаметре, но помимо этого антенны могут сильно различаться по размеру и форме.Пользователи нашей системы могут изготовить свои собственные антенны или приобрести их у сторонних поставщиков (например, Q-kits, Kingston, Ontario, store.qkits.com). Антенны могут быть намотаны вручную, так что пользователи могут настраивать размер и форму антенны в соответствии с их применением. Считыватель рассчитан на работу с антеннами с индуктивностью 1,25–1,3 мГн. Следовательно, процесс изготовления антенн требует измерения индуктивности с помощью измерителя LCR. Мы предоставляем некоторые рекомендации по изготовлению антенн на нашей странице проекта OSF, и пользователи могут следовать нашим примерам или использовать их в качестве отправной точки для своих собственных разработок.В любом случае, вероятно, потребуется несколько проб и ошибок, чтобы найти правильное количество витков для данного размера и формы антенны. Мы планируем улучшить процесс проектирования антенн с помощью онлайн-инструмента для моделирования и тестирования RFID-антенн, но этот инструмент все еще находится в разработке.

Типичное развертывание считывателя RFID включает регулярный опрос тегов. В этом контексте «опрос» означает излучение несущей радиочастоты на частоте 125 кГц или около нее, при «прослушивании» ответного сигнала от метки.Для излучения этой несущей волны требуется около 90 мА с источником питания 5 В, что является дорогостоящим с точки зрения требований к питанию, поэтому наша прошивка предлагает алгоритм энергосбережения, в котором короткий период опроса около 30 мс используется для определения наличия метки. . Если метка не обнаружена, считыватель может перейти в «спящий» режим, который потребляет около 100 мкА в течение определенного периода времени перед повторным опросом. Если тег обнаружен, то считыватель продлит время опроса, чтобы прочитать идентификатор тега. Частота и продолжительность попыток чтения могут быть установлены пользователем таким образом, чтобы уравновесить потребление энергии и вероятность отсутствия тегов, которые попадают в диапазон чтения.Кроме того, считыватель RFID может поочередно опрашивать два своих модуля RFID, чтобы попытаться обнаружить метки с двумя разными антеннами.

Встроенное гнездо для SD-карты доступно для первичного хранения данных. Данные обычно хранятся в виде текстового файла с разделителями-запятыми. Следовательно, SD-карту можно вынуть из печатной платы и вставить в компьютер или мобильное устройство для передачи и изучения данных. Также к печатной плате постоянно прикреплен блок флэш-памяти (AT45DB321E), который может служить резервным хранилищем на случай возникновения проблем с SD-картой.Емкость этого встроенного запоминающего устройства составляет 32 Мбит или 4 000 000 байтов, что достаточно для записи более 200 000 считываний данных при условии, что сохранены только идентификатор тега и временная метка.

Печатная плата может производиться небольшими партиями по цене около 30 долларов за единицу. Самыми дорогими компонентами являются микроконтроллер (~ 4 доллара), часы реального времени (~ 2 доллара), разъем для SD-карты (~ 2 доллара), резервная память (~ 2 доллара) и внешняя интегральная схема RFID (EM4095; ~ 2 доллара). Цены могут значительно различаться в зависимости от рынков электронных компонентов и количества приобретенных компонентов.Стоимость производства 30 долларов включает 3 доллара на монтажную плату и 10 долларов на сборку. Полная информация и источники для компонентов и сборки доступны на странице проекта OSF.

Считыватель настроен на работу от 5 В. Это напряжение делает их совместимыми с широким спектром источников питания, предназначенных для зарядки или обслуживания сотовых телефонов. Печатная плата также может получать питание через USB-соединение или USB-преобразователь / зарядное устройство постоянного / переменного тока. Можно использовать более высокое или более низкое напряжение, но для этого потребуется дополнительный адаптер питания, чтобы обеспечить питание 5 В для печатной платы.Системы на солнечной энергии использовались для некоторых полевых применений, что исключает необходимость в больших батареях и частой замене батарей. На странице проекта OSF есть несколько предложений по источникам питания и фотоэлектрическим системам.

Как описано выше, считыватель RFID чередует опрос тегов и «спящий» режим в режиме низкого энергопотребления. Основываясь на показателях энергопотребления для этих двух режимов, можно рассчитать, как долго прослужит данная батарея. Например, если интервал ожидания составляет 1 с между попытками опроса, а минимальное время опроса составляет 30 мс, средняя потребляемая мощность будет равна 2.Аккумулятор на 7 мА и 10 ампер-ч проработает более 3600 часов. Однако, если метки опрашиваются 5 раз в секунду с периодом опроса 30 мс, то той же батареи на 10 ампер-ч хватит примерно на 730 часов. Это очень упрощенные вычисления. Еще один фактор, который следует учитывать, — это потребляемая мощность для чтения тегов. Кроме того, можно реализовать длительный период сна (то есть режим ночного сна) для экономии энергии, когда вероятность обнаружения животных маловероятна. Калькулятор электронных таблиц доступен на странице нашего проекта OSF.В этой таблице представлены оценки срока службы батареи на основе настроек RFID-опроса, ожидаемого числа считываний тегов, реализации продолжительных периодов сна и параметров батареи.

Считыватель настроен для работы на частоте 125 кГц и совместим с тегами, которые придерживаются протокола EM41XX, который включает EM4100 и EM4112. Другие широко используемые протоколы связи RFID включают стандарты ISO11784 / 5 и Trovan. Эти протоколы различаются в отношении кодирования данных, размера и структуры идентификационного номера и связанных алгоритмов проверки ошибок, а также скорости передачи данных и (в некоторых случаях) радиочастоты.Связь по этим другим протоколам возможна со считывателем ETAG, но для этого потребуются, как минимум, другие функции чтения тегов в прошивке. Также может потребоваться внести изменения в оборудование, чтобы иметь возможность читать другие типы тегов, особенно если они работают на частотах, отличных от 125 кГц. Кроме того, некоторые формы RFID включают активные метки, которые часто увеличивают диапазон считывания за счет усиления передаваемого сигнала. До сих пор в нашем тестировании использовались только пассивные RFID-метки (т. Е. Метки без батареи).К счастью, совместимые (EM41XX) метки доступны в самых разных конфигурациях, включая имплантируемые стеклянные ампулы и пластиковые ремешки для ног. Теги доступны у различных поставщиков. В частности, Cyntag (Синтиана, Кентукки, США) является хорошим источником меток для стеклянных ампул, а Eccel technology LTD (Гроби, Лестер, Великобритания) является основным поставщиком небольших ремешков для ног RFID. Посетите наш веб-сайт OSF для получения более подробной информации и списка совместимых тегов.

Поскольку считыватель RFID основан на формате электроники Arduino, возможен широкий диапазон настроек как с точки зрения аппаратного, так и программного обеспечения.Считыватель настроен на имитацию Arduino M0. Следовательно, он имеет 22 контакта ввода / вывода, которые могут служить точками интеграции для датчиков, ЖК-матриц, источников света, интерфейсов передачи данных и контроллеров двигателей. Считыватель можно запрограммировать с помощью бесплатного программного обеспечения Arduino IDE с открытым исходным кодом. Язык программирования Arduino — это набор функций C / C ++, и разработчики предоставляют полную документацию для программирования на C в среде Arduino IDE. Также существуют сотни библиотек, написанных для Arduino IDE, которые обеспечивают доступ к различным аппаратным компонентам (e.g., датчики, контроллеры двигателей и ЖК-экраны) с минимальными требованиями к программированию. Код, который мы разработали для считывателя RFID, имеет настраиваемые процедуры, связанные с чтением тегов и энергосбережением, но он также использует существующие библиотеки Arduino.

