Arduino – DIY 마이크로컨트롤러 장치 소개

요즘에는 Arduin으로 무엇이든 컴퓨터로 바꿀 수 있습니다. 키패드가 있는 LED 또는 LCD가 보이면 누군가 그 장치 안에 랩톱을 넣었을 것입니다. 이들 중 일부는 마이크로컨트롤러라고 하는 6개, 7개 또는 그 이상의 소형 컴퓨터를 포함합니다.

그 중 Arduino가 가장 인기가 있습니다. 컴퓨터가 내장된 전자 장치를 만들 계획이라면 전자 장치가 무엇이며 어떻게 작동하는지 이해해야 합니다.

그래야만 PCB 상점에서 몇 가지 키트를 구입하고 프로젝트를 시작할 수 있습니다.

Arduino란 무엇입니까?

이러한 소형 마이크로컨트롤러 컴퓨터는 일반적으로 임베디드 컨트롤러 또는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)이라고 합니다. 그들은 컴퓨터에 들어갈 것이라고 상상할 수 있는 모든 것을 갖춘 완전한 컴퓨터 시스템입니다. 모두 프로그램 실행을 위한 중앙 처리 장치, 임시 RAM 저장 장치, 영구 저장 시스템, 주변 장치 및 액세서리용 포트가 있습니다.

마이크로컨트롤러는 단지 몇 가지 특정 작업만 수행하도록 제작되고 설계된 개별 목적의 컴퓨터입니다. 대부분의 경우 이러한 장치는 일부 ROM에 저장된 단일 프로그램만 실행합니다. 그러나 외부 저장소를 연결할 수도 있습니다. 어느 쪽이든 저전력 장치로 간주되며 이것이 그들의 매력입니다. 하나는 완전히 배터리로 실행할 수 있습니다.

Arduino는 마이크로컨트롤러의 오픈소스 버전일 뿐입니다. 자체 장치를 설계하고 구축하는 데 사용할 수 있는 하드웨어 개발 보드로 제공됩니다. 땜장이, 애호가 및 제작자에게 완벽한 Arduino는 특정 유형의 보드 디자인과 이를 제조하는 회사, 그리고 이를 사용하는 개발자 커뮤니티를 모두 의미합니다. 이 때문에 거의 모든 전자 제품이나 PCB 부품 매장이나 카탈로그에서 찾을 수 있습니다.

플랫폼은 물리적 프로그래밍 가능 회로 기판, 마이크로컨트롤러 자체 및 장치가 실행되는 프로그램을 만드는 데 사용하는 소프트웨어 또는 IDE(통합 개발 환경)로 제공됩니다. 새로운 개발자들 사이에서 인기 있는 Arduinos는 별도의 프로그래머 장치가 필요하지 않아 시중에 나와 있는 다른 마이크로컨트롤러 키트보다 훨씬 더 사용자 친화적입니다. 심지어 C++ 프로그래밍 언어의 단순화된 버전을 사용하여 프로그래밍하기도 쉽습니다.

1.1 Arduino를 구성하는 요소는 무엇인가요?

Arduinos 기판은 마이크로컨트롤러 키트로 단일 인쇄 회로 기판(PCB)에 사전 설치된 몇 가지 구성 요소 및 인터페이스와 함께 제공됩니다. 이러한 구성 요소는 마이크로컨트롤러에 더 쉽게 액세스할 수 있도록 하는 표준 폼 팩터를 설정합니다.

기본 구성 요소

디자인은 수년에 걸쳐 변경되었지만 기본 Arduinos 키트에는 다음 구성 요소가 포함되어 있습니다.

핀 커넥터

핀에는 두 가지 유형이 있습니다. 특정 패턴으로 배열된 이 핀을 사용하면 MCU를 맞춤형 장치의 다른 보드에 연결할 수 있습니다. 또한 "쉴드"라고 하는 보조 애드온 보드를 장치에 부착할 수 있습니다.

디지털 – 켜짐 또는 꺼짐으로 설정할 수 있는 단일 상태 입/출력(I/O) 커넥터. 대부분의 Arduino에는 14개의 디지털 핀이 있습니다.

