Практическая энциклопедия Arduino

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ 
ARDUINO

Москва, 2020

Петин В. А., Биняковский А. А.

Издание второе, дополненное

УДК 681.4:004.9Arduino
ББК 32.816с515+32.965с515
 
П29

 
Петин В. А., Биняковский А. А.
П29 Практическая энциклопедия Arduino. 2-е изд., доп. – М.: ДМК 
Пресс, 2020. – 166 с.

ISBN 978-5-97060-798-5

В книге обобщаются данные по основным компонентам конструк-
ций на основе платформы Arduino, которую представляет самая 
массовая на сегодняшний день версия ArduinoUNO или аналогич-
ные ей многочисленные клоны. Книга представляет собой набор из 
33 глав-экспериментов. В каждом эксперименте рассмотрена рабо-
та платы Arduino c определенным электронным компонентом или 
модулем, начиная с самых простых и заканчивая сложными, пред-
ставляющими собой самостоятельные специализированные устрой-
ства. В каждой главе представлен список деталей, необходимых для 
практического проведения эксперимента. Для каждого эксперимента 
приведена визуальная схема соединения деталей в формате интегри-
рованной среды разработки Fritzing. Она дает наглядное и точное 
представление – как должна выглядеть собранная схема. Далее дают-
ся теоретические сведения об используемом компоненте или модуле. 
Каждая глава содержит код скетча (программы) на встроенном языке 
Arduino с комментариями. В конце каждой главы содержатся ссылки 
для скачивания скетчей с сайта http://arduino-kit.ru, дополнитель-
ных программ,  а также на видеоурок данного эксперимента.

УДК 681.4:004.9Arduino
ББК 32.816с515+32.965с515

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроиз-
ведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без 
письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, по-
скольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство 
не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых 
сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные 
ошибки, связанные с использованием книги.

 
© ООО ЭМБИТЕХ Групп, 2020
ISBN 978-5-97060-798-5 
© Оформление, ДМК Пресс, 2020

СОДЕРЖАНИЕ

Что такое Arduino .................................................................................................5
Установка Arduino IDE .......................................................................................8
1 
Светодиод. Мигаем светодиодом  .........................................................12
2. 
Кнопка. Обрабатываем нажатие кнопки на примере  
зажигания светодиода. Боремся с дребезгом ....................................15
3 
Потенциометр. Показываем закон Ома на примере яркости  
светодиода  ....................................................................................................20
4 
Светодиодная шкала 10 сегментов. Крутим потенциометр,  
меняем количество светящихся светодиодов  ..................................23
5 
RGB-светодиод. Широтно-импульсная модуляция.  
Переливаемся цветами радуги  ...............................................................28
6 
Семисегментный индикатор одноразрядный. Выводим цифры .....33
7 
Матрица 4-разрядная из 7-сегментных индикаторов.  
Делаем динамическую индикацию ..........................................................36
8 
Микросхема сдвигового регистра 74НС595. Управляем  
матрицей из 4 разрядов, экономим выводы Ардуино ...................42
9 
Матрица светодиодная 8x8 .....................................................................46
10 Пьезоизлучатель. Управляем пьезоизлучателем: меняем  
тон, длительность, играем Имперский марш....................................49
11 Транзистор MOSFET. Показываем усилитель ные качества  
транзистора. На примере электродвигателя изменяем  
обороты ..........................................................................................................54
12 Реле. Управляем реле через транзистор  ............................................57
13 Фоторезистор. Обрабатываем освещенность, зажигая  
или гася светодиоды ..................................................................................61
14 Датчик температуры аналоговый LM335. Принцип работы,  
пример работы .............................................................................................65
15 Индикатор LCD1602. Принцип подключения, вывод  
информации на него ..................................................................................68
16 Графический индикатор на примере Nokia 5110  ............................72
17 Сервопривод. Крутим потенциометр, меняем положение  .........76
18 Джойстик. Обрабатываем данные от джойстика.  
Управление Pan/Tilt Bracket с помощью джойстика ....................80
19 Шаговый двигатель 4-фазный, с управлением  
на ULN2003 (L293) ....................................................................................84
20 Датчик температуры DS18B20 ..............................................................88
21 Датчик влажности и температуры DHT11 ........................................92