Мы предоставили базовый эскиз Arduino (т.е. программу), который запускает считыватель RFID как простой регистратор данных. Этот код можно легко настроить для использования множества различных стратегий опроса RFID и расписаний сна. Этот код также может служить отправной точкой для новых эскизов, включающих новые функции.Например, некоторые RFID-метки можно запрограммировать для хранения и последующей передачи данных. Хотя мы не занимались этими методами, должна быть возможность настроить считыватель RFID для программирования тегов. Этот код, а также эскизы для проектов, описанных ниже, доступны на нашей веб-странице проекта OSF.

Чтобы продемонстрировать, какие возможности возможны благодаря сочетанию низкой стоимости и универсальности, предоставляемой нашим считывателем RFID, мы кратко опишем три реальных полевых приложения, которые открыли новые горизонты благодаря использованию биологической идентификации на основе RFID.В этих проектах использовалось множество различных конфигураций оборудования и программного обеспечения RFID, и они не обязательно совпадают с текущей системой, задокументированной на странице проекта OSF. Тем не менее, системы, используемые в этих проектах, очень похожи на самую последнюю версию оборудования, и текущие системы в равной степени способны поддерживать эти исследовательские приложения. Обратите внимание, что в наши цели не входит приведенное ниже описание в качестве окончательного отчета об экологических и поведенческих исследованиях, проводимых с помощью технологии RFID.Скорее мы представляем эти примеры, чтобы проиллюстрировать различные сценарии, в которых RFID полезен или даже важен для решения вопросов исследования.

Методы

Осуществление 1: крупномасштабный мониторинг популяций лесной утки

Наш первый пример полезности нашей системы RFID — это попытка количественно оценить паразитизм расплода и другое поведение при размножении у деревянных уток ( Aix Sponspa ). Древесные утки — это факультативные виды паразитов выводка, что означает, что самки иногда откладывают яйца в гнезде другой самки древесной утки (Bellrose et al., 1994). Исследователи из Калифорнийского университета (JME, TFS, ACO, BEL) развернули регистраторы данных RFID на более чем 200 гнездовьях Wood Duck в окрестностях Дэвиса, штат Калифорния, с целью определения моделей паразитизма потомков одного вида. В конечном итоге, этот проект был направлен на изучение компромиссов в истории жизни и родственного отбора как объяснения эволюции паразитизма потомков у видов с преждевременным потомством и сложной жизненной историей.

Каждый гнездовой бокс в исследовании был оборудован считывателем RFID с одной антенной, сконфигурированным как простой регистратор данных.Антенна на каждой коробке окружала входное отверстие, так что идентификатор метки утки записывался и сохранялся каждый раз, когда она проходила через антенну при входе и выходе (рис. 2А). Батарея и печатная плата были помещены в герметичный пластиковый ящик, прикрепленный сбоку к каждому гнезду. Эта конфигурация обеспечивала легкий доступ для замены батареи и выгрузки данных. Каждому животному, участвовавшему в исследовании, имплантировали ямку под кожу в области спины между лопатками. Исследовательская группа пометила каждую самку, использовавшую гнездовой ящик, и всех птенцов, вылупившихся в районе исследования.Хотя конфигурация оборудования RFID не была примечательной, масштаб усилий был впечатляющим. Текущий проект предусматривает мониторинг сотен гнезд в течение пяти полевых сезонов, при одновременном использовании 197 систем. В течение трех полевых сезонов в этой работе было задействовано в общей сложности 74 студента-добровольца, которые занимались заменой батарей, выгрузкой данных и устранением неисправностей. В последнем полевом сезоне исследовательская группа разработала и развернула систему зарядки от солнечных батарей, которая позволила бы считывателю работать без перебоев в течение всего сезона (см. Рисунок 2A и страницу проекта OSF), что значительно сократило время персонала и количество неудобств для гнезд.

Рис. 2. (A) Гнездо Wood Duck, оборудованное RFID, развернуто недалеко от Дэвиса, Калифорния. Считыватель RFID и аккумулятор размещены в водонепроницаемом пластиковом боксе, прикрепленном к боковой стороне бокса (на других установках окрашен в камуфляж). Настроенная вручную антенна, обернутая вручную, была покрыта пластиком и закреплена вокруг входного отверстия гнезда с помощью стяжек. Провода антенны подключаются к считывателю RFID в пластиковом корпусе. В более поздних реализациях только считыватель RFID устанавливается на коробку в пластиковом корпусе меньшего размера, а аккумулятор перемещается во внешний ящик на земле и прикрепляется к солнечной панели.Это уменьшило вес и размер коробки в гнезде, обеспечило постоянную зарядку батареи через солнечную панель и упростило мониторинг состояния батареи. Кроме того, полевые бригады могут проверять и загружать SD-карты из считывателя RFID без необходимости извлекать аккумулятор или работать с ним. (B) Набор из восьми кормушек с функцией RFID, которые могут выборочно подавать корм для выполнения тестов пространственной памяти и когнитивных функций. Массив можно поднимать и опускать на тросах, чтобы кормушки были защищены от нептичьих фуражиров и подвешивались над снежным покровом.Электроника и литиевые аккумуляторные батареи полностью размещены внутри питателя. Антенны вставляются в деревянную опору, покрытую водостойкой эпоксидной смолой. (C) Ящик для гнезд синей птицы, способный проводить экспериментальные обработки (шум и температура) в соответствии с птицей или птицами, присутствующими в ящике. В коробке используются две схемы считывания RFID с отдельными антеннами, чтобы лучше определять, какие птицы присутствуют. Электроника размещена на «чердаке» над гнездом, и к ним можно получить доступ, подняв гибкую крышу, как показано на рисунке.Батареи также можно разместить на чердаке или установить снаружи.

Всего в ходе исследования было отслежено 1873 попытки гнездования 454 самками (506 самок были зарегистрированы как минимум один раз в гнезде). Некоторые из этих самок были среди 4128 утят, помеченных в рамках исследования. В результате этих интенсивных усилий до 60% размножающихся самок в некоторых популяциях были помечены как утята, что дало уникальную возможность проследить за особями известного происхождения, генотипа, материнства, фенотипа (размер, физиологические особенности, включая гормоны) и родство с другими самками в популяции на протяжении всей их жизни.Поскольку уровень потерь PIT составлял <1%, а мощность батареи не являлась ограничением, метки предоставляли информацию до тех пор, пока присутствовали активные считыватели RFID и помеченные птицы. В ходе исследования (которое продолжается уже шестой год) в гнездах было зарегистрировано более 1 миллиона обнаружений RFID.