아날로그 – 값 범위를 읽을 수 있는 다중 상태 커넥터. 보다 세밀한 제어를 위해 사용할 수 있습니다. 보통 6개가 있습니다.

그라운드 – GND라고 표시된 이 3개의 핀을 사용하면 장치를 접지할 수 있습니다.

힘 – 4개의 5볼트 및 5개의 3볼트 핀은 추가 기능 및 기타 부착물에 전원 신호를 제공합니다.

펄스 폭 변조 (PWM) – 8개의 디지털 핀이 PWM 커넥터의 두 배입니다. 디밍 LED와 같은 애플리케이션을 위한 아날로그 출력 신호를 시뮬레이션할 수 있습니다.

아날로그 참조 (AREF) – 때때로 외부 전압을 조절하는 데 사용되지만 이 9개의 핀은 거의 사용되지 않습니다.

전원 커넥터

이 커넥터는 장치에 전원을 공급하고 LED, 센서 등을 위한 저전압 전원을 생성합니다. AC 어댑터 또는 소형 배터리와 함께 커넥터를 사용할 수 있습니다.

주 프로세서

마이크로컨트롤러 CPU는 플랫폼의 핵심입니다. 이를 통해 Arduino는 다양한 입력 및 실행 중인 프로그램을 기반으로 명령을 실행하고 결정을 내릴 수 있습니다. 동일한 키트는 Arduino 유형에 따라 다르지만 대부분의 키트는 다른 온보드 메모리가 있는 Atmel 칩셋을 제공합니다. 표준 프로세서 모델에는 다음이 포함됩니다.

• ATmega8
• ATmega168
• ATmega328
• ATmega1280
• ATmega2560

직렬 커넥터

대부분의 Arduino 보드에는 MCU를 컴퓨터에 연결하여 새 프로그램을 로드할 수 있는 표준 USB 포트가 함께 제공됩니다. 일부 보드에서는 USB 포트가 전원 커넥터로도 사용됩니다.

재설정 버튼

Arduino 보드에는 재설정 버튼도 있습니다. 버튼을 누르면 리셋 핀이 트리거됩니다. 현재 실행 중인 코드를 다시 시작합니다. 무언가를 테스트하고 싶지만 프로그램에 다시 시작 기능이 없는 경우에 적합합니다.

전원 LED 표시등

일부 Arduino MCU에는 장치가 켜져 있는지 여부를 나타내는 전원 LED가 있습니다. 일반적으로 팀을 전원에 연결하면 LED가 켜집니다. 이 표시등이 켜지지 않으면 문제가 있을 가능성이 큽니다.

신호 전송 및 수신 LED

TX(전송) 및 RX(수신)로 레이블을 지정합니다. 이 LED는 직렬 통신 활동을 보여줍니다. 장치가 데이터를 수신하거나 전송할 때 미묘한 시각적 단서를 제공합니다.

전압 조정기

사용자가 프로그래밍할 수는 없지만 Arduino 보드에는 전압 조정기가 함께 제공됩니다. 레귤레이터는 보드를 통과하는 전압의 양을 제어합니다. 물론 한계가 있지만 대부분의 프로젝트에는 20볼트 이상의 전압이 없습니다.

1.2 Arduino 추가 기능 및 액세서리

위의 구성 요소는 모든 Arduino MCU와 함께 제공되지만 플랫폼에서 사용할 수 있는 유일한 전자 구성 요소는 아닙니다. 보드는 모든 IEEE 및 ISO 표준을 준수합니다. 따라서 기성 부품을 사용하여 Arduino를 가치 있는 프로젝트로 만들 수 있습니다. 그러나 Arduinos 플랫폼 사양은 일부 플랫폼 호환 애드온을 요구합니다. 이 때문에 대부분의 Arduinos 공급업체는 일부 Arduino 센서와 실드도 휴대합니다. 그들 없이는 Arduino 프로젝트도 완료될 수 없습니다.

센서

약간의 코드를 사용하여 Arduinos가 일련의 센서를 제어하고 상호 작용하도록 할 수 있습니다.

대부분의 Arduino 공급업체는 측정용 센서를 제공합니다.

