Учебный стенд Arduino Mega 2560: сенсоры, моторы, дисплеи и собственная PCB

Компоненты и материалы

Arduino Mega 2560	1
LCD-дисплей 20x4 (I2C)	1
7-сегментный дисплей 4 цифры (Serial, красный)	1
Шаговый двигатель NEMA 17	1
Сервопривод SG90	1
DC-мотор 12V	2
DHT11 (температура и влажность, 4 пина)	1
Газовый датчик MQ2 (Grove)	1
RGB-светодиод (общий катод)	2
Джойстик (двухосевой с кнопкой)	2
Зуммер	1
Печатная плата (JLCPCB, кастомная)	1

Инструменты

Паяльник

О проекте

MEGA Development of Automated System — сообщество, создающее электронные проекты и автоматизированные системы в области робототехники.

Привет! Новый урок и специальный проект: создание собственной обучающей платформы Arduino. Это лучшее руководство для практики — базовые знания электроники нужны, но не бойтесь пробовать, проект удивительный.

Долгое время я администрировал Facebook-группу по Arduino и видел частые вопросы: «Какой лучший набор для практики?», «Где купить?», «В моей стране нет дистрибьюторов». Проблема очевидна, и как мейкер я решил создать это руководство. Платформа сэкономит время на монтаже на макетке — всё уже собрано и готово к работе.

Проект удобен благодаря кастомной PCB от JLCPCB, улучшающей внешний вид и монтаж. В руководстве достаточно документации и кода для самостоятельного повторения.

Сделано за 5 дней: 2 дня — проектирование PCB, 3 дня — сборка и тестирование.

Что вы узнаете:

• Выбор компонентов под платформу
• Схемотехника: подключение всех компонентов
• Сборка всех частей
• Первый код на платформе

Шаг 1: Детали обучающего стенда

Идея проста: выбрать базовые компоненты (дисплеи, светодиоды, датчики, контроллеры, исполнительные механизмы), соединить их через PCB — получится «подключил и работай».

Особенности платформы

Arduino MEGA2560

Сердце платформы — Arduino Mega 2560. Мощная плата на AVR, связывает все компоненты: от датчиков и управления к индикаторам и актуаторам. Подробнее о микроконтроллере.

Дисплеи

LCD 20x4 на I²C для вывода сообщений и 7-сегментный 4-разрядный дисплей — обязателен для новичков.

Управление

8-позиционный переключатель (DIP) для управления индикаторами + два двухосевых джойстика с кнопками. Аналоговый выход джойстиков позволяет управлять скоростью и направлением моторов.

Индикаторы

8 красных светодиодов, 2 RGB-светодиода, зуммер — для интерактивности.

Датчики

DHT11 (температура/влажность) и MQ-2 (газ, аналоговый выход) — популярные сенсоры для обучения.

Исполнительные механизмы

Все типы моторов: шаговый NEMA 17 (точность и момент), сервопривод, два DC-мотора.

Связь

Bluetooth-модуль HC-06 для тестирования Android-приложений.

Драйверы и ИС

MCP23017 — расширитель портов для светодиодов, L293D — H-мост для DC-моторов, A4988 — драйвер шагового двигателя.

Шаг 2: Схемотехника

Схема — главный документ проекта. Показывает соединения каждого компонента с Arduino Mega 2560, определяет входы/выходы, облегчает старт программирования.

Вложение: Arduino training platform_ circuit diagram.pdf

Шаг 3: Изготовление PCB (JLCPCB)

Для сборки нужна PCB. Схема преобразована в топологию и отправлена на производство.

О JLCPCB

Крупнейший прототипный завод PCB в Китае. 10+ лет опыта, 200 000+ клиентов, 8000+ заказов в день. Годовая мощность 200 000 кв.м. Качество, скорость, низкая цена.

Наш заказ

Сравнил цены — выбрал JLCPCB. Загрузил гербер-файлы, задал параметры (толщина, цвет, количество), заплатил $2, получил платы за 5 дней.

Платы качественные, шелкография с логотипами и обозначениями облегчает пайку.

Гербер-файлы: Gerber_Arduino test Bench_20180617112038.zip

Шаг 4: Корпус (CAD, SolidWorks)

Корпус спроектирован в SolidWorks, DXF-файлы отправлены на лазерную резку из 5-мм МДФ. Надписи и разметка делают удобным перенос и использование.

DXF-файлы: Arduino training platform_ BOX DXF files.rar

Шаг 5: Полный список компонентов

• PCB от JLCPCB
• Arduino Mega 2560
• NEMA 17 шаговый двигатель
• 2× DC-моторы
• Сервопривод
• LCD-дисплей
• 7-сегментный дисплей
• 8 красных светодиодов
• 2 RGB-светодиода
• Зуммер
• 8-позиционный DIP-переключатель
• 2 джойстика
• DHT-11, газоанализатор MQ-2
• Bluetooth HC-06
• MCP23017, A4988, L293D
• Разъёмы SIL, винтовые клеммы, предохранитель, резисторы, конденсаторы
• Корпус, винты

Шаг 6: Пайка и сборка

На шелкографии подписи каждого компонента — исключены ошибки. Сборка корпуса: прикручиваем PCB к дну, моторы к верху, подключаем к клеммам, замыкаем боковины.

Шаг 7: Тест (успех!) :D

Платформа работает: 7-сегментный счётчик, шаговый двигатель, LCD. В следующих уроках — программирование каждого модуля.

Пишите предложения по улучшению, делитесь своими стендами. Занимайтесь электроникой каждый день!

— BEE MB, MEGA DAS