Сеть RFID выявила сложные модели использования гнезд самками (Eadie et al., В стадии подготовки). Распределение количества гнезд, в которых самки посещали и откладывали яйца, было в высшей степени неслучайным — некоторые самки находились в широком диапазоне и посетили множество ящиков (> 25), в то время как другие самки верны только одной или двум ящикам.Также наблюдались значительные различия в «привлекательности» гнездовых ящиков — некоторые ящики посетили до 19 разных самок в течение одного сезона размножения, тогда как другие идентичные соседние ящики никогда не посещались. Качество / привлекательность гнезда может быть ключевым фактором, определяющим, почему несколько самок откладывают яйца в одном гнезде. Предварительный анализ социальных сетей показывает, что группы самок разделяют схожие предпочтения в отношении гнезд и посещают одно и то же подмножество гнездовых ящиков. Самки в одних и тех же группах посещения гнезд, по-видимому, с большей вероятностью связаны родственниками и принадлежат к одной и той же когорте (Stair et al., в процессе подготовки).

Результаты также предполагают, что паразитизм потомков одного вида представляет собой гибкую стратегию жизненного цикла, которая позволяет самкам корректировать репродуктивное усилие в соответствии с инвестициями с вероятностью успеха (Lyon and Eadie, 2008, 2018). Благодаря интеграции как перспективы жизненного цикла (что делают самки и почему), так и родства (как родство влияет на эти компромиссы), технология RFID в сочетании с генотипированием в масштабах всей популяции позволила получить более полное понимание эволюции и экологии потомства одного вида. паразитизм и его отношение к другим системам размножения.RFID-мониторинг на каждом участке гнезда вместе с PIT-меткой всех гнездящихся самок и птенцов дает редкую возможность проследить за отдельными самками на протяжении всей их жизни и более глубоко изучить экологические, физиологические и генетические факторы, влияющие на их интригующее размножение.

Реализация 2: Фидерный массив для оценки пространственной памяти и познания

Второй пример системы RFID позволяет проводить тесты на пространственное познание (пространственное обучение и память) горных синих ( Poecile gambeli ) в горах Сьерра-Невада.Эти птицы живут круглый год в горной среде обитания, где зимой может выпасть до шести метров снега. Чтобы выжить в этих условиях, птицы должны хранить или кэшировать пищу (обычно семена сосны), а затем собирать ее через несколько дней или недель, когда другие источники пищи недоступны зимой. Следовательно, большая способность к пространственным познавательным способностям является ключом к выживанию этих птиц, а индивидуальные вариации в пространственном обучении и способности памяти представляют большой интерес для понимания экологии и эволюции этих животных, а также видов, хранящих пищу в целом.

Исследователи из Университета Невады (VP, CB, DK, AP и BS) разработали и внедрили средства оценки пространственного обучения и памяти в популяции горных синиц с использованием массивов кормушек для птиц с поддержкой RFID, которые могут выборочно кормить определенных животных. частные лица. Кормушки оснащены моторизованной дверцей, управляемой платой RFID, которую можно опускать или поднимать, чтобы разрешить или запретить доступ к пище. Антенна встроена в насест, расположенный перед дверью, так что кормушка может распознавать людей на насесте и соответственно управлять дверцей, чтобы обеспечить или удержать пищу.Движение двери осуществляется с помощью зубчатой ​​реечной передачи, приводимой в действие малым мотор-редуктором. Концевой выключатель используется вместе с дверью, чтобы указать на печатную плату, когда дверь достигла полностью открытого или полностью закрытого положения. Двигатель управляется специальной дополнительной печатной платой, на которой установлен контроллер двигателя TB6612FNG (подробности на странице проекта OSF).

В тестах на обучение и запоминание использовались наборы из восьми кормушек для птиц с поддержкой RFID, которые были установлены вместе на квадратной раме с двумя кормушками с каждой стороны, обращенными наружу (см. Рис. 2B и Pitera et al., 2018). Один или два из этих массивов (в зависимости от исследования) были расположены на высоких и низких отметках. Массивы подвешивались на тросах, протянутых между деревьями, так что кормушки можно было поднимать выше досягаемости медведей и грызунов. Перед тестированием все питатели были настроены в открытом положении. То есть все двери были открыты, так что все птицы имели доступ к хорошо видимой пище (семечкам). В это время была включена регистрация данных RFID, так что исследователи могли определить, какие помеченные птицы посещали кормушки, но считывание RFID не повлияло на доступ к пище.

После этого начального периода акклиматизации, продолжавшегося около недели, кормушки были переведены в «режим полного кормления», при котором дверь оставалась закрытой до тех пор, пока на насесте не будет обнаружена какая-либо птица с меткой. В режиме «кормить все» любая птица с меткой приведет к открытию дверцы кормушки. Этот режим обучения позволил птицам привыкнуть к движению двери.

После еще одного периода инициализации в режиме кормления все кормушки были переконфигурированы в «целевой режим», так что каждая птица будет иметь доступ к корму только на одном из восьми кормушек.Пространственное обучение и память оценивались на основании того, сколько кормушек, не приносящих вознаграждения, посетила птица перед посещением назначенной кормушки во время каждого испытания. Испытание начинается, когда птица посещает любую кормушку в массиве, и заканчивается посещением кормушки, приносящей награду. Считается, что птицы, которые быстро учатся и запоминают расположение кормушки, приносящей вознаграждение (о чем свидетельствует все меньшее количество посещений кормушек, не приносящих вознаграждения), обладают превосходными способностями к пространственному обучению и памяти. В дополнение к тестированию пространственного познания система может тестировать обратное пространственное обучение и производительность памяти, переключая кормушку для каждой птицы после завершения задачи пространственного обучения и памяти (что обычно занимало 4 дня).Количество ошибок (например, количество посещенных кормушек, не приносящих вознаграждения, до посещения кормушки, приносящей вознаграждение) в течение 4-дневного обратного испытания обеспечивает меру пространственного обучения и гибкости памяти, поскольку птице необходимо прекратить посещать кормушку, которая давала корм в предыдущее задание на пространственное обучение и запоминание и узнайте местонахождение новой полезной кормушки.

Эта система была применена к горным синицам, живущим на двух разных высотах. Птицы на большой высоте (~ 2400 м) сталкиваются с более суровыми и продолжительными зимними условиями и в большей степени полагаются на запасы пищи и восстановление корма для выживания в течение зимы, чем птицы на более низкой высоте (~ 1900 м).Система RFID предоставила средства для проверки нескольких ключевых гипотез, касающихся пространственной когнитивной способности, условий окружающей среды и приспособленности. Во-первых, пространственные когнитивные тесты показали, что высокорослые птицы обладают лучшими способностями к пространственному обучению и памяти, чем низкорослые (Croston et al., 2016). Во-вторых, система показала, что индивидуальные вариации в пространственном обучении и производительности памяти связаны с различиями в выживаемости у первогодних молодых птиц в течение их первой зимы, показывая, что на пространственное познание влияет естественный отбор на больших высотах (Sonnenberg et al., 2019). Более того, серия тестов на пространственное обучение и обращение памяти предложила потенциальный компромисс между когнитивной гибкостью и пространственным обучением / памятью (Croston et al., 2017; Tello-Ramos et al., 2018). Данные RFID, собранные в этой системе, также использовались, чтобы показать, что ежедневные режимы кормления цыплят различаются между высотами и сезонами. Более того, было очевидно, что пространственное обучение и производительность памяти были связаны с ежедневным режимом добычи пищи. В частности, у цыплят с лучшим пространственным познанием был ежедневный распорядок кормодобывания, который напоминал таковой в более мягких условиях и в более мягкие сезоны, вероятно, из-за большей предсказуемости успеха кормления для этих особей (Pitera et al., 2018). Совсем недавно система показала, что самки выделяют больше репродуктивных усилий при спаривании с самцами с лучшими характеристиками пространственного обучения и памяти (Branch et al., 2019). Наконец, текущая работа в этой системе включает анализ социальных сетей цыплят с использованием данных RFID для выявления ассоциаций между социальными и когнитивными фенотипами, а также потенциальной роли когнитивного фенотипа в структурировании этих социальных сетей.