• 빛
• 온도
• 굴곡 정도
• 압력
• 근접성
• 가속
• 일산화탄소
• 방사능
• 습도
• 기압

Arduino 브레드보드

프로젝트를 위한 납땜 없는 브레드보드를 ​​얻을 수도 있습니다. 이 보드를 사용하면 구성 요소를 PCB에 영구적으로 납땜하지 않고도 회로 설계 및 레이아웃을 프로토타입하고 실험할 수 있습니다. 레이아웃과 디자인 아이디어를 실험하고 테스트할 수 있습니다. 브레드보드에는 전원 어댑터가 없습니다. 따라서 점퍼선을 사용하여 메인보드를 통해 전원을 공급하면 도움이 됩니다.

방패

Arduino 퍼즐의 마지막 조각은 Arduino 방패입니다. 이 사전 제작된 도터 보드는 추가 기능을 제공하기 위해 기본 Arduino 보드 상단에 맞습니다.

일부 표준 실드 기능은 다음과 같습니다.

모터 제어

인터넷 연결

모바일 및 셀룰러 네트워킹 및 통신

LCD 화면 컨트롤러

Arduino 개발자는 공식 Arduino 통합 개발 환경(IDE)을 사용하여 Arduino 프로그램을 작성했습니다. 오픈 소스 Java 기반 IDE는 Windows, Mac 및 Linux를 실행하는 모든 플랫폼에서 작동합니다. 기기에 업로드하기 전에 Processing 프로그래밍 언어로 작성된 코드를 작성하고 테스트할 수 있는 고유한 환경을 제공합니다.

Arduino Uno – 가장 인기 있는 Arduino

두 프로젝트가 비슷하지 않기 때문에 Arduino 그룹은 일부 Arduino 보드 유형에 대한 사양을 발표했습니다. 이러한 보드 유형 중 가장 인기 있는 것은 Arduino Uno입니다.

초보자를 위한 탁월한 선택인 22달러 Arduino Uno MCU는 기본 보드입니다. 필수 구성 요소만 제공되지만 프로젝트를 원하는 대로 디자인할 수 있습니다. 25그램의 이 68.5 x 53.4밀리미터 PCB는 인클로저에도 들어갈 만큼 충분히 가볍습니다.

현재 버전인 Arduino Uno R3에는 다음이 함께 제공됩니다.

• ATmega328P 마이크로프로세서
• 14개의 디지털 입력/출력 핀
  • 6 PWM 출력
  • 내장 LED(핀 13에 연결됨)
  • 5볼트, 3.3볼트 및 접지 핀 전압 출력

• 6개의 아날로그 핀
• USB 포트
• 전원 잭
• 재설정 버튼
• 5볼트 작동 전압
• 32KB 플래시 메모리
• 2KB SRAM 및 1KB EEPROM

Uno는 최초의 Arduino 보드는 아니지만 가장 활발히 사용되는 보드입니다. 또한 인터넷을 통해 수많은 프로젝트 튜토리얼과 포럼이 있는 가장 문서화된 폼 팩터입니다.

Arduino Mega – BIG 프로젝트를 위한 MCU

하나에 효과적으로 4개의 Uno MCU인 Arduino Mega는 대규모 프로젝트를 위한 보드입니다. Atmel ATmega2560 칩으로 구동되는 Mega는 전원 및 컴퓨터와의 인터페이스를 위한 별도의 USB 포트가 있는 테이블에 4개의 직렬 포트를 제공합니다. 추가 USB 포트를 위한 전용 ATmega16U2 프로세서도 자랑합니다. 배터리로도 MCU에 전원을 공급할 수 있습니다.

메가는:

• 14개의 PWM 호환 핀이 있는 54개의 디지털 입력/출력(I/O) 핀
• 16개의 아날로그 IO 핀
• USB 포트
• 파워 잭
• 재설정 버튼

Mega의 많은 핀이 보드를 만듭니다. 많은 디지털 I/O 연결, LED 또는 버튼이 필요한 프로젝트에서 사용할 수 있습니다.

