Arduino 入門與物聯網應用

Arduino 入門與物聯網應用 台中教育大學資訊科學系李宗翰

大綱 • Arduino介紹 • Arduino實作 • Inetnet of Things 物聯網 • Internet of Things 應用

Arduino介紹 • 何謂”Arduino” • Arduino架構 • 軟體 • 硬體 • 社群

何謂Arduino? • 義大利Italy • 設計者 • Massimo Banzi • David Cuartielles • Tom Igoe • Gianluca Martino • David Mellis. • 2005.10.1第一批 • 快速開發prototype:artists、designers、 hobbyists • OPENSOURCE • 軟體+硬體+社群

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

Processing.org

Fritzing.org

Arduino架構_硬體 • 數位I/O腳 • PWM腳 • 類比輸入腳 • 供電系統 • 電源輸出數位 I/O腳位:P0~P13 6組PWM輸出雙供電系統 10Bit解析度類比訊號輸入三種電源輸出供應Vin、5V、3.3V

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 • 硬體資源說明文件多 • Arduino.cc/playground

DIYArduino

Freeduino系列 Ardupilot Boarduino Seeeduino Relayduino Openlog brasuino Fio

擴充Shield WIFI模組 MP3播放板 SD卡模組 GPRS模組 AV端子顯示模組 COLORLCD模組 CANBUS模組 RFID模組 MIDI 訊號模組

Arduino架構_社群

玩家官方提供Blog資料: 近200處 http://www.arduino.cc/playground/Main/People

周邊廠商 • 超過200家周邊製造商與代理商 • RFrobot • Seeed Studio • DIYDrones • Sparkfun • Pololu • Adafruit • Make Magzine • OceanControl • Robotshop • ModernDevice

Arduino架構_軟體 • Bootloader預先載入的程式 • 流程: • 編寫Arduino Code • PC端 Arduino IDE • USB(RX、TX) • ArduinoIO板 • Bootloader程式轉換機器碼 • Arduino Work • 高階C語言函式化的指令 • 類似裝置:Basic Stamp

Arduino開發環境 • 軟體下載:http://arduino.cc/en/Main/Software

Arduino開發環境 開啟檔案儲存檔案編譯載入終端機顯示停止開新檔案

Arduino開發環境

Coding in Arduino void setup () { //... setup pins } void loop () { //... main loop }

Arduino開發環境

Arduino使用語法

實作_ Arduino實作練習

Arduino實作練習 • 練習一：載入Basics範例的Blink

Blink • LED腳位: 長腳+

Arduino實作練習 • 練習二：載入Digital範例的Blinkwithoutdelay

BlinkwithoutDelay • LED腳位: 長腳+

Arduino實作練習 • 練習三：載入 Basic 範例的 DigitalReadSerial

Digital Read Serial (UART to USB)

Arduino實作練習 • 練習四：載入 Analog 範例的 AnalogInput

1 2 3 AnalogINPUT 電阻成指數遞增，代號A 電阻成線性遞增，代號B 10bit解析度電阻 電壓

Arduino實作練習 • 練習五：載入 Analog 範例的 Fading

PWM 脈波寬度調整Pulse Width Modulation

PWM • 模擬類比電壓輸出 • 腳位3.5.6.9.10.11 • PWM頻率 • 980Hz : 5,6 • 490Hz :3, 9, 10, 11 • PWMDuty Cycle

Analog output in PWM

Arduino實作練習 • 練習六：載入 wire 範例的 Master Writer/Slave Receiver

I2C 傳輸實驗 • Master Writer/Slave Receiver • 本範例將利用I2C連結二組Arduino，並同步傳送與接收數位資料 • Master • 每0.5秒，傳送 6 bytes 資料至Slave. • Slave • 當接收到Master所傳來之資料後，將會顯示在Arduino's serial window.

以 I2C 連接兩組 Arduino • 連接兩組Arduino之pin 4 (the clock, or SCL, pin) 與 pin 5 (the data, or SDA, pin). • 確認兩組 Arduino 採用共用接地方式連接. • Slave Arduino 須以USB連接PC並開啟 Arduino Serial Window觀察其接收資料的狀況.

Internet of Things 物聯網 • 概念 • 應用

物聯網概念 • 物聯網（The Internet of things）的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、鐳射掃描器等資訊傳感設備，按約定的協定，把任何物品與互聯網連接起來，進行資訊交換和通訊，以實現智慧化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網路。 • 物聯網就是“物物相連的互聯網”。這有兩層意思： • 第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網路； • 第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行資訊交換和通訊。

物聯網發展 • 物聯網(The Internet of things)的概念是在1999年提出：Foundation of Auto-ID center of MIT (RFID technology) • 2003 SUN article: Toward a Global “Internet of Things” (Via) • 2005年11月17日：在突尼斯舉行的資訊社會世界峰會(WSIS)上，國際電信聯盟(ITU)發佈《ITU互聯網報告2005：物聯網》 • 2009年1月23日：IBM Smart Planet，奧巴馬針對IBM首席執行官彭明盛首次提出“智慧的地球”這一概念,做出回應：物聯網技術美國在21世紀保持和奪回競爭優勢的方式 • 2009年9月：Internet of Things – An action plan for Europe 歐盟行動計畫 • 物聯網（Internet of Things, IoT）的興起與快速發展，依據美國Forrester預測至2020年全球物物互聯的服務量，跟人與人通信的服務量相比，將達到 30比 1，被稱為是下一個十兆元級的資通訊創新應用。

物聯網的新思維 • 物聯網打破了傳統思維。物理基礎設施和IT基礎設施 • 物聯網時代:鋼筋混凝土、電纜將與晶片、寬頻整合為統一的基礎設施。 • 物聯網的世界裡每個物件具備識別ID、感知與理解能力、控制與管理功能，並透過網路彼此連結，經由智慧的感知、可靠的傳遞與智慧的處理，賦予物件智慧，實現「人與人」、「人與物」、「物與物」間的溝通和對話功能。依功能面區分，物聯網基本架構可分為： • 「感知/設備層」 • 「網路層」 • 「中介/平台層」 • 「服務層」 • 「消費層」

物聯網概念

感知/設備層 • 由許多可擷取及量測資訊之感知元件/設備所組成 • 具感知與理解能力可以監測所在位置的物理或環境狀況(例如：溫度、濕度、照度、速度等)； • 控制與管理功能可以接受遠端設定、操作。 • 為了連結廣泛分布的「感知/設備層」元件，低耗電、低成本、支援大量網路節點的無線感測網路（Wireless sensor network）通訊技術被引用，這當中技術包括： • ZigBee、Z-Wave、6LowPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks)等。 • WSN Gateway從分散的WSN測量節點匯總數據並扮演通信協定轉換的角色，串聯「感知/設備層」與「網路層」。

Arduino 入門與物聯網應用

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