Реализация 3: Платформа Nest Box для экспериментальных манипуляций

В нескольких исследованиях RFID уже использовался для создания подробного журнала активности птиц, использующих искусственные гнездовые ящики (например,г., Johnson et al., 2013; Стэнтон и др., 2016; Зарыбницка и др., 2016; Schuett et al., 2017; Чиен и Чен, 2018; Firth et al., 2018). В этом третьем примере применения мы описываем проект, который делает следующий логический шаг вперед — использование RFID для организации экспериментальных методов лечения, которые могут применяться индивидуально к разведению взрослых особей и потомства. Этот проект включал в себя гнездовой ящик, разработанный для восточно-голубых птиц ( Sialia sialis ), который мог управлять шумом окружающей среды и / или температурой гнездового ящика в зависимости от того, какие птицы находились внутри ящика (рис. 2С).В рамках проекта было реализовано несколько версий nestbox с поддержкой RFID, но не все функции были протестированы в полевых условиях (в частности, регулировка температуры). Следовательно, описанные здесь функции следует рассматривать как функции, доступные для исследования гнездовых ящиков, основанного на технологиях.

Чтобы гарантировать, что лечение применяется точно к целевым особям, гнездовой ящик был настроен на использование двух антенн. Одна антенна была установлена ​​так, чтобы окружать вход в гнездовой ящик, и она могла захватывать птиц, когда они входят или выходят.Вторая антенна располагалась внутри ящика для гнезд, и она могла проверить наличие в нем птицы. Стратегия опроса тегов была задумана так, что входная антенна использовалась для большей части мониторинга, а опрос внутренней антенной производился только периодически или когда входная антенна принимала метку. Такое расположение было необходимо, потому что птицы часто отдыхают на входе в гнездовье, но не заходят внутрь. Или они могут подлететь ко входу, но быстро улететь. Система с двумя антеннами гарантировала попадание птицы в гнездовой ящик.

Следуя общему примеру Lendvai et al. (2015b), искусственный шум был включен в систему с помощью стандартного последовательного модуля MP3-плеера и динамика мощностью 1 Вт (catalex.taobao.com). Эти предметы были куплены одним комплектом примерно за 4 доллара. MP3-плеер получает доступ и воспроизводит аудиодорожки с карты mini-SD. Микроконтроллер на плате RFID связывается с MP3-плеером через простой последовательный интерфейс. Следовательно, считыватель RFID может контролировать время, продолжительность и громкость воспроизведения.Мы использовали транзистор для управления источником питания MP3-плеера, чтобы он мог отключаться, когда он не использовался (подробности см. На странице проекта OSF). Точно так же мы настроили печатную плату RFID для управления подачей питания на электронную грелку (WireKinetics Co, Ltd, Тайбэй, Тайвань). Как и в случае с акустической системой, мы использовали простую транзисторную схему для подачи тока на грелку непосредственно от источника питания (то есть батареи).

В рамках пилотного исследования на активном гнезде синей птицы в округе Кент, штат Мичиган, была развернута единая система шумоподавления.Система была запрограммирована так, чтобы издавать шум с 05:30 до 11:00 каждый день, когда оба родителя отсутствовали в гнездовом ящике. Система успешно справлялась с эффективным лечением на протяжении большей части гнездования. Размер выборки, конечно, слишком мал, чтобы делать какие-либо выводы, и, основываясь на этих первоначальных усилиях, мы планируем продолжить этот эксперимент в будущих сезонах размножения. Грелка еще не была протестирована, но мы планируем провести это весной 2019 года, а результаты будут опубликованы на нашей странице проекта OSF.

Обсуждение

Примеры исследований, описанные выше, никоим образом не исчерпывают возможностей, предлагаемых нашей недорогой системой RFID. Учитывая широкий спектр аппаратных и программных инструментов, доступных как часть электронной платформы Arduino, существует множество других приложений, касающихся регистрации данных и экспериментальных манипуляций, которые можно использовать в контексте биологической идентификации на основе RFID. Вот несколько потенциальных и / или недавно оформленных заявок:

• Взаимодействие считывателя RFID с сетью Wi-Fi для передачи данных беспроводной RFID в реальном времени в концентратор сбора данных (Ramudzuli et al., 2017; Росвал, личное сообщение).

• Использование посещений кормовой станции для генерации ассоциативных данных для использования в сетевой модели (Псоракис и др., 2015; Зонана и др., 2019).

• Оценка и количественная оценка социального поведения свободноживущих животных (Аплин и др., 2013, 2014, 2015b; Зевс и др., 2017; Сабол и др., 2018).

• Проведение когнитивных тестов, основанных на манипуляциях (Аплин и др., 2015a; Моранд-Феррон и др., 2015).

• Мониторинг использования продуктов питания или других ресурсов (Crates et al., 2016).

• Эксперименты по селективному добавлению пищевых добавок (Смолл и др., 2013).

• Адресная доставка питательных веществ или лекарств конкретным животным (Schoech and Bowman, 2003).

• Регистрация данных об окружающей среде для сопоставления условий с поведением.

• Схема посещения гнезд колониальных видов (Leighton and Echeverri, 2016).

• Количественная оценка движения и исследовательского поведения (Catarinucci et al., 2014a; Ousterhout and Semlitsch, 2014).

• Мониторинг здоровья и поведения животных, содержащихся в неволе (Whitham and Miller, 2016).

• Количественная оценка продолжительности остановок и поведения мигрирующих видов (Zenzal and Moore, 2016).

• Автоматический сбор данных о массе тела и других морфометрических данных (Hou et al., 2015; Small, неопубликовано).

По мере появления новых приложений мы намерены включать их в качестве модулей на нашу страницу проекта OSF.

В примерах, описанных в этой статье, присутствует явная таксономическая систематическая ошибка; все они применимы к системам изучения птиц. Однако это предубеждение вызвано общими интересами исследовательских групп, а не ограничениями применимости систем RFID к другим таксонам.Метки PIT использовались у самых разных позвоночных и даже у некоторых насекомых (Sumner et al., 2007; Bonter and Bridge, 2011; Dogan et al., 2016; Whitham and Miller, 2016). Тем не менее их применимость к исследованиям птиц не должна вызывать удивления, для большинства видов птиц требуются небольшие (<1 г) устройства слежения.

Основным преимуществом автоматизированных систем, подобных описанным здесь, является возможность непрерывной записи данных. Традиционные методы мониторинга часто включают составление графиков активности животных — например, исследователь может визуально контролировать вход в нору в течение 3 часов через день, или можно записывать на видео активность на станции кормления в течение 5 часов каждый день.Хотя этих методов может быть достаточно для нахождения средних значений, связанных с событиями, которые происходят регулярно, они могут быть неадекватными для обнаружения редких или даже нечастых событий (таких как паразитизм расплода или оперение). Автоматизированные системы устраняют необходимость отбора проб, так что вы можете полностью фиксировать попытку размножения или период активности (см. Lendvai et al., 2015a).