나머지 Mega MCU의 성능은 프로세서에서 나옵니다. ATmega2560 마이크로프로세서는 무엇이든 할 수 있습니다. 16MHz 클럭 속도, 256KB 플래시, 8KB SRAM 및 4KB EEPROM이 특징입니다. 이 모든 것이 Arduino Mega를 3D 프린터 및 로봇 공학을 위한 최고의 보드로 만듭니다.

Arduino ESP8266으로 프로젝트를 무선으로

Arduino 보드는 보드 자체에 무선 네트워킹과 함께 제공되지 않습니다. 사용 가능한 방패에서도 찾을 수 없습니다. 프로젝트를 무선으로 만들려면 Arduino ESP8266 Wi-Fi 모듈이 필요합니다.

최신 모듈이 있지만 ESP2866이 원본입니다. 독립형 MCU로 작동하도록 설계되지 않았을 수도 있지만 오늘날의 모바일 시장에서는 프로젝트에 MCU가 필요합니다.

그래도 괜찮은 무선 연결을 제공합니다. 보드에는 이러한 기능을 중앙 Arduino에 연결하기 위한 전원, 접지, 전송 및 수신 핀과 온-오프, "칩 제어 전원 차단"(CH_PD) 핀이 함께 제공됩니다. 또한 리셋과 2개의 GPIO 데이터 핀이 있습니다.

한 가지 단점이 있습니다. ESP8266에는 5볼트 전원 신호가 필요합니다. Arduino 표준 3.5볼트에서는 작동하지 않습니다.

PWM 하위 시스템 및 프레임워크

5.1 Arduino PWM

펄스 폭 변조(PWM)는 주파수와 진폭이 다양한 구형파 신호를 사용하여 아날로그 신호를 시뮬레이션합니다. Arduino 플랫폼은 이러한 신호를 사용하여 디지털 출력으로 아날로그 회로를 조절합니다.

Arduino PWM 플랫폼은 별도의 하드웨어가 아닙니다. 모든 Arduino 보드에는 시스템 호출이 내장되어 있습니다. 그것들을 사용하는 프로그램을 작성해야 합니다. 이 명령은 호환되는 핀을 통해 구형파를 생성합니다.

5.2 Arduino Nano – 소형 장치 및 프로젝트에 적합

Arduino 플랫폼의 가장 작은 버전인 Arduino Nano는 ATmega328P 프로세서 및 Atmega168 보조 프로세서로 구동되는 훨씬 작은 패키지로 Uno와 동일한 기능을 제공합니다. 다른 Arduino 보드와 동일한 Arduino IDE 소프트웨어를 사용합니다.

나노는 다음과 함께 제공됩니다:

• 14개의 디지털 I/O 핀과 6개의 PWN 호환 핀
• 8개의 아날로그 핀
• 5볼트 작동 전압
• 재설정 버튼
• USB 포트
• 직렬 포트
• 32kb 플래시 메모리
• 8kb SRAM
• 1kb EEPROM

크기에도 불구하고 Nano는 다음 프로젝트 유형에서 훌륭하게 작동합니다.

• 임베디드 시스템
• 자동화
• 로봇공학
• 제어 시스템
• 계측기

Raspberry Pi 대신 Arduino를 선택해야 하는 이유

Arduino 플랫폼은 시장에 나와 있는 유일한 MCU가 아닙니다. 다른 많은 MCU는 Raspberry Pi를 포함하여 Arduino와 동일한 기능을 제공합니다. 그러나 PI는 Arduino와 매우 다른 제품입니다.

하나는 Raspberry PI가 전체 컴퓨터입니다. 아두이노는 그렇지 않습니다. 마이크로컴퓨터는 컴퓨터를 구성하는 하나의 작은 구성 요소일 뿐입니다. 이 때문에 Arduino 플랫폼은 PI가 제공하는 것 중 일부만 제공합니다. 예를 들어 완전한 컴퓨터 운영 체제가 아니라 작은 응용 프로그램만 실행할 수 있습니다.

6.1 강점과 약점

그렇다고 아두이노가 쓸모없다는 것은 아닙니다. 전체 컴퓨터가 작동할 필요가 없는 전자 프로젝트에 적합합니다. 구성 요소 및 센서에 직접 연결할 수 있으며 설정을 거의 또는 전혀 하지 않고도 모든 것이 즉시 작동하도록 할 수 있습니다.

