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Arduino使用入門 建國科技大學 資管系 饒瑞佶
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何謂Arduino? 義大利團隊設計開發 2005.10.1第一批
快速開發prototype: artists、designers、 hobbyists OPEN SOURCE 軟體+硬體+社群 Arduino HOME
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Arduino能做什麼？ 簡單易入門的控制器 可以連接感測器，取得外界的訊號，例如溫度與濕度 可以進行簡易的運算與邏輯判斷
可以對外輸出訊號，進行控制
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Arduino架構_軟體_OPEN魅力 開放IDE軟體原始碼，可針對底層做修改。 相同軟體平台，透過OPEN，快速累積應用範例。
玩家、廠商提供多元函式庫
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Arduino
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Open的結果 出現一系列Arduino相關類似產品 Appsduino Arduino Yun…
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Arduino架構_硬體 數位I/O腳 類比輸入腳 供電系統 電源輸出 數位 I/O腳位:D0~D13 雙供電系統 10Bit解析度
類比訊號輸入 A0~A5 三種電源輸出供應 Vin、5V、3.3V
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數位/類比/輸入/輸出 數位輸出 DO 數位輸入 DI 類比輸入 AI 類比輸出 A0 多數是電壓訊號 再轉成人可以懂的訊號
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監控 監視 AI或DI 控制 AO或DO
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Arduino架構_硬體_OPEN魅力 Arduino不生產周邊硬體不綁死周邊裝置價格平實 周邊裝置搭配arudino腳位開發
硬體電路開放，可自行製作與開發 這些週邊通常被稱為Shield
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擴充Shield MP3播放板 SD卡模組 WIFI模組 GPRS模組 AV端子顯示模組 COLOR LCD模組 CAN BUS模組
RFID模組 MIDI 訊號模組
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我們用的是Arduino UNO 直接從USB供電
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感測器與線材 杜邦線 麵包板
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下載IDE http://arduino.cc/en/Main/Software/
目前1.x版 (Windows installer-包含usb driver與IDE)
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確認驅動程式安裝完成 裝置管理員
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Integradted Development Environment 整合開發環境
Arduino IDE Integradted Development Environment 整合開發環境
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啟動Arduino IDE
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載入範例程式Blink Blink程式會控制Arduino板上的LED產生明滅的效果
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Blink專案開啟畫面 Arduino專案是.ino或.pde檔案
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Arduino IDE 功能選項區 程式編輯區 編譯訊息區 錯誤訊息區
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檔案偏好設定
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主要快速功能選項 編譯確認程式是否正確？ 上傳程式到Arduino 開新專案視窗 監看程式執行情形
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請先確定Arduino UNO硬體已經正確透過USB連接到電腦上
開始前 請先確定Arduino UNO硬體已經正確透過USB連接到電腦上
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開始使用IDE 步驟1、選擇對應的硬體設備型號
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開始使用IDE 步驟2、選擇連結的通訊埠(port)位置
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結果
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驗證Verify
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執行Blink Upload
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Arduino上的黃燈持續閃爍 腳位13
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程式碼解說 程式說明
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Arduino專案程式架構 Setup() 啟動設定區 Loop() 循環執行區
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基本語法 與C語法類似 註解： // 或 /* 多行註解 */ 程式結束需要加上; 程式沒有自動提示的功能
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只會執行1次 啟動或reset時 設定腳位腳色為OUTPUT 定義使用腳位
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重複執行 開LED 關LED
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練習1 透過Arduino控制LED明滅 使用2顆LED 分別接在PIN11(D11)與PIN12(D12)
使用程式控制兩顆輪流間隔2秒做明滅 - +
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紅綠燈？ 黃燈先閃3次 接著亮紅燈 最後亮綠燈
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Serial Monitor 監看執行狀態
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使用Serial Monitor監看程式執行狀態 需要設定傳輸速率Baudrate 使用以下指令輸出到監視視窗
Serial.print：輸出後不換行 Serial.println：輸出後換行 Serial就相當於把實際硬體轉成虛擬軟體可以處理的物件
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範例 從Serial Monitor輸入文字 Arduino收到後轉成ASCII顯示出來
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程式 轉換後的ASCII CODE 設定傳輸速率 檢查監視通訊通道是否開啟成功 讀取輸入值 轉換成ASCII CODE輸出
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結果
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DHT11溫溼度
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DHT11 Digital in
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code #include <dht.h> #define dht_dpin 2 //定義訊號要從Pin D2 進來
dht DHT; // 從dht.h建立一個名稱為DHT的軟體物件來代表實際感測器 void setup(){ Serial.begin(9600); delay(300); //延遲3秒 Serial.println("Humidity and temperature\n\n"); delay(700); } void loop(){ DHT.read11(dht_dpin); //使用DHT物件的read11方法讀取還境的溫溼度 Serial.print("Humidity = "); Serial.print(DHT.humidity); Serial.print("% "); Serial.print("temperature = "); Serial.print(DHT.temperature); Serial.println("C "); delay(1000); //每1s更新一次
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dht.h函式庫 https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library
我們只需要透過引入include方式來使用就可以
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練習2 透過溫度控制LED明滅 使用1顆LED與DHT11溫濕度感測器 LED接在PIN11(D11) 使用程式控制