СОДЕРЖАНИЕ
4

22 Датчики газов. Принцип работы, пример работы ...........................96
23 Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04. Принцип  
работы, подключение, пример ...............................................................99
24 3-осевой гироскоп + акселерометр на примере GY-521 ............ 103
25 ИК-фотоприемник и ИК-пульт. Обрабатываем команды  
от пульта ..................................................................................................... 106
26 Часы реального времени. Принцип работы, подключение,  
примеры ...................................................................................................... 110
27 SD-карта. Чтение и запись данных ................................................... 116
28 Считыватель RFID на примере RC522. Принцип работы,  
подключение, примеры ............................................................................ 120
29 Работа с Интернетом на примере Arduino Ethernet  
shield W5100 .............................................................................................. 126
30 Беспроводная связь. Модуль Wi-Fi ESP8266 ............................... 131
31 Беспроводная связь. Модуль Bluetooth HC-05 ............................ 137
32 Беспроводная связь. Модуль GSM/GPRS SIM900 .................... 142
33 Модуль GPS. Принцип работы, подключение, примеры .......... 147
Встроенные функции языка Arduino ........................................................ 152

Что такое Arduino

Arduino – это электронный конструктор и удобная платформа быст-
рой разработки электронных устройств для новичков и профессио-
налов. Платформа пользуется огромной популярностью во всем ми-
ре благодаря удобству и простоте языка программирования, а также 
открытой архитектуре и программному коду. Плата Arduino состо-
ит из микроконтроллера Atmel AVR и элементов обвязки для про-
граммирования и интеграции с другими схемами. На многих платах 
присутствует линейный стабилизатор напряжения +5 В или +3,3 В. 
Тактирование осуществляется на частоте 16 или 8 МГц кварцевым 
резонатором (в некоторых версиях – керамическим резонатором). 
В микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик Boot-
Loader, поэтому внешний программатор не нужен. Устройство про-
граммируется через USB без использования программаторов.
Существует несколько версий платформ Arduino. Версия Leonar-
do базируется на микроконтроллере ATmega32u4. Uno, Nano, Duemi-
lanove построены на микроконтроллере Atmel ATmega328. Старые 
версии платформы Diecimila и первая рабочая Duemilanoves были 
разработаны на основе Atmel ATmega168. Arduino Mega2560, в свою 
очередь, построена на микроконтроллере ATmega2560. А самые по-
следние версии Arduino Due – на базе микропроцессора Cortex. 
Версия UNO (рис. 1) является одной из самых популярных и ши-
роко иcпользуемой для небольших проектов. 

Рис. 1. Плата Arduino UNO

Практическая энциклопедия Arduino
6

Характеристики платы Arduino UNO показаны в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Микроконтроллер
ATmega328
Рабочее напряжение
5 В
Напряжение питания (рекомендуемое)
7–12 В
Напряжение питания (предельное)
6–20 В
Цифровые входы/выходы
14 (из них 6 могут использоваться 
в качестве ШИМ-выходов)
Аналоговые входы
6
Максимальный ток одного вывода
40 мА
Максимальный выходной ток вывода 3.3 В
50 мА
Flash-память
32 КБ (ATmega328), из которых 
0,5 КБ используются загрузчиком
SRAM
2 КБ (ATmega328)
EEPROM
1 КБ (ATmega328)
Тактовая частота
16 МГц

Каждый из 14 цифровых выводов может работать в качестве 
входа или выхода. Уровень напряжения на выводах ограничен 5 В. 
Максимальный ток, который может отдавать или потреблять один 
вывод, составляет 40 мА. Все выводы сопряжены с внутренними 
подтягивающими резисторами (по умолчанию отключенными) но-
миналом 20–50 кОм. Помимо этого, некоторые выводы Ардуино 
могут выполнять дополнительные функции:

 
• последовательный интерфейс: выводы 0 (RX) и 1 (TX);

 
• внешние прерывания: выводы 2 и 3;

 
• ШИМ: выводы 3, 5, 6, 9, 10 и 11 могут выводить 8-битные 
аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала;