Arduino는 Arduino 펌웨어가 작동하는 방식 때문에 이를 수행할 수 있습니다. 펌웨어는 Arduino 보드 라인을 실행하는 핵심 소프트웨어입니다. 또한 USB를 통해 컴퓨터와 통신하여 프로그래밍 가능한 모든 기능에 액세스할 수 있습니다. 언제든지 펌웨어를 교체할 수 있지만 그렇게 할 필요는 없습니다. 재부팅할 필요도 없습니다. 코드를 업로드하면 어디서나 즉시 실행할 수 있습니다. 키보드, 디스플레이 또는 응용 프로그램을 선택하는 수단이 필요하지 않습니다. 이사회는 귀하에게 주어진 한 가지 일을 할 것입니다.

6.2 Raspberry Pi는 완전한 컴퓨터입니다.

대조적으로, Raspberry Pi는 완전한 기능을 갖춘 컴퓨터입니다. 실행하려면 운영 체제가 필요하며 작동 상태를 유지하려면 재부팅해야 합니다. 보드에도 내부 저장소가 없습니다. 실행하려는 프로그램을 저장하기 위해 외부 micro-SD 관리를 제공하면 도움이 될 것입니다. 이더넷이 내장되어 있지만 카드를 제거하지 않고도 소프트웨어를 업데이트할 수 있습니다.

Pi는 메모리와 HDMI 그래픽 프로세서가 완비된 Broadcom Arm-v6 CPU에서 실행됩니다. 이 보드는 또한 키보드 및 마우스와도 잘 작동하므로 Linux 변형을 로드할 수 있으며, 그렇게 작은 기계를 사용하여 모든 것을 구동했다는 사실을 아무도 알 수 없도록 할 수 있습니다. 그만큼 강력합니다. 완전한 사용자 상호작용과 모든 처리 능력이 필요한 프로젝트에 완벽한 플랫폼입니다.

그러나 이 힘으로 인해 Pi는 소규모 프로젝트에 적합하지 않습니다. 예를 들어 8줄의 코드만으로 LED를 켜려면 Arduino 보드에 LED를 연결해야 합니다. Pi는 시작하기 위해 코드 외에 추가 라이브러리가 필요하며, 이는 이미 보드에 운영 체제가 설치되어 있는 경우입니다.

그렇다고 해서 동일한 유형의 프로젝트에 Raspberry Pi와 Arduino를 사용할 수 없다는 의미는 아닙니다. Pi에 Arduino와 동일한 기능을 제공하는 프레임워크 라이브러리를 설치할 수 있습니다. 프로젝트에서 Pi를 사용하려면 훨씬 더 많은 시간과 노력이 필요합니다.

Arduino에는 더 큰 개발자 커뮤니티도 있습니다. 전자 프로젝트를 위한 가장 인기 있는 플랫폼인 Arduino에는 초보자를 위한 많은 자습서가 있어 시작하는 데 도움이 됩니다.

그럼에도 불구하고 이 두 보드 중 하나를 선택할 필요는 없습니다. 그들은 함께 잘 작동합니다. 적절한 부착으로 Arduino는 Raspberry Pi의 보조 확장 보드가 되어 두 카드가 서로의 기능에 액세스할 수 있습니다.

결론

Arduino는 DIY 전자 프로젝트를 위해 특별히 설계된 마이크로 컨트롤러 플랫폼 제품군입니다. 이 일회용 보드에는 작업을 자동화하는 데 필요한 모든 것이 포함되어 있습니다. 컴퓨터에 연결하고 코드를 만들고 실행하기만 하면 됩니다. 나머지는 알아서 처리합니다.

프로젝트를 위한 하나 또는 다른 구성 요소를 얻으려면 즉시 당사에 문의하십시오. Out 담당자는 Arduino를 이해하고 귀하에게 적합한 보드 및 추가 기능을 결정하는 데 도움을 줄 준비가 되어 있습니다. Arduino를 Raspberry Pi에 연결하여 장치를 한 단계 업그레이드하는 데 필요한 부품을 얻을 수 있도록 도와드릴 수도 있습니다.