- +
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Arduino LCD HD44780
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LCD HD44780 2x16 LCD 可以顯示兩行訊息，每行 16 個字元
背面已經焊接好一片 LCM1602 IIC V1 控制板，可以使用 IIC（I2C）來控制 LCD 顯示器 不支援中文字
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接線 LCM1602 IIC V1 控制板有 I2C 的四個針腳，分別為 GND、VCC、SDA 與 SCL，用杜邦線全部接出來
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接線 VCC 接到 5V，GND 接到 GND，SDA 接到 A4，SCL 接到 A5
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開始前 安裝 LiquidCrystal 函式庫，下載之後解壓縮到 Arduino 的 libraries 目錄中即可
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CODE 宣告 #include <Wire.h> // Arduino IDE 內建
// LCD I2C Library，從這裡可以下載： // #include <LiquidCrystal_I2C.h> // Set the pins on the I2C chip used for LCD connections: // addr, en,rw,rs,d4,d5,d6,d7,bl,blpol LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE); // 設定 LCD I2C 位址 有些會用0X3F
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CODE void setup() { Serial.begin(9600); // 用於手動輸入文字
lcd.begin(16, 2); // 初始化 LCD，一行 16 的字元，共 2 行，預設開啟背光 // 閃爍三次 for(int i = 0; i < 3; i++) { lcd.backlight(); // 開啟背光 delay(250); lcd.noBacklight(); // 關閉背光 } lcd.backlight(); // 輸出初始化文字 lcd.setCursor(0, 0); // 設定游標位置在第一行行首 lcd.print("Hello, world!"); delay(1000); lcd.setCursor(0, 1); // 設定游標位置在第二行行首 lcd.print("CTUIM"); delay(3000);
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CODE void loop() { // 當使用者手動輸入訊息 if (Serial.available()) {
// 等待一小段時間，確認資料都接收下來了 delay(100); // 清除舊訊息 lcd.clear(); // 讀取新訊息 while (Serial.available() > 0) { // 將訊息顯示在 LCD 上 lcd.print(Serial.read()); }
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整合DHT11溫濕度感測器、藍芽程式與LCD
練習4 整合DHT11溫濕度感測器、藍芽程式與LCD 平常將溫溼度值顯示到LCD上 只要藍芽有接收到資料，就顯示到LCD上 需要使用麵包板
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Arduino Ethernet
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Ethernet Shield
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記得 上傳完程式都要 重新啟動Ethernet Shield
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Arduino as client #include <SPI.h> #include <Ethernet.h>
// Enter a MAC address for your controller below. // Newer Ethernet shields have a MAC address printed on a sticker on the shield byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; // if you don't want to use DNS (and reduce your sketch size) // use the numeric IP instead of the name for the server: //IPAddress server(120,109,32,19); // numeric IP for Google (no DNS) char server[] = " // 要連結的網站domain name (using DNS) // 設定IP，這裡使用DHCP的IP IPAddress ip(192, 168, 1, 14); // Initialize the Ethernet client library // with the IP address and port of the server // that you want to connect to (port 80 is default for HTTP): EthernetClient client; // client物件，負責連結server
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void setup() { // Open serial communications and wait for port to open: Serial.begin(9600); while (!Serial) { ; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only } // start the Ethernet connection: Ethernet.begin(mac, ip); //Ethernet.begin(mac); //直接透過DHCP取得IP //Serial.println(Ethernet.localIP()); //取得分配的ip // give the Ethernet shield a second to initialize: delay(1000); Serial.println("connecting..."); // if you get a connection, report back via serial: if (client.connect(server, 80)) { Serial.println("connected"); // Make a HTTP request: client.println("GET /search?q=arduino HTTP/1.1"); client.println("Host: client.println("Connection: close"); client.println(); } else { // if you didn't get a connection to the server: Serial.println("connection failed");
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void loop() { // if there are incoming bytes available // from the server, read them and print them: if (client.available()) { char c = client.read(); Serial.print(c); } // if the server's disconnected, stop the client: if (!client.connected()) { Serial.println(); Serial.println("disconnecting."); client.stop(); // do nothing forevermore: while (true);
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Arduino as Server 瀏覽器打入此IP,會顯示ananlog A0 ~ A5 的數值
#include <SPI.h> #include <Ethernet.h> // Enter a MAC address and IP address for your controller below. // The IP address will be dependent on your local network: byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; IPAddress ip(192,168,1,14); // Initialize the Ethernet server library // with the IP address and port you want to use // (port 80 is default for HTTP): EthernetServer server(80);
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void setup() { // Open serial communications and wait for port to open: Serial.begin(9600); while (!Serial) { ; // wait for serial port to connect. Needed for Leonardo only } // start the Ethernet connection and the server: Ethernet.begin(mac, ip); server.begin(); Serial.print("server is at "); Serial.println(Ethernet.localIP());
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// listen for incoming clients
void loop() { // listen for incoming clients EthernetClient client = server.available(); if (client) { Serial.println("new client"); // an http request ends with a blank line boolean currentLineIsBlank = true; while (client.connected()) { if (client.available()) { char c = client.read(); Serial.write(c); // if you've gotten to the end of the line (received a newline // character) and the line is blank, the http request has ended, // so you can send a reply 判斷是否有client連著Arduino 讀取client送到Arduino的http要求
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if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {
// send a standard http response header client.println("HTTP/ OK"); client.println("Content-Type: text/html"); client.println("Connection: close"); // the connection will be closed after completion of the response client.println("Refresh: 5"); // refresh the page automatically every 5 sec client.println(); client.println("<!DOCTYPE HTML>"); client.println("<html>"); // output the value of each analog input pin for (int analogChannel = 0; analogChannel < 6; analogChannel++) { int sensorReading = analogRead(analogChannel); client.print("analog input "); client.print(analogChannel); client.print(" is "); client.print(sensorReading); client.println("<br />"); } client.println("</html>"); break; 判斷是否http要求已經結束 如果http request已經傳送完成 Arduino就將資料回傳到client的瀏覽器
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// you're starting a new line currentLineIsBlank = true; }
if (c == '\n') { // you're starting a new line currentLineIsBlank = true; } else if (c != '\r') { // you've gotten a character on the current line currentLineIsBlank = false; // give the web browser time to receive the data delay(1); // close the connection: client.stop(); Serial.println("client disonnected"); 看到\n表示http request完成 http request尚未完成
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Arduino Socket
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Arduino Socket 可以與其他支援Socket的設備/軟體溝通，例如另一台Arduino 需要設定IP與port
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Arduino as Socket Server
#include <SPI.h> #include <Ethernet.h> // network configuration. gateway and subnet are optional. // the media access control (ethernet hardware) address for the shield: byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; //the IP address for the shield: byte ip[] = { 192, 168, 1, 12 }; // the router's gateway address: byte gateway[] = { 10, 0, 0, 1 }; // the subnet: byte subnet[] = { 255, 255, 0, 0 }; // telnet defaults to port 1001 EthernetServer server = EthernetServer(1001);
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void setup() { Serial.begin(9600); // initialize the ethernet device //Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet); Ethernet.begin(mac, ip); // start listening for clients server.begin(); } void loop() // if an incoming client connects, there will be bytes available to read: EthernetClient client = server.available(); server.write("i am server"); // 輸出 if (client.available()) { char c = client.read(); // 接收來自client的資料 Serial.print(c);
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測試連線
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使用ASP.NET實作
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傳送 private void SocketSend() {
const string ipAddressString = " ";// replace with correct IP address IPAddress ipAddress = IPAddress.Parse(ipAddressString); const int portNum = 1001;// replace with correct port IPEndPoint remoteEndPoint = new IPEndPoint(ipAddress, portNum); Socket client = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); client.Connect(remoteEndPoint); string sendString = TextBox1.Text; byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(sendString.ToString()); client.Send(bytes); client.Shutdown(SocketShutdown.Both); client.Close(); }
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接收 可以加入Timer定時接收資料 private void ReceiveData() {
const string ipAddressString = " ";// replace with correct IP address IPAddress ipAddress = IPAddress.Parse(ipAddressString); const int portNum = 1001;// replace with correct port IPEndPoint remoteEndPoint = new IPEndPoint(ipAddress, portNum); Socket client = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); client.Connect(remoteEndPoint); byte[] receiveBuffer = new byte[3000]; client.Receive(receiveBuffer, 0, receiveBuffer.Length, SocketFlags.None); string bufferString = Encoding.GetEncoding("utf-8").GetString(receiveBuffer); LabelData.Text = "GET:" + bufferString; client.Shutdown(SocketShutdown.Both); client.Close(); } 可以加入Timer定時接收資料
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練習 PIN9接上一顆LED 透過ASP.NET+Socket來控制Arduino的LED明滅 傳送的命令為1時，點亮LED
同時將Arduino狀態回傳ASP.NET
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