Как и в случае со всеми исследовательскими усилиями, связанными с прикреплением устройств к животным, исследователи должны приложить все усилия, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия оснащения животных метками PIT.Существует множество исследований влияния тегов PIT на выживаемость и поведение, при этом большая часть этих исследований сосредоточена на рыбах (Keck, 1994; Low et al., 2005; Nicolaus et al., 2008; Burdick, 2011; Thorstad et al. , 2013; Guimaraes et al., 2014; Ratnayake et al., 2014; Moser et al., 2017; Schlicht, Kempenaers, 2018). Подавляющее большинство этих исследований пришли к выводу, что эффект имплантированных тегов PIT незначителен. Описанное выше исследование Wood Duck включало инъекцию меток как самкам, так и утятам внутрилопаточно с помощью шприца PIT-tag, и за 6 лет не было обнаружено никаких вредных воздействий на самок или утят в дикой природе.Связанные с этим проекты включают пометку> 500 утят в неволе и выращивание> 200 утят до стадии оперения без каких-либо неблагоприятных последствий для выживаемости или здоровья, наблюдаемых в ходе регулярного наблюдения ветеринарами. Потеря меток была <1% (Eadie et al., В стадии подготовки).

Нам не известно о систематическом исследовании, в котором изучались бы эффекты внешних установленных тегов PIT. В частности, внешний монтаж в основном применим к видам птиц, у которых бирки PIT встроены в ободки для ног (см. Рисунок 1).Наш собственный опыт не выявил никаких проблем, кроме тех, которые обычно связаны с перевязками для ног. В частности, в описанных выше исследованиях горных синиц было помечено более 1000 особей с помощью RFID-меток для ног. До сих пор был один случай, когда повязка на ноге стала причиной травмы. Тем не менее, есть неопубликованные сообщения о явных травмах и смертности в связи с использованием RFID-повязок для ног (Curry, неопубликованные данные; Morand-Ferron et al., Личное сообщение).Мы выступаем за использование компактных ремешков для ног RFID, подобных тем, которые поставляются по технологии Eccel, которые минимизируют размер метки (см. Рис. 1), и мы рекомендуем соблюдать осторожность при выборе соответствующего размера ленты для маркируемого вида (или индивидуума).

Важно отметить, что наше устройство — не единственный считыватель RFID, доступный для полевых биологов. Среди альтернатив низкочастотных (120–150 МГц) считывателей самые дешевые варианты включают несколько модулей считывателей RFID, которые могут просто считывать данные тегов и обмениваться данными с компьютером или микроконтроллером.Примеры включают в себя считыватели ID-12 и ID-20 (ID Innovations, Canning Vale, Вашингтон, Австралия), RFID-модуль Paralax (Parallax, Inc, Rocklin, CA, США), модули MIKROE-262 и MIKROE-1434 (Mikroelektronika DOO, Белград, Сербия) и модуль RFIDREAD-RW (проект Priority 1, Мельбурн, Австралия). Стоимость таких модулей варьируется от 10 до 50 долларов США. Есть несколько коммерчески доступных считывателей RFID, которые могут регистрировать данные аналогично нашему считывателю ETAG. Например, Priority 1 Design предлагает печатную плату RFIDLOG за ~ 50 долларов США.Более надежный, полностью закрытый считыватель / регистратор RFID можно приобрести у Eccel Technology, Ltd (Лестер, Великобритания) по цене ~ 400 долларов США. Для приложений, требующих дальности считывания> 2–3 см, существуют высокомощные считыватели RFID, способные считывать расстояния 50 см и более. К сожалению, считыватели, которые предлагают этот увеличенный диапазон считывания, обычно будут стоить значительно дороже, чем системы с низким энергопотреблением. Примеры мощных систем включают считыватели Biomark, такие как IS1001, который стоит ~ 1500 долларов (долларов США), и системы RFID от Орегона (Портленд, Орегон, США) с минимальной стоимостью чуть более 2000 долларов (долларов США).Несмотря на то, что существует множество считывателей RFID, существует несколько автономных систем, которые могут быть запрограммированы пользователем для выполнения сложных протоколов. Наш считыватель ETAG предлагает эту ключевую функцию.

Чтобы облегчить широкое сотрудничество и обмен информацией, мы создали проект в рамках Open Science Framework по адресу https://osf.io/9j7ax/. Это информационное хранилище содержит техническую информацию, относящуюся к системе RFID и исследовательским приложениям, описанным в этом документе, и открыто для всех желающих просматривать и загружать материалы.Это также позволяет постоянно обновлять и расширять, чтобы мы могли продолжать добавлять новые приложения и участников в обозримом будущем. Новые разработки на горизонте включают беспроводные сети для доставки данных в реальном времени и онлайн-программные инструменты для проектирования антенн, кульминацией которых станет онлайн-симулятор для тестирования виртуальных антенн перед созданием физического прототипа. Мы также разрабатываем веб-портал данных и архив для загрузки, хранения и управления данными RFID. Мы надеемся, что наша система RFID и предстоящие инструменты окажутся полезными ресурсами для сообщества биологов, и мы приглашаем наших читателей принять участие в наших усилиях по расширению применения технологии RFID для отслеживания и мониторинга животных.

Заявление об этике

Все исследования на животных проводились в соответствии с принятыми этическими стандартами и с одобрения соответствующих институциональных комитетов авторов по уходу за животными и их использованию (IACUC). В частности, исследование, описанное в этой рукописи, следовало утвержденным IACUC протоколам R16-010, 00603 и 20971 для Университета Оклахомы, Университета Невады Рино и Калифорнийского университета в Дэвисе, соответственно. Все усилия на местах были направлены на минимизацию негативного воздействия на птиц, работая с животными только в благоприятных условиях и следуя передовой практике обращения с животными и мечения.

Авторские взносы

Компания

EB участвовала в разработке и внедрении систем RFID и подготовила основной текст статьи. JW и AM помогли разработать печатную плату RFID, написали ключевые элементы прошивки и выступили в качестве грантополучателя. MP и DP разработали и реализовали экспериментальный гнездовой ящик bluebird и внесли свой вклад в написание этого раздела текста. Компания CH разработала и внедрила систему солнечной зарядки, используемую в ящиках bluebird. CC выступал в качестве PI гранта и вместе с TP создал инфраструктуру данных для системы RFID и управлял страницей проекта OSF.JE, TS, AO и BL провели полевое исследование Wood Ducks, а JE и BL помогли составить текст этого раздела. CB, AP, DK, BS и VP разработали и выполнили тестирование пространственной памяти. VP и AP помогли составить этот раздел текста. JR выполняла функции общего менеджера проекта и грантополучателя проекта, а также оказывала помощь в редактировании рукописи.

Финансирование

Финансирование разработки технологий поступило от Национального научного фонда: NSF IDBR 1556313 для JR и EB; NSF IDBR 1556316 — JW; NSF ABI 1458402 по CC, JR и EB.NSF также предоставил финансирование для двух из представленных реализаций RFID: IOS 1351295 и NSF IOS 1856181 для VP; NSF IOS 1355208 по JE и BL. Разработка и тестирование гнездового ящика для синей птицы было поддержано стипендией Джорджа Микша Сатттона, грантом Североамериканского общества синей птицы и наградой MP за биологическую станцию ​​OU.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим всех наших коллег, которые тестировали прототипы и оставляли отзывы. Мы также благодарим многих полевых ассистентов и студентов-волонтеров, которые принимали участие в полевых исследованиях, описанных в этой статье. Наконец, спасибо также Елене Бридж за сборку сотен печатных плат RFID.

