Advies
Arduino Shields
Afbeelding: Single-board computer Raspberry Pi® 2 met GPI0-poort en USB-aansluitingen
Microcontroller boards en single board computers bieden hobbyisten en hobbyisten de mogelijkheid om hun eigen elektronica projecten te implementeren. Een single board computer is een onafhankelijke computer die al is uitgerust met alle essentiële componenten die nodig zijn voor de werking. Dit zijn componenten zoals processors, klokgeneratoren en read-only memory (ROM) evenals interfaces, bijvoorbeeld voor W-LAN of Ethernet. Zoals de term single board al suggereert, worden alle componenten gecombineerd op een enkele printplaat.
Een voorbeeld van een bekende computer met één board is de Raspberry Pi, een systeem met één chip en een ARM-microprocessor. Het is oorspronkelijk ontworpen voor hobby- en educatieve doeleinden, maar wordt ook gebruikt in de industrie, bijvoorbeeld op het gebied van meet-, regel- en regeltechniek en procesautomatisering.
Microcontroller-kaarten zijn minder complex dan computers met één kaart en zijn zeer eenvoudig en gebruiksvriendelijk. Het hart van deze printplaten is een microcontroller. Het is een halfgeleiderchip die elektronische componenten verbergt, zoals een processor, geheugen, timermodules of digitaal-naar-analoog-converter. Elke microcontroller is voorzien van zogenaamde I / O-pinnen (input / output-pinnen). Dit zijn contacten waarmee digitale signalen kunnen worden ontvangen of verzonden.
Of ze als ingangs- of uitgangscontacten dienen, kan vrij worden bepaald. Om deze reden wordt het aantal contacten ook gezamenlijk "algemene invoer / uitvoer" genoemd (Engels: GPIO). Pinnen die als ingang zijn geconfigureerd, kunnen signalen ontvangen als ze bijvoorbeeld op een sensor zijn aangesloten. Een pin die is geconfigureerd als uitgang maakt het onder andere mogelijk om leds, luidsprekers, motoren, sensoren of displays aan te sturen. De elektronische componenten zijn aangesloten op de bijbehorende in- en uitgangen en kunnen door de microcontroller uitgelezen, aangestuurd en met elkaar gecombineerd worden.
Een zeer bekend microcontrollerbord is de Arduino. Het is verkrijgbaar in verschillende modelvarianten, die verschillen in hun uitrusting. Zo zijn er de Arduino Uno, de Arduino Nano en de Arduino Mega. De Arduino Uno is door zijn kleine aantal interfaces zeer geschikt voor kleine projecten en is een goede keuze voor beginners. Een uitgebreide versie is de Arduino Nano, die dankzij zijn bijzonder kleine formaat voorbestemd is voor miniatuurprojecten. De Arduino Mega kenmerkt zich door een groot aantal I / O pinnen en is daardoor geschikt voor complexere projecten.
Wat zijn Arduino Shields en Pi HAT's?
Arduino Shields en Pi HATS zijn de gemakkelijkste manier om het scala aan functies van gewone microcontrollerborden of computers met één bord uit te breiden. Met hun hulp kunnen extra randapparatuur worden geïnstalleerd zonder te hoeven solderen, schroeven of bedraden. De integratie van jumpers en breadboards is niet nodig. Dit zijn dus ruimtebesparende oplossingen die weinig moeite kosten.
Arduino-shields zijn uitbreidingskaarten die op een Arduino-board worden aangesloten. Ze hebben hetzelfde doel als uitbreidingskaarten voor pc's en voegen extra functionaliteit toe door de capaciteiten van de Arduino te vergroten. Ze zijn ontworpen om exact overeen te komen met de vorm en pin-toewijzing van het moederbord. Om deze reden kunnen ze eenvoudig worden bevestigd. Pi HAT's zijn daarentegen ontworpen voor de Raspberry Pi. De afkorting HAT staat voor hardware die bovenop is bevestigd, wat het doel van de borden al samenvat. Pi HAT's zijn ook gewoon aangesloten. Afhankelijk van de versie zijn ze geschikt voor de uitvoering van verschillende projecten.
Een groot voordeel van Arduino Shields en Pi HAT's is dat ze met elkaar gecombineerd kunnen worden. Hierdoor is het mogelijk om meerdere shields of HATs op één apparaat te gebruiken. De uitbreidingskaarten gebruiken pinnen aan de onderkant om stopcontacten op te pakken die niet nodig zijn en deze op hun beurt naar de bovenkant van het bord te overbruggen. Hierdoor kunnen meerdere schilden of HAT's op elkaar worden gestapeld. De technische term hiervoor is stapelen. Het is belangrijk op te merken dat er geen dubbele toewijzing van de individuele pinnen is. Sommige kaarten hebben daarom DIP-schakelaars of jumpers om de toewijzing van de opgevraagde pinnen te wijzigen.
