100-02課程簡報-arduino and iot
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Arduino 入門與物聯網應用 台中教育大學 資訊科學系 李宗翰
• Arduino介紹 • Arduino實作 • Inetnet of Things 物聯網 • Internet of Things 應用
大綱
• 何謂”Arduino” • Arduino架構
• 軟體 • 硬體 • 社群
Arduino介紹
• 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 • OPEN SOURCE • 軟體+硬體+社群
何謂Arduino?
• 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
Arduino架構_軟體_OPEN魅力
Processing.org
Fritzing.org
• 數位I/O腳 • PWM腳 • 類比輸入腳 • 供電系統 • 電源輸出
Arduino架構_硬體
數位 I/O腳位:P0~P13
6組PWM輸出
類比訊號輸入
10Bit解析度
三種電源輸出供應 Vin、5V、3.3V
雙供電系統
• 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
Arduino架構_硬體_OPEN魅力
DIY Arduino
Freeduino系列
Ardupilot Boarduino Seeeduino
Relayduino Openlog brasuino Fio
擴充Shield
MP3播放板 SD卡模組 WIFI模組
CAN BUS模組 MIDI 訊號模組 COLOR LCD模組
GPRS模組
RFID模組
AV端子顯示模組
Arduino架構_社群
官方提供Blog資料: 近200處 http://www.arduino.cc/playground/Main/People
玩家
• 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 – – –
周邊廠商
• Bootloader預先載入的程式 • 流程:
1. 編寫Arduino Code 2. PC端 Arduino IDE 3. USB(RX、TX) 4. Arduino IO板 5. Bootloader程式轉換機器碼 6. Arduino Work
• 高階C語言函式化的指令 • 類似裝置:Basic Stamp
Arduino架構_軟體
2012/8/28
Arduino開發環境 • 軟體下載: http://arduino.cc/en/Main/Software
2012/8/28
Arduino開發環境
編譯
載入
終端機顯示
停止
開新檔案
開啟檔案
儲存檔案
2012/8/28
Arduino開發環境
2012/8/28
Arduino開發環境
void setup () { //... setup pins } void loop () { //... main loop }
Coding in Arduino
2012/8/28
Arduino開發環境
2012/8/28
Arduino開發環境
2012/8/28
Arduino使用語法
2012/8/28
Arduino使用語法
2012/8/28
Arduino使用語法
2012/8/28
Arduino使用語法
2012/8/28
實作_ Arduino實作練習
2012/8/28
實作_ Arduino實作練習
2012/8/28
Arduino實作練習
• 練習一：
載入Basics範例的Blink
2012/8/28
Blink
•LED腳位: 長腳+
2012/8/28
Arduino實作練習
• 練習二：
載入Digital範例的Blinkwithoutdelay
2012/8/28
BlinkwithoutDelay
•LED腳位: 長腳+
2012/8/28
Arduino實作練習
• 練習三：
載入 Basic 範例的 DigitalReadSerial
2012/8/28
Digital Read Serial (UART to USB)
2012/8/28
Arduino實作練習
• 練習四：
載入 Analog 範例的 AnalogInput
電阻 電壓 2012/8/28
Analog INPUT
1 2 3
電阻成指數遞增，代號A 電阻成線性遞增，代號B
10bit解析度
2012/8/28
Arduino實作練習
• 練習五：
載入 Analog 範例的 Fading
2012/8/28
PWM 脈波寬度調整Pulse Width Modulation
週期
LOW
HIGH
方波寬度
方波高度
0V
5V
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
•PWM Duty Cycle
2012/8/28
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.
• 概念 • 應用
Internet of Things 物聯網
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
• 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」。
感知/設備層
•包含有線與無線網路技術，提供可靠的IP(v4/v6)網路傳送技術將感知元件蒐集的資訊整合、匯流到物聯網資料中心。
•對物聯網服務「網路層」必須具備支援服務品質QoS的擁塞與負載控制與支援設備移動性管理等機制，提供一個安全、穩定的網路環境。
網路層
• 為發展物聯網服務的核心 • 過去的服務多為在某一特定領域的專門、封閉式垂直服務，資訊無法有效共用，面對物聯網大量資訊處理與不同服務協同運作之需求，建構一個開放式水平服務平台為未來發展趨勢
• 主要任務為收集來自各感知設備的數據資料，並進行業務邏輯分類與分析判斷，以服務導向架構(SOA) 在開放式水平服務平台上建構各個垂直服務。
中介/平台層
• 即智慧聯網的各種應用領域 • ETSI M2M 強調的應用服務包括：Smart Metering,
eHealth, Connected Consumer, Automotive, City Automation等。
服務層
• 使用者可以各式資訊終端在任何時間、任何地點取得各項服務。
消費層
物聯網應用_nabaztag
物聯網應用 mir:ror
Arduino物聯網應用_Pachube
……………………………………The End