Jak správně pracovat s vstupy, výstupy a komunikací na Arduino

V této kapitole se budeme zabývat základními skicami, které vám pomohou postavit se na nohy v práci s Arduino. Pokryjeme širokou škálu vstupů a výstupů s využitím senzorů, které najdete ve vašem startovacím kitu. Pokud ještě žádný kit nemáte, doporučuji prozkoumat kapitolu 2, kde najdete doporučené sady. Skica „Blink“ (popisovaná v kapitole 4) poskytuje základ pro Arduino skicu, ale v této kapitole ji rozšíříme přidáním dalších obvodů k vašemu Arduinu.

Nahrání skici do Arduino

1. Připojte své Arduino pomocí USB kabelu.
   Konektor čtvercového tvaru zapojte do Arduino a plochý konektor do USB portu počítače.

2. Vyberte správnou desku v menu Arduino: Tools → Board → Arduino Uno.
   Většina příkladů v této knize předpokládá použití desky Arduino Uno, ale pomocí tohoto menu můžete vybrat i jiné desky, jako je Arduino MEGA 2560 nebo Arduino Leonardo.

3. Vyberte správný sériový port pro vaši desku.
   V seznamu dostupných sériových portů najdete svůj port pod Tools → Serial Port → comX nebo /dev/tty.usbmodemXXXXX. X značí číslo, které může být sekvenčně nebo náhodně přiřazeno. Na Windows bude obvykle nejvyšší číslo portu, například COM3 nebo COM15. Na Mac OS X může číslo portu vypadat různě, například /dev/tty.usbmodem1421.

4. Klikněte na tlačítko „Upload“ (nahraj) v prostředí Arduino.
   Tlačítko je vyobrazeno jako šipka směřující doprava. Pokud používáte klávesovou zkratku, na Windows to bude Ctrl+U a na Mac OS X Cmd+U.

Tento proces je základem pro nahrávání jakýchkoli skic na Arduino a budete se k němu vracet i v dalších kapitolách. Nyní, když víte, jak nahrát skicu, můžeme se vrhnout na skicu, která vám umožní „vypustit“ LED diodu.

Použití modulace šířky pulzu (PWM)

Pokud je výstup zapnutý polovinu času a vypnutý druhou polovinu, mluvíme o tzv. „duty cycle“ (pracovní cyklus), který činí 50 %. Tento cyklus znamená, že výstup je aktivní pouze polovinu času, ale jeho účinek je vnímán jako poloviční intenzita, například u LED diody to znamená poloviční jas. Podobně u DC motoru tento cyklus znamená, že motor běží na polovinu rychlosti.

Ačkoli PWM je digitální funkce, je označována jako „analogWrite“ kvůli efektnímu analogovému výsledku, který vytváří na připojených komponentách. Tato technika tedy umožňuje plynulé ovládání jasnosti LED diody nebo rychlosti motoru.

Skica pro stmívání LED diody

V této skice se zaměříme na fade efekt LED diody. Na rozdíl od skici pro blikající LED diodu z kapitoly 4, zde budete potřebovat další komponenty k tomu, abyste LED diodu plynule rozsvítili a zhasli. K realizaci tohoto projektu budete potřebovat:

• Arduino Uno

• Prototypovou desku (breadboard)

• LED diodu

• Rezistor (minimálně 120 ohmů)

• Propojovací dráty

Před zahájením práce je důležité se ujistit, že obvod není napájen, aby se předešlo možným chybám při připojování komponent. Před začátkem si vždy odpojte Arduino od počítače nebo jakéhokoli externího napájení.

Pokud jde o výběr správného rezistoru, vždy je dobré mít na paměti bezpečnou hodnotu pro daný obvod. Pokud použijete nižší hodnotu rezistoru, může se stát, že LED dostane příliš vysoký proud a poškodí se. Pokud nemáte k dispozici přesně vypočítaný rezistor, můžete zvolit hodnotu, která je o něco vyšší než požadovaná, například 220 ohmů nebo 330 ohmů.