 
• интерфейс SPI: выводы 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 
(SCK); 

 
• светодиод: 13. Встроенный светодиод, подсоединенный к вы-
воду 13. 
В Arduino Uno есть 6 аналоговых входов (A0–A5), каждый из 
которых может представить аналоговое напряжение в виде 10-бит-
ного числа (1024 различных значения). По умолчанию измерение 
напряжения осуществляется относительно диапазона от 0 до 5 В. 
Тем не менее верхнюю границу этого диапазона можно изменить, 
используя вывод AREF и функцию analogReference(). Некоторые 
из аналоговых входов имеют дополнительные функции:

Что такое Arduino
7

 
• TWI: вывод A4 или SDA и вывод A5 или SCL.
В Arduino Uno есть восстанавливаемые предохранители, защища-
ющие USB-порт компьютера от коротких замыканий и перегрузок. 
Несмотря на то что большинство компьютеров имеют собственную 
защиту, такие предохранители обеспечивают дополнительный уро-
вень защиты. Если от USB-порта потребляется ток более 500 мА, 
предохранитель автоматически разорвет соединение до устранения 
причин короткого замыкания или перегрузки.

Установка Arduino IDE

Разработка собственных приложений на базе плат, совместимых 
с архитектурой Arduino, осуществляется в официальной бесплатной 
среде программирования Arduino IDE. Среда предназначена для на-
писания, компиляции и загрузки собственных программ в память 
микроконтроллера, установленного на плате Arduino-совместимого 
устройства. Основой среды разработки является язык Proces sing/
Wiring – это фактически обычный C++, дополненный просты-
ми и понятными функциями для управления вводом/выводом на 
контактах. Существуют версии среды для операционных систем 
Windows, Mac OS и Linux.
Последнюю версию среды Arduino можно скачать со страницы 
загрузки официального сайта http://arduino.cc/en/Main/Software.
Рассмотрим установку Arduino IDE на компьютере с операци-
онной системой Windows. Отправляемся на страницу http://arduino.
cc/en/Main/Software, выбираем версию для операционной системы 
Windows и скачиваем архивный файл. Он содержит все необходи-
мое, в том числе и драйверы. По окончании загрузки распаковываем 
скачанный файл в удобное для себя место.
Теперь необходимо установить драйверы. Подключаем Arduino 
к компьютеру. На контроллере должен загореться индикатор пи-
тания – зеленый светодиод. Windows начинает попытку установки 
драйвера, которая заканчивается сообщением «Программное обе-
спечение драйвера не было установлено». Открываем Диспетчер 
устройств. В составе устройств находим значок Arduino Uno – 
устройство отмечено восклицательным знаком. Щелкаем правой 
кнопкой мыши на значке Arduino Uno и в открывшемся окне вы-
бираем пункт Обновить драйверы и далее пункт Выполнить поиск 
драйверов на этом компьютере. Указываем путь к драйверу – ту 
папку на компьютере, куда распаковывали скачанный архив. Пусть 
это будет папка drivers каталога установки Arduino – например,  
C:\arduino-1.0\drivers. Игнорируем все предупреждения Windows 
и получаем в результате сообщение Обновление программного обе-
спечения для данного устройства завершено успешно. В заголовке 
окна будет указан и COM-порт, на который установлено устройство. 
Теперь можно запускать Arduino IDE. 
Среда разработки Arduino (см. рис. 2) состоит из:

 
• редактора программного кода;

 
• области сообщений;

Установка Arduino IDE
9

 
• окна вывода текста;

 
• панели инструментов с кнопками часто используемых команд;

 
• нескольких меню.
Программа, написанная в среде Arduino, носит название скетч. 
Скетч пишется в текстовом редакторе, который имеет цветовую 
подсветку создаваемого программного кода. Во время сохранения 
и экспорта проекта в области сообщений появляются пояснения 
и информация об ошибках. Окно вывода текста показывает сооб-
щения Arduino, включающие полные отчеты об ошибках и другую 
информацию. Кнопки панели инструментов позволяют проверить 
и записать программу, создать, открыть и сохранить скетч, открыть 
мониторинг последовательной шины.

