Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства

После загрузки кода и запуска программы система должна функционировать, как на демонстрационных видеоклипах, перечисленных в начале главы.

Резюме

В этой главе вы узнали следующее:

• Как работают двигатели постоянного тока.

• Что двигатели являются индуктивными нагрузками, которые следует снабдить надлежащей защитой и схемой питания, чтобы безопасно взаимодействовать с платой Arduino.

• Как управлять скоростью и направлением вращения двигателя с помощью ШИМ и H-моста.

• Что серводвигатели точно позиционируются и управляются с помощью Arduino библиотеки Servo.

• Как создать вторичный источник питания 5 В от батареи 9 В с помощью стабилизатора напряжения.

• Что ИК-датчики получают инфракрасный сигнал, отраженный от объекта, и возвращают аналоговые значения, соответствующие расстоянию до данного объекта.

• Что комментарии важны для отладки и совместного использования программ.

Глава 5. Работаем со звуком

Работаем

Список деталей

Для повторения примеров главы вам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno;

• USB-кабель;

• 4 кнопки;

• 5 резисторов номиналом 10 кОм;

• 1 резистор номиналом 150 Ом;

• перемычки;

• провода;

• макетная плата;

• потенциометр 10 кОм;

• динамик 8 Ом.

Электронные ресурсы к главе

На странице http://www.exploringarduino.com/content/ch5 можно загрузить программный код, видеоуроки и другие материалы для данной главы. Кроме того, листинги примеров можно скачать со страницы www.wiley.com/go/exploringarduino в разделе Downloads.

Что вы узнаете в этой главе

Как известно, у человека пять органов чувств. Мы не будем задействовать вкус при общении с электронными компонентами, ведь никому не придет в голову облизывать Arduino! Запах нам тоже не пригодится, если вы почувствуете запах от платы, то скорее всего схема сгорела. Остаются осязание, зрение и слух. При работе с потенциометром и кнопками требуется осязание, а при включении светодиодов зрение. Без употребления остался только слух. Эта глава посвящена созданию звука с помощью Arduino, так что теперь ваши устройства обретут собственный "голос".

- 109 -

Генерировать звук с помощью Arduino можно несколькими способами. Самый простой способ - использование функции tone(), которую мы рассмотрим в данной главе. Существуют также различные дополнительные платы, подключаемые к основной плате Arduino с помощью штыревых разъемов и расширяющие музыкальные возможности Arduino. Некоторые из плат расширения мы рассмотрим в последующих главах. Если у вас плата Arduino Due, то для генерации звуков подойдет встроенный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

5.1. Свойства звука

Перед тем как приступить к генерации звука с помощью Arduino, вы должны понимать, что такое звук и как люди воспринимают его. В этом разделе мы расскажем о свойствах звуковых волн, воспроизведении музыки, речи и других звуков.

Звук распространяется по воздуху в виде волны. Работа звуковых колонок, удар в барабан или колокол создают вибрацию воздуха. Частицы воздуха за счет колебаний передают энергию все дальше и дальше. Волна давления передается от источника к вашей барабанной перепонке через реакцию вибрирующих частиц.

Теперь посмотрим, как эти знания помогут нам сгенерировать звуки с помощью платы Arduino?

Вы можете управлять двумя свойствами этих колеблющихся частиц: частотой и амплитудой. Под частотой понимают скорость вибрации частиц воздуха, а амплитуда представляет собой размах их колебаний. В физическом смысле звуки с большой амплитудой громче, чем с малой. Тон высокочастотных звуков выше (например, сопрано), а низкочастотных- ниже (например, бас). Рассмотрим график на рис. 5.1, на котором изображены синусоидальные звуковые волны с различными амплитудами и частотами.

На рис. 5.1 изображены графики, соответствующие трем фортепианным нотам: низкой, средней и высокой. В качестве примера рассмотрим ноту До первой октавы с частотой 261,63 Гц. Громкоговоритель, гитарная струна или фортепиано, при воспроизведении этой ноты генерирует звуковую волну, совершающую 261,63 колебаний в секунду. Можно рассчитать период колебания волны ( 1 /261,63 = 3,822 мс), что соответствует полному колебанию на графике. Плата Arduino позволяет задать период для меандра, устанавливая таким образом тембр каждой ноты. Важно отметить, что Arduino не может на самом деле создать синусоидальную волну, которая распространена в реальном мире. Меандр является цифровым периодическим сигналом - это мгновенное переключение между двумя уровнями: высоким и низким (см. рис. 3.1). В результате по-прежнему возникает волна давления, обусловливающая звук, но звучание не вполне соответствует синусоидальной волне.

Что касается амплитуды, ею можно управлять, изменяя ток через динамик. Подключение потенциометра последовательно с динамиком позволяет регулировать уровень громкости звука.

- 110 -

Рис. 5.1. Звуковые волны с различной частотой и амплитудой

5.2. Как динамик воспроизводит звук