Odpor a jeho význam

Tento výpočet provedeme podle Ohmova zákona: R = (VS - VL) / I, kde VS je napětí (5 V), VL je napětí LED diody (2.1 V) a I je maximální povolený proud (25 mA). Tento výpočet vám dá hodnotu odporu přibližně 116 ohmů, což znamená, že můžete použít nejbližší standardní hodnotu 120 ohmů.

Význam barevného kódování obvodů

Dalším důležitým krokem je barevné kódování obvodů, což pomáhá snadno identifikovat různé druhy obvodů a jejich propojení. Tímto způsobem lze přehledněji sledovat spojení mezi jednotlivými komponenty a zjednodušit diagnostiku při hledání chyb v obvodu. Doporučuje se používat různé barvy pro různé typy vedení (například červenou pro napájení, černou pro zem), což usnadňuje orientaci a identifikaci v komplexních schématech.

Jak začít s Processing: První kroky a základy kreslení

Processing je skvělý nástroj pro začátečníky, kteří se chtějí seznámit s programováním a grafikou. Na rozdíl od Arduina nevyžaduje žádné další hardware, což znamená, že můžete začít psát kód okamžitě. Základní principy, které se zde naučíte, jsou přímo aplikovatelné na tvorbu vizuálních efektů a interaktivních aplikací. Krok za krokem si ukážeme, jak napsat svůj první kód v Processing a pochopit, jak funguje kreslení základních tvarů.

Prvním krokem je otevření nového projektu. Pokud používáte Windows, stiskněte Ctrl+N, na Macu pak Cmd+N. Otevře se textový editor, do kterého můžete začít psát svůj první kód. Například, zadáním příkazu ellipse(50, 50, 10, 10); vykreslíte elipsu, která bude mít stejnou šířku a výšku, čímž vznikne kruh. Tento kód vykreslí malý kruh v horním levém rohu okna, přičemž souřadnice (50, 50) určují pozici středu elipsy na obrazovce.

Tento základní princip fungování kódu v Processing ukazuje, jak důležité je pořadí příkazů. Pokud byste příkaz size() umístili až za kreslení elipsy, okno by nebylo správně vykresleno, protože kód se čte odshora dolů a první vykreslení by přepsalo vše ostatní.

Chcete-li získat lepší přehled o souřadnicovém systému, ve kterém se objekty vykreslují, je důležité pochopit, jak fungují souřadnice v 2D prostoru. V Processing je původní bod (0,0) umístěn v levém horním rohu okna, přičemž souřadnice na ose X rostou směrem doprava a souřadnice na ose Y rostou směrem dolů. Tento systém je založen na kartézské souřadnicové soustavě, kterou jste možná studovali ve škole.

Pro vykreslení obdélníku použijete příkaz rect(x, y, width, height). Tento příkaz vykreslí obdélník, jehož levý horní roh bude na souřadnicích (x, y) a jeho šířka a výška budou odpovídat hodnotám width a height. Když chcete, aby obdélník byl vykreslen kolem svého středu, použijete příkaz rectMode(CENTER) a obdélník se vykreslí tak, že jeho střed bude na zadaných souřadnicích.

Základní tvary jako body, čáry a obdélníky vám dávají solidní základy pro začátek, ale když se chcete pustit do složitějších projektů, budete muset naučit se pracovat s těmito tvary v různých režimech a kombinovat je pro dosažení pokročilých efektů. Pochopení základního souřadnicového systému a schopnost správně manipulovat s těmito objekty vám otevře cestu k tvorbě vlastních vizuálních aplikací a her.

Důležité je si uvědomit, že vše, co v Processing děláte, je jenom vizualizace kódu na obrazovce. Za každým tvarem, každou čarou a každým efektem se skrývá dobře strukturovaný kód, který říká počítači, jak má vykreslit každý pixel. To znamená, že i když pracujete s velmi jednoduchými objekty, musíte chápat, jak ovlivňují výsledný výstup. Dále je důležité si pamatovat, že správné pořadí příkazů je klíčové pro dosažení očekávaného výsledku.