Список литературы

Ану В. М., Канессане Р. А. (2017). Мониторинг поголовья с использованием RFID с индексированием деревьев R + . Biomed.Res. India 28, 2407–2410.

Google Scholar

Аплин, Л. М., Фарин, Д. Р., Манн, Р. П., и Шелдон, Б. С. (2014). Индивидуальный уровень личности влияет на поиск пищи и коллективное поведение диких птиц. Proc. R. Soc. Биол. Sci. 281: 2014 1016. DOI: 10.1098 / rspb.2014.1016

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аплин, Л. М., Фарин, Д. Р., Моран-Феррон, Дж., Кокберн, А., Торнтон, А., и Шелдон, Б.С. (2015a). Экспериментально индуцированные инновации приводят к устойчивой культуре через конформизм у диких птиц. Nature 518, 538–541. DOI: 10.1038 / природа13998

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аплин, Л. М., Фарин, Д. Р., Моран-Феррон, Дж., Коул, Э. Ф., Кокберн, А., и Шелдон, Б. С. (2013). Отдельные личности предсказывают социальное поведение в диких сетях больших синиц ( Parus major ). Ecol. Lett. 16, 1365–1372.DOI: 10.1111 / ele.12181

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аплин, Л. М., Ферт, Дж. А., Фарин, Д. Р., Воелкл, Б., Крейтс, Р. А., Кулина, А. и др. (2015b). Устойчивые индивидуальные различия социальных фенотипов диких синиц, Parus major . Anim. Behav. 108, 117–127. DOI: 10.1016 / j.anbehav.2015.07.016

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bandivadekar, R.R., Pandit, P.S., Sollmann, R., Thomas, M.J., Logan, S.M., Brown, J.C., et al. (2018). Использование технологии RFID для характеристики посещений кормушек и контактной сети колибри в городских средах обитания. PLoS ONE 13: e208057. DOI: 10.1371 / journal.pone.0208057

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барлоу, С. Э., О’Нил, М. А., и Павлик, Б. М. (2019). Прототип RFID-метки для обнаружения посещений шмелей на фрагментированных ландшафтах. J. Biol.Англ. 13:13. DOI: 10.1186 / s13036-019-0143-x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Беллроуз, Ф. К., Холм, Д. Дж., И Исследование естественной истории Института управления дикой природой штата Иллинойс. (1994). Экология и управление древесной уткой. Механиксберг, Пенсильвания: Stackpole Books.

Google Scholar

Бонтер, Д. Н., Бридж, Э. С. (2011). Применение радиочастотной идентификации (RFID) в орнитологических исследованиях: обзор. J. Field Ornithol. 82, 1–10. DOI: 10.1111 / j.1557-9263.2010.00302.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бранч, К. Л., Питера, А. М., Козловский, Д. Ю., Бридж, Е. С., Правосудов, В. В. (2019). Умный — это новая сексуальность: самки горных синих увеличивают вложения в репродуктивную функцию, когда спариваются с самцами с лучшим пространственным познанием. Ecol. Lett. 22, 897–903. DOI: 10.1111 / ele.13249

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мост, E.С., Бонтер Д. Н. (2011). Недорогое устройство радиочастотной идентификации для орнитологических исследований. J. Field Ornithol. 82, 52–59. DOI: 10.1111 / J.1557-9263.2010.00307.X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бурдик, С. М. (2011). Потеря меток и кратковременная смертность, связанные с пассивным интегрированным транспондером мечения молоди потерянных речных присосок. N. Am. J. Fish. Управлять. 31, 1088–1092. DOI: 10.1080 / 02755947.2011.641067

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Катаринуччи, Л., Colella, R., Mainetti, L., Patrono, L., Pieretti, S., Secco, A., et al. (2014a). Система слежения за животными для анализа поведения с использованием радиочастотной идентификации. Lab Anim. 43, 323–329. DOI: 10.1038 / laban.547

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Catarinucci, L., Colella, R., Mainetti, L., Patrono, L., Pieretti, S., Sergi, I., et al. (2014b). Интеллектуальная антенная система RFID для отслеживания в помещении и анализа поведения мелких животных в клетках-колониях. IEEE Sens. J. 14, 1198–1206. DOI: 10.1109 / JSEN.2013.2293594

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чиен, Ю. Р., Чен, Ю. X. (2018). Интеллектуальный гнездовой бокс на основе RFID: экспериментальное исследование продуктивности несушки и поведения отдельных кур. Датчики 18: E859. DOI: 10.3390 / s18030859

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Crates, R.A., Firth, J.A., Farine, D.R., Garroway, C.J., Kidd, L.R., Aplin, L.М., et al. (2016). Индивидуальные различия в потреблении дополнительных кормов в зимний период и их последствия для воспроизводства у диких птиц. J. Avian Biol. 47, 678–689. DOI: 10.1111 / jav.00936

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кростон, Р., Бранч, К. Л., Питера, А. М., Козловский, Д. Ю., Бридж, Э. С., Парчман, Т. Л. и др. (2017). Предсказуемо суровая среда связана со сниженной когнитивной гибкостью у диких горных синих, добывающих пищу. Anim.Behav. 123, 139–149. DOI: 10.1016 / j.anbehav.2016.10.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кростон, Р., Козловский, Д. Ю., Бранч, К. Л., Парчман, Т. Л., Бридж, Э. С., Правосудов, В. В. (2016). Индивидуальные различия в показателях пространственной памяти у диких горных синих с разных высот. Anim. Behav. 111, 225–234. DOI: 10.1016 / j.anbehav.2015.10.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доган, Х., Чаглар, М.Ф., Явуз М. и Гёзель М. А. (2016). Использование систем радиочастотной идентификации для мониторинга животных. SDU Int. J. Technol. Sci. 8, 38–53.

Google Scholar

Ферт, Дж. А., Верхелст, Б. Л., Крейтс, Р. А., Гарроуэй, К. Дж., И Шелдон, Б. С. (2018). Пространственные, временные и индивидуальные различия в посещениях участков гнезд и последующий репродуктивный успех диких синиц. J. Avian Biol. 49: e01740. DOI: 10.1111 / jav.01740

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гимарайнш, М., Корреа, Д. Т., Филхо, С. С., Оливейра, Т. А. Л., Доэрти, П. Ф., и Савая, Р. Дж. (2014). Один шаг вперед: противопоставление эффектов отсечения пальца ноги и маркировки PIT на выживаемость лягушки и вероятность повторной поимки. Ecol. Evol. 4, 1480–1490. DOI: 10.1002 / ece3.1047

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hou, L. L., Verdirame, M., and Welch, K. C. (2015). Автоматическое отслеживание массы и энергии диких колибри в различных временных масштабах с использованием технологии радиочастотной идентификации (RFID). J. Avian Biol. 46, 1–8. DOI: 10.1111 / jav.00478

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ибарра, В., Арая-Салас, М., Танг, Ю. П., Парк, К., Хайд, А., Райт, Т. Ф. и др. (2015). Интеллектуальная кормушка для колибри на основе RFID. Датчики 15, 31751–31761. DOI: 10.3390 / s151229886

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Изербит, А., Гриффиоен, М., Борреманс, Б., Иенс, М., и Мюллер, В. (2018). Как количественно определить активность животных по записям радиочастотной идентификации (RFID). Ecol. Evol. 8, 10166–10174. DOI: 10.1002 / ece3.4491