Welke soorten Arduino Shields en Pi-HAT's zijn er?
Shields en HATs zijn verkrijgbaar in verschillende versies en elk ontworpen voor specifieke doeleinden. De meest voorkomende zijn datatransmissiekaarten (Ethernet, WLAN, Bluetooth enzovoort). De reden hiervoor is dat veel Arduino-kaarten bijvoorbeeld niet inherent netwerkcompatibel zijn. Ethernet-afschermingen zijn een optie om toch een netwerkverbinding tot stand te brengen. De Arduino is aangesloten op het lokale netwerk en uiteindelijk verbonden met internet. WiFi- en Bluetooth-schilden zijn ook beschikbaar en kunnen worden gebruikt om slimme apparaten te koppelen. Het is ook mogelijk om een Arduino in het mobiele netwerk te integreren, bijvoorbeeld met behulp van een GPRS-shield.
Schilden en HAT's worden ook gebruikt om motoren aan te sturen (bijvoorbeeld via relais). Met behulp van het Arduino Motor Shield kunnen bijvoorbeeld motoren en servo's op het Arduino-bord worden aangesloten, bediend en gestuurd. Daarnaast zijn er relaisafschermingen waarmee componenten met hoge bedrijfsspanning kunnen worden aangesloten die de Arduino niet standaard dekt.
Prototyping is ook mogelijk met afschermingen en HAT's om snel eenvoudige circuits uit te proberen of om nieuwe ideeën te implementeren. Voorbeelden van prototypingborden zijn de Arduino Proto Shield en de Raspberry Pi Prototyping HAT. Met de laatste kunnen structuren op het breadboard (breadboard voor experimentele circuits en experimenten) worden overgedragen naar de printplaat.
Daarnaast kunnen schilden worden gebruikt om data op een display weer te geven of om de Arduino via touchscreen aan te sturen. Het LCD Shield en het TFT Touch Shield zijn hier twee goede voorbeelden van. De Raspberry Pi Game Hat maakt het mogelijk om van het moederbord een gameconsole te maken. Het heeft een display, kan geluid afspelen en is uitgerust met een indicator van de batterijstatus.
Zelfs complete weerstations kunnen worden opgezet met schilden en HAT's. Zo is de Raspberry Pi Sense HAT uitgerust met sensoren voor vochtigheid, temperatuur en luchtdruk. De module is op afstand van het Raspberry bord geïnstalleerd en kan in combinatie met de bijbehorende software klimaatgegevens vastleggen en vastleggen. Naast een mini-joystick voor het invoeren van opdrachten, heeft de module een magnetische veldsensor en versnellingsdetectie, zodat deze ook kan worden gebruikt om magnetische velden te identificeren en versnellingswaarden te meten.
Onze praktische tip: gebruik Arduino Shields en Pi HATS voor het slimme huis
Arduino en Raspberry Pi bieden talloze opties om uw eigen huis 'slimmer' te maken - met name door schilden en HAT's te integreren. Zo zijn er plug-in boards die fungeren als audiospelers en het mogelijk maken om muziek uit de cloud of een lokaal netwerk af te spelen. Er zijn schilden die zijn uitgerust met sensoren voor rookdetectie en het daarmee mogelijk maken om een Arduino om te bouwen tot rookmelder. De Raspberry Pi Automation HAT is zelfs geschikt voor het aansturen van elektrische apparaten met een lage bedrijfsspanning.
FAQ - Veelgestelde vragen over Arduino Shields en Pi HAT's
Is er een manier om toegang te krijgen tot Arduino Shields met de Raspberry Pi?
Arduino-schilden zijn expliciet ontworpen voor de Arduino, maar kunnen ook met de Raspberry Pi worden bediend via speciale platforms. Het embedded Pi board maakt het bijvoorbeeld mogelijk om de Raspberry Pi en Arduino shields zowel samen als onafhankelijk te gebruiken. Daarnaast zijn adapterkaarten en andere brugverbindingen op de markt verkrijgbaar.
Ik wil twee schilden op elkaar stapelen die dezelfde pinnen gebruiken. Is hier een oplossing voor?
Een oplossing zou het zogenaamde tussenliggende schild kunnen zijn. Het is gemonteerd tussen de twee conflicterende schilden en beschermt de bovenste en onderste pinnen van elkaar zodat ze opnieuw kunnen worden toegewezen. De signalen van de bovenste module worden daarom omgeleid en het conflict wordt daardoor geëlimineerd.