Рис. 2. Среда Arduino IDE

Практическая энциклопедия Arduino
10

Разрабатываемым скетчам дополнительная функциональность 
может быть добавлена с помощью библиотек, представляющих 
собой специальным образом оформленный программный код, ре-
ализующий некоторый функционал, который можно подключить 
к создаваемому проекту. Специализированных библиотек существу-
ет множество. Обычно библиотеки пишутся так, чтобы упростить 
решение той или иной задачи и скрыть от разработчика детали про-
граммно-аппаратной реализации. Среда Arduino IDE поставляется 
с набором стандартных библиотек. Они находятся в подкаталоге 
libraries каталога установки Arduino. Необходимые библиотеки мо-
гут быть также загружены с различных ресурсов. Если библиотека 
установлена правильно, то она появляется в меню Эскиз | Импорт 
библиотек. Выбор библиотеки в меню приведет к добавлению в ис-
ходный код строчки

#include <имя библиотеки.h>

Эта директива подключает заголовочный файл с описанием объ-
ектов, функций и констант библиотеки, которые теперь могут быть 
использованы в проекте. Среда Arduino будет компилировать соз-
даваемый проект вместе с указанной библиотекой.
Перед загрузкой скетча требуется задать необходимые параметры 
в меню Инструменты | Плата (Tools | Board) (рис. 3) и Инструмен-
ты | Последовательный порт (рис. 4).
Современные платформы Arduino перезагружаются автомати-
чески перед загрузкой. На старых платформах необходимо нажать 
кнопку перезагрузки. На большинстве плат во время процесса за-
грузки будут мигать светодиоды RX и TX.
При загрузке скетча используется загрузчик (bootloader) Ardui-

no – небольшая программа, загружаемая в микроконтроллер на пла-
те. Она позволяет загружать программный код без использования 
дополнительных аппаратных средств. Работа загрузчика распозна-
ется по миганию светодиода на цифровом выводе D13.
Монитор последовательного порта (Serial Monitor) отображает 
данные, посылаемые в платформу Arduino (плату USB или плату 
последовательной шины). 
Теперь, когда мы немного узнали об Arduino и среде программи-
рования Arduino IDE, перейдем к практическим занятиям – экс-
периментам.

Установка Arduino IDE
11

Рис. 3. Выбор Arduino платы

Рис. 4. Выбор порта подключения платы Arduino

Светодиод.  
Мигаем светодиодом 
1

В этом эксперименте мы научимся управлять светодиодом. Заста-
вим его мигать.
Необходимые компоненты:

 
• контроллер Arduino UNO; 

 
• плата для прототипирования;

 
• светодиод;

 
• резистор 220 Ом;

 
• провод папа-папа.
Светодиод – это полупроводниковый прибор, преобразую-
щий электрический ток непосредственно в световое излучение. 
По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED. 
Цветовые характеристики светодиодов зависят от химического со-
става использованного в нем полупроводника. Светодиод излучает 
в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайне-
ры. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его 
срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз 
больше, чем у лампочки накаливания, и в 5–10 раз больше, чем 
у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод – низковольтный 
электроприбор, а стало быть, безопасный. 
Светодиоды поляризованы, имеет значение, в каком направлении 
подключать их. Положительный вывод светодиода (более длинный) 
называется анодом, отрицательный – катодом. Как и все диоды, 
светодиоды позволяют току течь только в одном направлении – от 
анода к катоду. Поскольку ток протекает от положительного к отри-
цательному, анод светодиода должен быть подключен к цифровому 
сигналу 5 В, а катод должен быть подключен к земле.
Мы будем подключать светодиод к цифровому контакту D10 Ar-

duino последовательно с резистором. Светодиоды должны быть всегда 
соединены последовательно с резистором, который выступает в каче-
стве ограничителя тока. Чем больше значение резистора, тем больше 
он ограничивает ток. В этом эксперименте мы используем резистор 
номиналом 220 Ом. Схема подключения приведена на рис. 1.1.
Как подобрать ограничительный резистор и как будет влиять 
номинал резистора на яркость светодиода, мы рассмотрим в экс-
перименте 3.