Электронная библиотека книг Александра Фролова и Григория Фролова.
 
Библиотека
Братьев
Фроловых
Электронная библиотека книг Александра Фролова и Григория Фролова.
Робототехника: практическое введение для детей и взрослых
Библиотека системного программиста
Программирование на JAVA
ПК. Шаг за шагом
Другие книги
Восстановление данных
Антивирусная защита
Статьи для
программистов
Пользователю компьютера

Робототехника: практическое введение для детей и взрослых


А.В. Фролов, 2020



Купить на Литресе!
Представляем нашу новую книгу «Робототехника: практическое введение для детей и взрослых».

Наша книга поможет вам сделать первые шаги на пути к получению знаний в самой современной области — робототехнике. Вы будете изучать аппаратное и программное обеспечение роботов на примере дистанционно управляемой модели марсохода, способного измерять и передавать "на землю" данные телеметрии.

Для работы вам не потребуются знания какого-либо языка программирования. Вы сможете все сделать при помощи графической среды Microsoft MakeCode. В отличие от аналогичных руководств, ориентированных на использование готовых наборов, эта книга поможет вам глубже разобраться в теме, чтобы подготовить себя к созданию более сложных роботов и устройств для создания умного дома (IOT-устройств).

Книга адресована школьникам и студентам, а также всем, кто интересуется роботами и робототехникой.

Оглавление книги


1. Запускаем микроконтроллер micro:bit.
2. Управляем светодиодами.
3. Работаем с кнопками.
4. Измеряем температуру.
5. Измеряем ускорение.
6. Встроенный магнитометр.
7. Подключаем внешние устройства.
8. Осваиваем GPIO.
9. Запускаем радиоканал.
10. Подключаем micro:bit к компьютеру и второму micro:bit.
11. Марсоход BoxRover заводит моторы.
12. Управляем сервоприводами.
13. Осваиваем I2C.
14. Обновление BoxRover.
15. Электропитание робота.
16. Дальняя радиосвязь.

Содержание книги

В главе 1 «Запускаем микроконтроллер micro:bit» вы научитесь создавать простые программы для micro:bit с помощью визуального редактора блоков Microsoft MakeCode for micro:bit. Эти программы вы будете загружать в микроконтроллер через браузер, через сайт https://makecode.microbit.org/, через автономную программу Microsoft MakeCode, установленную на компьютере или ноутбуке, а также через приложение micro:bit, установленное в смартфоне или планшете.

Глава 2 «Управляем светодиодами» расскажем вам о том, как можно легко выводить на экран micro:bit, состоящий из 25 светодиодов, различную графическую, числовую и текстовую информацию. Также с помощью генератора случайных чисел вы создадите на этом экране простую анимацию — звездное небо и блуждающую точку.

В главе 3 «Работаем с кнопками» мы будем использовать кнопки A и B, расположенные на плате micro:bit. Вы научитесь обрабатывать события, возникающие при нажатии этих кнопок, а также проверять их состояние во время работы программы. Эти знания помогут вам управлять работой программы звездного неба, созданной во второй главе.

В главе 4 «Измеряем температуру» вы научитесь пользоваться измерителем температуры, встроенным в процессор платы micro:bit. Это позволит вам создать программы, которые показывают текущую температуру процессора, а также контролировать превышение температуры сверх заданного значения.

Глава 5 «Измеряем ускорение» позволит вам контролировать движение платы micro:bit с ускорением или нахождение ее в состоянии невесомости. Вы научитесь обрабатывать жесты — поворот платы микроконтроллера логотипом вверх или вниз, наклон вправо или влево, поворот монитором вверх или вниз, встряхивание. Все это будет возможно, когда вы научитесь работать с акселерометром, специально предназначенным для измерения ускорения во всех трех направлениях движения. Это устройство встроено в плату micro:bit. Вы создадите программы, способные обнаружить невесомость и значительные перегрузки, реагировать на жесты, строить гистограмму значений ускорения.

Глава 6 называется «Встроенный магнитометр». В ней вы научитесь использовать магнитометр, расположенный на плате micro:bit, для исследования напряженности магнитного поля, а также сделаете простейший компас.

В главе 7 «Подключаем внешние устройства» мы научим вас работать с некоторыми внешними устройствами из набора DFRobot для micro:bit. Набор хорош тем, что не требует никаких навыков пайки и позволяет легко изучить способы подключения и программирования таких устройств, как светодиод, кнопки, моторы, потенциометры, датчики движения. Вы сможете управлять яркостью небольшой светодиодной ленты и даже превратите свой micro:bit в простую музыкальную шкатулку.

Глава 8 «Осваиваем GPIO» посвящена подключению различных периферийных устройств к разъему GPIO микрокомпьютера micro:bit. Мы расскажем об этом разъеме и назначении его контактов, научим вас подключать к нему потенциометры, светодиоды, мощные лампочки. МЫ также расскажем об использовании широтно-импульсной модуляции для управления яркостью светодиодов и лампочек, а также скоростью вращения моторов. Вы подключите ультразвуковой и инфракрасный дальномеры, которые пригодятся при создании роботов, например, для исключения столкновений с препятствиями при движении. Мы также расскажем об использовании макетных плат для сборки различных схем без помощи пайки.

Глава 9 «Запускаем радиоканал» будет полезна, если в вашем проекте используется несколько плат micro:bit. Для создания радиоканала между платами вы будете использовать контроллеры Bluetooth. Такое контроллер уже встроен в плату micro:bit. Работая с этой главой, вы сделаете устройство с пультом управления, позволяющее включать и выключать дистанционно лампочку и вентилятор, а также научитесь передавать по радио данные телеметрии. Мы также расскажем, как управлять мощностью передаваемого сигнала, и как измерять мощность принятого сигнала.

Глава 10 «Подключаем micro:bit к компьютеру и второму micro:bit» научит вас передавать данные из micro:bit в терминальную программу, работающую на компьютере, подключенном к плате micro:bit через порт USB. Такая возможность будет очень удобна при отладке программ, работающих на micro:bit. Также вы научитесь передавать данные между двумя платами micro:bit, соединенными двумя проводами с помощью интерфейса UART.

В главе 11 «Марсоход BoxRover заводит моторы» вы приблизитесь к созданию ровера — модели радиоуправляемого марсохода. Вы научитесь управлять моторами ровера с помощью транзистора и контроллера MX1508, реализующих функции H-моста и создадите программу, управляющую вращением двигателя. Работая над этой главой, вы создадите первый прототип ровера BoxRover с микроконтроллером micro:bit, управляемого по радио со второго такого же контроллера. В качестве домашнего задания вы сделаете простейшую систему передачи данных телеметрии, способную передавать в пульт управления температуру процессора micro:bit ровера. При этом на экране ровера будет отображаться температура процессора micro:bit пульта управления.

Глава 12 «Управляем сервоприводами» также посвящена управлению двигателями, только другого типа. В этой главе мы расскажем о сервоприводах, которые могут поворачивать свою ось на заданный угол, а также о сервоприводах непрерывного вращения, способных поддерживать скорость и направление вращения вала. В этой главе вы узнаете, как устроены сервоприводы, а также научитесь создавать программы для micro:bit, способные ими управлять. Вы создадите программу для ручного управление сервоприводом при помощи потенциометра, а в качестве домашнего задания — систему автоматического управления шлагбаумом. Она будет открывать шлагбаум, когда к нему приближается автомобиль, а после проезда автомобиля —автоматически закрывать шлагбаум.

В главе 13 «Осваиваем I2C» мы расскажем об интерфейсе I2C, специально предназначенном для подключения периферийных устройств к микроконтроллерам. На плате micro:bit уже есть все необходимое для работы с I2C. Вы научитесь подключать к этому интерфейсу измеритель освещенности BH1750 FVI GY-30, погодную станцию Grove-BME280 или Grove-BMP280, а также OLED монитор, и, конечно, напишете программы для работы с ними. На базе контроллера часов реального времени DS-3231 вы соберете часы с таймером и погодной станцией, позволяющие устанавливать текущую дату, текущее время, время срабатывания таймера. Когда таймер установлен, горит светодиод желтого цвета, а когда он сработал — белого. С помощью кнопок A и B, расположенных на плате micro:bit, вы сможете установить текущие дату и время, время срабатывания таймера, сбрасывать и устанавливать таймер. Погодная станция будет показывать на экране монитора OLED температуру, давление, влажность и температуру точки росы.

Глава 14 «Обновление BoxRover» приблизит нас еще на один шаг к созданию управляемого ровера. Теперь наш прототип марсохода, управляемый по радио с помощью жестов, научится останавливаться перед препятствием при движении вперед и сигнализировать о такой остановке на экране монитора micro:bit, а также поднятием красного флажка с помощью сервопривода. Кроме всего этого, наш ровер будет отправлять в пульт управления телеметрические данные — температуру процессора и окружающей среды, давление, влажность, освещенность и температуру точки росы. Эти данные мы будем выводить на OLED-монитор, смонтированный в пульте управления.

В главе 15 «Электропитание робота» рассказано о том, какие существуют батарейки и аккумуляторы, как выбрать нужный тип питающих элементов для вашего робота. Будут рассмотрены особенности работы и зарядки аккумуляторов разных типов, применения контроллеров заряда и разряда Battery Management System (BMS). Также вы узнаете, как использовать преобразователи и стабилизаторы для устройств, которым нужно разное напряжение питания, как подключать аккумуляторы и батарейки к макетной плате и устройствам робота с помощью отсеков и переходников, как питать робота от электрической сети 220 В на этапе отладки.

В главе 16 «Дальняя радиосвязь» рассмотрено использование технологии LoRa для создания каналов радиосвязи, способных передавать данные на большие расстояния, порядка километров и даже больше. При этом используются недорогие платы micro:bit и модули LoRa производства компании EBYTE. Вы соберете погодную станцию, способную передавать информацию о температуре, давлении, влажности и температуре точки росы через канал дальней радиосвязи. Вы также сделаете ретранслятор данных от сервера погодной станции, удваивающий максимальное расстояние передачи данных.

Почти в каждой главе предусмотрены домашние задания. Работая над ними самостоятельно, вы не только сможете проверить и закрепить свои знания. Решения домашних заданий вы сможете найти на сайте автора этой книги.

Работа над книгой продолжается!



Hex-программы из книги


Здесь вы можете загрузить zip-архив всех программ из книги (примерно 27 Мбайт).
Коды программ также можно скачать на GitHab.

Обсудить книгу и связаться с автором можно в группе Facebook, а также в группе VK.

Приглашаем вас в Телеграм-канал, созданный для читателей книги: https://t.me/BoxRover



Создание интернет-магазинов: http://www.shop2you.ru/ © Александр Фролов, Григорий Фролов, 1991-2020