100-02課程簡報-Arduino and IOT

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 – – – – –

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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

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

DIY Arduino

Freeduino系列

Ardupilot

Relayduino

Boarduino

Openlog

brasuino

Seeeduino

Fio

擴充Shield

MP3播放板

SD卡模組

WIFI模組

GPRS模組

AV端子顯示模組

COLOR LCD模組

CAN BUS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: 1.

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編寫Arduino Code PC端 Arduino IDE USB(RX、TX) Arduino IO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

2012/8/28

Arduino開發環境

編譯

停止

開啟檔案

開新檔案

儲存檔案

載入 終端機顯示 2012/8/28

Arduino開發環境

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Arduino開發環境

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Coding in Arduino

void setup () { //... setup pins } void loop () { //... main loop }

Arduino開發環境

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Arduino開發環境

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Arduino使用語法

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Arduino使用語法

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Arduino使用語法

2012/8/28

Arduino使用語法

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實作_ Arduino實作練習

2012/8/28

實作_ Arduino實作練習

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Arduino實作練習 • 練習一： 載入Basics範例的Blink

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Blink •LED腳位: 長腳+

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

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BlinkwithoutDelay •LED腳位: 長腳+

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

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Digital Read Serial (UART to USB)

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

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Analog INPUT

1

電阻成指數遞增，代號A 電阻成線性遞增，代號B

電阻 電壓 2012/8/28

2

3

10bit解析度

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

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PWM 脈波寬度調整Pulse Width Modulation 方波寬度 HIGH

5V

方波高度 LOW

0V 週期

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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

Analog output in PWM

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

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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」。

網路層 •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。

中介/平台層 • 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。

服務層 • 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。

消費層 • 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。

物聯網應用_nabaztag

物聯網應用 mir:ror

物聯網應用 Sports tracker

Arduino物聯網應用_Pachube

……………………………………The End