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонсон, Л. С., Хеберт, Р. М., Наполилло, Ф. М., и Аллен, А. (2013). Процесс оперения горной синей птицы. J. Field Ornithol. 84, 367–376. DOI: 10.1111 / jofo.12036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лейтон, Г. М., Эчеверри, С. (2016). Популяционная геномика общительных ткачей Philetairus socius выявляет значительную примесь среди колоний. J. Ornithol. 157, 483–492. DOI: 10.1007 / s10336-015-1307-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лендваи, А.З., Акчай, К., Оуян, Дж. К., Дакин, Р., Домалик, А. Д., Сент-Джон, П. С. и др. (2015a). Анализ оптимальной продолжительности поведенческих наблюдений на основе автоматизированной системы непрерывного мониторинга ласточек ( Tachycineta bicolor ): достаточно ли одного часа? PLoS ONE 10: e141194. DOI: 10.1371 / journal.pone.0141194

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лендваи, А.З., Акчай, К., Вайс, Т., Осман, М. Ф., Мур, И. Т., и Бонье, Ф. (2015b). Недорогое аудиовизуальное воспроизведение и запись, инициируемые радиочастотной идентификацией с использованием Raspberry Pi. Peerj 4: e742v1. DOI: 10.7287 / peerj.preprints.742v1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоу, М., Исон, Д., и Макиннес, К. (2005). Оценка пассивных интегрированных транспондеров для идентификации Kakapo, Strigops habroptilus. Emu-Austr. Орнитол. 105, 33–38.DOI: 10.1071 / MU04060

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лион, Б. Э., и Иди, Дж. М. (2008). Видовой паразитизм расплода у птиц: перспектива жизненного цикла. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 39, 343–363. DOI: 10.1146 / annurev.ecolsys.39.110707.173354

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лион, Б. Э., и Иди, Дж. М. (2018). «Почему птицы откладывают яйца в гнездах сородичей?» in Паразитизм птичьих выводков: поведение, экология, эволюция и коэволюция, 1-е изд., Эд Солер, М. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer Berlin Heidelberg, 105–123.

Google Scholar

Моран-Феррон, Дж., Коул, Э. Ф., и Куинн, Дж. Л. (2016). Изучение эволюционной экологии познания в дикой природе: обзор практических и концептуальных проблем. Biol. Ред. 91, 367–389. DOI: 10.1111 / brv.12174

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Моран-Феррон, Дж., Хэмблин, С., Коул, Э. Ф., Аплин, Л. М., и Куинн, Дж.Л. (2015). Внедрение оперантной парадигмы в поле: ассоциативное обучение у огромных диких сисек. PLoS ONE 10: e133821. DOI: 10.1371 / journal.pone.0133821

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мозер, М. Л., Джексон, А. Д., Мюллер, Р. П., Мэн, А. Н., и Дэвиссон, М. (2017). Влияние имплантации пассивного интегрированного транспондера (PIT) на ammocoetes тихоокеанской миноги. Anim. Биотел. 5: 1. DOI: 10.1186 / s40317-016-0118-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Николаус, М., Бауман, К. М., и Дингеманс, Н. Дж. (2008). Влияние тегов PIT на выживаемость и вербовку больших синиц Parus major . Ardea 96, 286–292. DOI: 10.5253 / 078.096.0215

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Оустерхаут, Б. Х., Семлич, Р. Д. (2014). Измерение поведения при наземном движении с использованием тегов пассивного интегрированного транспондера (PIT): влияние размера тега на обнаружение, движение, выживаемость и рост. Behav. Ecol. Sociobiol. 68, 343–350.DOI: 10.1007 / s00265-013-1656-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Питера А. М., Бранч К. Л., Бридж Э. С., Правосудов В. В. (2018). Ежедневный распорядок добычи у горных синих, добывающих пищу, связан с различиями в суровости окружающей среды. Anim. Behav. 143, 93–104. DOI: 10.1016 / j.anbehav.2018.07.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Псоракис, И., Воелкл, Б., Гарроуэй, К. Дж., Радерсма, Р., Аплин, Л. М., Crates, R.A., et al. (2015). Вывод социальной структуры из временных данных. Behav. Ecol. Sociobiol. 69, 857–866. DOI: 10.1007 / s00265-015-1906-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рамудзули З.Р., Малекян Р., Е Н. (2017). Разработка системы RFID для отслеживания лабораторных животных в реальном времени. Беспроводная связь Per. Commun. 95, 3883–3903. DOI: 10.1007 / s11277-017-4030-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ратнаяке, К.П., Морозинотто К., Руусканен С., Виллерс А. и Томсон Р. Л. (2014). Пассивные интегрированные транспондеры (PIT) на небольшой перелетной воробьиной птице: отсутствие вредных краткосрочных и долгосрочных эффектов. Орнис Фенника 91, 244–255.

Google Scholar

Рассел А. Л., Моррисон С. Дж., Москонас Э. Х. и Папай Д. Р. (2017). Модели специализации шмелей на добыче пыльцы и нектара в различных временных масштабах с использованием RFID. Sci. Отчет 7: 42448.DOI: 10.1038 / srep42448

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сабол, А.С., Соломон, Н.Г., и Данцер, Б. (2018). Как изучить социально моногамное поведение скрытных животных? Использование анализа социальных сетей и автоматизированных систем отслеживания для изучения социального поведения степных полевок. Фронт. Ecol. Evol. 6: 178. DOI: 10.3389 / fevo.2018.00178

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шлихт Э. и Кемпенаерс Б.(2018). Непосредственное влияние звонка, забора крови и имплантации PIT-метки на поведение голубых синиц Cyanistes caeruleus . Ardea 106, 39–98. DOI: 10.5253 / arde.v106i1.a8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шох, С. Дж., И Боуман, Р. (2003). Влияет ли дифференцированный доступ к белку на различия в сроках размножения флоридских скраб-соек ( Aphelocoma coerulescens ) в пригородных и диких местообитаниях? Auk 120, 1114–1127.DOI: 10.2307 / 40

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шуэтт В., Джарвисто П. Э., Калхим С., Велмала В. и Лааксонен Т. (2017). Любопытные соседи: большие выводки привлекают больше посетителей. Полевой эксперимент на мухоловке-пеструшке, Ficedula hypoleuca. Oecologia 184, 115–126. DOI: 10.1007 / s00442-017-3849-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смолл, Т. У., Бридж, Э. С., Шох, С. Дж. (2013). «Краткосрочные и долгосрочные последствия дополнительного питания для свободно живущих видов, находящихся под угрозой исчезновения, Флоридской скраб-сойки», на ежегодном собрании Союза американских орнитологов и Орнитологического общества Купера, 14–17 августа 2013 г. (Чикаго, Иллинойс).

Google Scholar

Зонненберг, Б. Р., Бранч, К. Л., Питера, А. М., Бридж, Э., Правосудов, В. В. (2019). Естественный отбор и пространственное познание у диких горных синих, добывающих пищу. Curr. Биол. 29, 670–676.e3. DOI: 10.1016 / j.cub.2019.01.006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стэнтон Р. Л., Моррисси К. А. и Кларк Р. Г. (2016). Древесная ласточка ( Tachycineta bicolor ) в поисках пищи реагирует на использование сельскохозяйственных земель и обилие насекомых-жертв. банка. J. Zool. 94, 637–642. DOI: 10.1139 / cjz-2015-0238

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Самнер, С., Лукас, Э., Баркер, Дж. И Исаак, Н. (2007). Технология радиомегирования выявляет экстремальное поведение эусоциальных насекомых при перемещении гнезд. Curr. Биол. 17, 140–145. DOI: 10.1016 / j.cub.2006.11.064

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Телло-Рамос, М. К., Бранч, К. Л., Питера, А. М., Козловский, Д. Ю., Бридж, Э.С., Правосудов В.В. (2018). Воспоминания у диких горных синих с разных высот: сравнение птиц-первогодок с выжившими взрослыми. Anim. Behav. 137, 149–160. DOI: 10.1016 / j.anbehav.2017.12.019

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Торстад, Э. Б., Рикардсен, А. Х., Алп, А., и Окланд, Ф. (2013). Использование электронных меток в исследованиях рыб — обзор методов телеметрии рыб. Турецкий J. Fish. Акват. Sci. 13, 881–896. DOI: 10.4194 / 1303-2712-v13_5_13

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уизем, Дж. К., и Миллер, Л. Дж. (2016). Использование технологий для мониторинга и улучшения условий содержания животных в зоопарках. Anim. Благосостояние 25, 395–409. DOI: 10.7120 / 09627286.25.4.395

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зарыбницка М., Кубизнак П., Синделар Дж. И Главац В. (2016). Умный гнездовой бокс: инструмент и методика для наблюдения за животными, обитающими в пустотах. Methods Ecol.Evol. 7, 483–492. DOI: 10.1111 / 2041-210X.12509

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зензал Т. Дж., Мур Ф. Р. (2016). Биология остановки в пути рубиноносных колибри ( Archilochus colubris ) во время осенней миграции. Auk 133, 237–250. DOI: 10.1642 / AUK-15-160.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зевс, В. М., Пуэчмайл, С. Дж., И Керт, Г. (2017). Односпецифические и гетероспецифические социальные группы влияют на использование ресурсов друг друга: исследование совместного использования насестов между колониями летучих мышей. Anim. Behav. 123, 329–338. DOI: 10.1016 / j.anbehav.2016.11.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зонана Д. М., Джи, Дж. М., Бридж, Э. С., Брид, М. Д. и Доук, Д. Ф. (2019). Ассортативное поведение структурирует социальные сети в гибридной зоне перепелов. Am. Nat. 193, 852–865. DOI: 10.1086 / 703158

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цукерберг Б., Вудс А. М. и Портер В. Ф. (2009). Сдвиги к полюсам в распределении гнездящихся птиц в штате Нью-Йорк. Glob. Чанг. Биол. 15, 1866–1883. DOI: 10.1111 / j.1365-2486.2009.01878.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Что такое Ардуино? | Opensource.com

В двух словах, Arduino — это открытая плата для разработки аппаратного обеспечения, которая может использоваться мастерами, любителями и производителями для проектирования и создания устройств, взаимодействующих с реальным миром. Хотя Arduino относится к определенному типу дизайна платы, его также можно использовать для обозначения компании, которая производит конкретную реализацию этих плат, и обычно также используется для описания сообщества вокруг совместимых плат, созданных другими людьми или компаниями, которые работают. подобным образом.

Чтобы узнать больше об основах, посмотрите это короткое видео ниже.

Что составляет Arduino?

Arduinos содержат несколько различных частей и интерфейсов на одной печатной плате. Дизайн менялся с годами, и некоторые вариации включают в себя и другие детали. Но на базовой доске вы, скорее всего, найдете следующие фигуры:

  • Количество контактов, которые используются для подключения различных компонентов, которые вы, возможно, захотите использовать с Arduino.Эти булавки бывают двух видов:
    • Цифровые выводы, которые могут считывать и записывать одно состояние, включено или выключено. Большинство Arduinos имеют 14 контактов цифрового ввода / вывода.
    • Аналоговые контакты, которые могут считывать диапазон значений и полезны для более точного управления. Большинство Arduinos имеют шесть таких аналоговых контактов.

    Эти контакты расположены в определенном порядке, поэтому, если вы покупаете дополнительную плату, предназначенную для их установки, обычно называемую «щитом», она должна легко поместиться в большинство Arduino-совместимых устройств.

  • Разъем питания, который обеспечивает питание как самого устройства, так и низкое напряжение, которое может питать подключенные компоненты, такие как светодиоды и различные датчики, при условии, что их потребности в энергии достаточно низкие. К разъему питания можно подключить адаптер переменного тока или небольшую батарею.
  • Микроконтроллер, основной чип, который позволяет программировать Arduino, чтобы он мог выполнять команды и принимать решения на основе различных входных данных. Точный чип зависит от того, какой тип Arduino вы покупаете, но обычно это контроллеры Atmel, обычно ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280 или ATmega2560.Различия между этими чипами невелики, но самая большая разница, которую заметит новичок, — это разный объем встроенной памяти.
  • Последовательный разъем, который на большинстве новых плат реализован через стандартный порт USB. Этот разъем позволяет вам связываться с платой с вашего компьютера, а также загружать новые программы на устройство. Часто Arduinos также можно запитать через порт USB, что устраняет необходимость в отдельном подключении питания.
  • Множество других небольших компонентов, таких как осциллятор и / или регулятор напряжения, которые обеспечивают важные возможности для платы, хотя вы обычно не взаимодействуете с ними напрямую; просто знай, что они там есть.

Как запрограммировать Arduino?

Большинство энтузиастов Arduino, особенно когда они только начинают, предпочтут использовать официальную интегрированную среду разработки (IDE) для Arduino. Arduino IDE — это программное обеспечение с открытым исходным кодом, написанное на Java и работающее на различных платформах: Windows, Mac и Linux. IDE позволяет писать код в специальной среде с подсветкой синтаксиса и другими функциями, которые упрощают кодирование, а затем легко загружать код на устройство простым нажатием кнопки.

Код для Arduino обычно пишется на языке Wiring, который основан на языке программирования Processing. Чтобы узнать больше о том, как начать программировать Arduino, посетите официальную документацию.

Скриншот интегрированной среды разработки Arduino.

Где я могу узнать больше?

Здесь, в Opensource, мы написали статьи о ряде проектов и инструментов, которые используют Raspberry Pi для обучения, проведения исследований и просто для развлечения.Вот некоторые из наших любимых:

  • Не можете выбрать между Arduino и Raspberry Pi? Рут Суэле проведет вас через некоторые различия и расскажет, что может помочь вам принять осознанное решение.
  • Хотите управлять мощным устройством с помощью Arduino? Боб Монро смотрит на щит управления двигателем постоянного тока.
  • Вы когда-нибудь задумывались об использовании Arduino для чтения с других устройств поблизости? Луис Ибанез познакомит вас с основами использования RFID-меток с Arduino.
  • Приступая к работе? Вот посмотрите на стартовый пакет Arduino.
  • Ищете новые идеи для проекта? Алекс Санчес назвал шесть фаворитов на День Ардуино.
  • Хотите знать, как все это началось? Ознакомьтесь с созданием Arduino, чтобы узнать немного об истории этого маленького устройства.
  • Не забудьте проверить тег Arduino здесь, на Opensource.com, чтобы найти еще больше статей.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *