Arduino Tinkercad — лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Можно ли заниматься ардуино проектами без самого ардуино? Оказывается, вполне. Благодаря новому сервису Tinkercad Circuits Arduino можно не только рисовать электронные схемы и запускать эмулятор электрической цепи, но и подключать к проекту виртуальную плату ардуино, в которую можно загрузить настоящие скетчи. Тинкеркад – бесплатный, удивительно простой и одновременно мощный сервис, с которого можно начинать обучение электронике и робототехнике. Не нужно ничего качать, все доступно онлайн. К сожалению, о Тинкеркад для ардуино пока мало написано на русском языке. В этой статье мы постараемся восполнить этот пробел.

Tinkercad для ардуино

Симулятор или эмулятор

Давайте сразу договоримся, что в статье мы будем использовать оба этих термина, хотя их значение вовсе не идентично. Симулятором называют устройство или сервис, имитирующие определенные функции другой системы, но не претендующим на создание точной копии. Это некоторая виртуальная среда, в которой мы просто моделируем другую систему. Эмулятор — это полноценный аналог, способный заменить оригинал. Tinkercad симулирует работу электронных схем и контроллера, но при этом он является эмулятором ардуино, реализуя практически все базовые функции Arduino IDE — от среды редактирования и компилятора до монитора порта и подключения библиотек.

Что такое Tinkercad?

Thinkercad circuits arduinoTinkercad – это онлайн сервис, который сейчас принадлежит мастодонту мира CAD-систем — компании Autodesk. Тинкеркад уже давно известен многим как простая и бесплатная среда для обучения 3D-моделированию. С ее помощью можно достаточно легко создавать свои модели и отправлять их на 3D-печать. Единственным ограничением для русскоязычного сегмента интернета долгое время являлось отсутствие русскоязычного интерфейса, сейчас эта ситуация исправляется.

Совсем недавно Тинкеркад получил возможность создания электронных схем и подключения их к симулятору виртуальной платы ардуино. Эти крайне важные и мощные инструменты способны существенно облегчить начинающим разработчикам Arduino процессы обучения, проектирования и программирования новых схем.

История создания

Tinkercad  был создан в 2011 году, его авторы — Кай Бекман (Kai Backman) и Микко Мононен (Mikko Mononen). Продукт изначально позиционировался как первая Web-платформа для 3D-проектирования, в которой пользователи могли делиться друг с другом результатами. В 2013 году сервис был куплен компанией Autodesk и дополнила семейство продуктов 123D. За все это время в рамках сервиса пользователями было создано и опубликовано более 4 млн. проектов (3D-моделей).

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русскомВ июне 2017 г. Autodesk решил перенести часть функционала другого своего сервиса Electroinics Lab Circuits.io, после чего Tinkercad получил крайне важные и мощные инструменты, способные существенно облегчить начинающим разработчикам Arduino процессы обучения, проектирования и программирования новых схем. Если вы уже пользовались Circuits.io, то имейте в виду, что все старые проекты  Circuits.io могут быть экспортированы в Tinkercad без каких-либо проблем (о сервисе Circuits.io от Autodesk Electroinics Lab мы постараемся подробно рассказать в одной из следующих статей).

Возможности симулятора Tinkercad для разработчика Arduino

Список основного функционала и полезных фич Tinkercad Circuits:

  • Онлайн платформа, для работы не нужно ничего кроме браузера и устойчивого интернета.
  • Удобный графический редактор для визуального построения электронных схем.
  • Предустановленный набор моделей большинства популярных электронных компонентов, отсортированный по типам компонентов.
  • Симулятор электронных схем, с помощью которого можно подключить созданное виртуальное устройство к виртуальному источнику питания и проследить, как оно будет работать.
  • Симуляторы датчиков и инструментов внешнего воздействия. Вы можете менять показания датчиков, следя за тем, как на них реагирует система.
  • Встроенный редактор Arduino с монитором порта и возможностью пошаговой отладки.
  • Готовые для развертывания проекты Arduino со схемами и кодом.
  • Визуальный редактор кода Arduio.
  • Возможность интеграции с остальной функциональностью Tinkercad и быстрого создания для вашего устройства корпуса и других конструктивных элементов – отрисованная модель может быть сразу же сброшена на 3D-принтер.
  • Встроенные учебники и огромное сообщество с коллекцией готовых проектов.

Звучит фантастично, не правда ли? Не нужно скачивать Arduino IDE, не нужно искать и скачивать популярные библиотеки и скетчи, не нужно собирать схему и подключать плату  – все, что нам нужно, находится сразу на одной странице.  И, самое главное —  это все действительно работает! Давайте уже перейдем от слов к делу и приступим к практическому знакомству.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Первые шаги в Tinkercad

Регистрация онлайн

Для начала работы необходимо получить эккаунт Autocad. Регистрация в Tinkercad абсолютно бесплатная. Зайдите на сайт и выполните простые шаги.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Thinkercad регистрация

Подтвердив эккаунт по почте, войдите в систему, указав введенные параметры. В верхнем правом углу вы увидите ссылку в личный кабинет. В режиме редактирования профиля вы сможете поменять свой псевдоним, email, описание, установить фотографию, подключить внешние сервисы (здесь мы не будем останавливаться на этой функциональности).

Tinkercad Dashboard — Начальная страница

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русскомПреодолев этап регистрации, мы попадем на главную страницу, на которой слева видим список сервисов и под ним – список проектов. Навигация очень проста, хотя некоторые ссылки выглядят не очень заметными, но разобраться, что к чему, можно легко. Выбрав элемент слева мы видим справа список соответствующих объектов. Для раздела  Circuits, этими объектами будут схемы и скетчи.

Создаем и редактируем проект

Для создания проекта просто нажимаем кнопку «Создать проект», расположенную под списком проектов. Будет создан проект с названием типа Project N. Нажав на него, мы перейдем в режим просмотра списка схем, включенных в этот проект. Там же мы сможем изменить свойства проекта (включая название), нажав на соответствующий значок сразу под названием.

Добавляем новую схему Circuits

Создать новую схему в Tinkercad можно двумя способами:

  • В меню слева выбрать Circuits и справа над списком схем выбрать команду Create new Circuit (на момент написания статьи все основные интерфейсные элементы не переведены). Новая схема будет создана вне какого-либо проекта.
  • Создать схему в определенном проекте. Для этого надо сначала перейти в окно проекта, а затем нажать на кнопку «Create» сверху над списком. Появится перечень типов схем, мы выбираем Circuit. Созданная схема будет доступна в этом списке и в списке всех проектов в меню Circuits.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

После выполнения команды вы сразу же перейдете в режим редактирования схемы, не вводя названия. Имя для схемы формируется автоматически.

  • Чтобы изменить название схемы и отредактировать ее свойства нужно перейти в режим просмотра списка схем, навести на область с названием схемы и нажать на иконку «Настройки». Откроется окно, в котором вы сможете отредактировать параметры.
  • Для удаления схемы надо в том же режиме выбрать в настройках команду «Удалить».
  • Для просмотра краткой информации о схеме нужно просто щелкнуть на ней
  • Для перехода в режим редактирования нужно навести курсор мышки и выбрать появившуюся команду «Изменить».

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Все изменения в процессе редактирования схемы сохраняются автоматически.

Описание интерфейса Тинкеркад в режиме редактирования

Нажав на команду «Изменить» мы попадаем в режим редактирования схемы. С помощью удобного и простого графического интерфейса можно нарисовать желаемую электрическую схему. Мы можем выделять, переносить объекты, удалять их привычным всем способом с помощью мыши.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

В режиме редактирования рабочее окно сервиса поделено на две половины: снизу расположена панель с закладками – это библиотека компонентов. Над ней находится область визуального редактирования схемы с панелью инструментов и пространством, на котором будет размещена схема.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

На полосе инструментов в верхней части слева находятся основные команды:

  • Повернуть элемент
  • Удалить
  • Масштабировать по размерам экрана
  • Отмена
  • Повтор

Кнопки в правой части панели:

  • Отобразить панель программирования, и отладки
  • Отобразить панель библиотеки компонентов
  • Запустить симулятор схемы
  • Экспорт в Eagle .brd
  • Поделиться

В целом  интерфейс достаточно прост, не перегружен лишними элементами и интуитивно понятен. Практически любые операции можно выполнить «на ощупь».

Создание схемы в Tinkercad шаг за шагом

В большинстве случае для работы с проектами Arduino выполняется следующий алгоритм действий:

  1. Создаем новую схему или открываем существующую для редактирования.
  2. Используя визуальный редактор, создаем схему (в нашем случае, с включением платы Arduino Uno).
  3. Готовим скетч в редакторе кода и загружаем его в виртуальный контроллер.
  4. Запускаем режим симуляции, при которой плата виртуально подключается к источнику питания и схема начинает работать. Вносим начальные данные для датчиков и наблюдаем реакцию схемы, как визуально, так и на виртуальном мониторе порта внутри самого сервиса.

Давайте рассмотрим каждый из шагов подробнее.

Первый шаг. Создаем схему Circuit

Будем считать, что проект мы уже создали описанным выше способом. Переходим в него и нажимаем на кнопку Create, выбирая тип — Circuit. После этого шага открывается визуальная среда редактирования, в которой мы сможем как нарисовать схему, так и написать и отладить скетч ардуино.

Подготовка электронной схемы

Создавая схему, мы выполняем такой порядок действий:

  • Выбираем нужные компоненты из библиотеки компонентов внизу экрана и размещаем их в поле редактора.
  • Соединяем компоненты с помощью виртуальных проводников, рисуя их мышкой.
  • Редактируем параметры компонентов (например, величину сопротивления у резисторов или цвет проводов).

Операция выбора из библиотеки достаточно проста. Список элементов находится внизу. Выбрав элемент, мы кликаем на нем, затем перемещаем в нужное место на схеме и кликаем повторно. Окно со списком компонентов можно скрыть или показать, нажимая на переключатель «Components» в панели инструментов.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русскомArduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русскомArduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русскомArduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Для работы нам доступно множество уже готовых элементов, от резистора и батарейки до модулей Arduino. Для удобства навигации все элементы разбиты на три вкладки:

  • Basic Components. Основные компоненты
  • Allcomponents. Все доступные компоненты
  • Starters. Готовые предустановленные схемы

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Самой интересной для нас сейчас является третья закладка – Starters. Создатели сервиса подготовили несколько готовых схем, которые мы можем сразу же подгрузить в проект и редактировать на свое усмотрение.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Найдите в списке любую схему с Arduino и кликните на нее. После повторного клика элементы схемы будут размещены в области редактирования. Давайте для примеры выберем схему трехнопочного музыкального инструмента. Разместив ее, мы увидим на экране следующее:

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Если схема не влезает в экран – выполните масштабирование (нажмите на кнопку масштаба на панели инструментов).

Кликнув на разъем ардуино или ножки электронных компонентов, можно «припаять» к ней провод, который щелчками мышки мы протягиваем по всей нашей плате до желаемой точки.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Углы провода красиво скругляются, есть возможность выравнивать провод по вертикали или горизонтали (появлении синих линий подскажет нам вертикаль и горизонт соответственно). Для отмены установки провода нужно нажать на Esc или мышкой нажать на соответствующую иконку на панели инструментов.

Нажав на компонент, мы можем отредактировать его свойства.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Третий шаг. Программируем скетч виртуального Arduino

Все инструменты для редактирования кода становятся доступны после перехода в соответствующий режим при нажатии на кнопку «Code Editor» в верхней панели.

В режиме редактирования кода нам доступны следующие варианты действий:

  • Загрузить скетч в «виртуальный контроллер» и запустить симулятор.
  • Переключение в  визуальный редактор кода типа Scratch.
  • Переключение в текстовый редактор кода.
  • Подключение библиотек.
  • Скачать код на свой компьютер в виде файла с расширением .ino (скетч ардуино).
  • Запустить отладчик с возможностью создания точек остановок и мониторингом состояний переменных.
  • Отобразить или скрыть окно монитора.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русскомArduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

По сути, перед нами полноценная среда разработки, обладающая пусть и достаточно скромным, но вполне достаточным для большинства случаев набором инструментов. А наличие в одной среде визуального режима и механизмов отладки делает данный сервис по-настоящему уникальным и крайне удобным для новичков.

Четвертый шаг. Запускаем симулятор ардуино

Есть два способа запуска симулятора. Первый – нажать на кнопку «Start Simulation» в верхней панели. Второй – использовать кнопку Upload&Run в режиме редактирования кода.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

В обоих случаях для остановки работы симулятора нужно просто еще раз нажать на верхнюю кнопку (в режиме симуляции надпись изменится на «Stop Simulation»).

Что происходит во время симуляции? А практически то же, что и при подключении питания к реальной схеме. Лампочки горят, из пьезоизлучателя издаются звуки, двигатели крутятся. Мы можем отслеживать текущие показатели (напряжение, ток) с помощью инструментов мониторинга. А можем сами создавать внешние сигналы, подавая на датчики необходимые значения и отслеживать потом реакцию программы.  Например, можно задать мышкой расположение объекта до датчика расстояния, значение освещенности для фоторезистора, повернуть ручку потенциометра. Также прекрасно работают такие элементы как LCD дисплей – мы увидим выводимую информацию прямо на экране визуального компонента.

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русскомArduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русскомArduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Arduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русскомArduino Tinkercad - лучший онлайн симулятор ардуино на русском

Нет смысла описывать подробно каждую из возможностей. Уверен, что любой начинающий ардуинщик надолго «залипнет» за этими инструментами и попробует все возможности самостоятельно. Очевидно, что виртуальная среда никогда не заменит реальных проектов и настоящий инженер просто обязан реализовывать свои идеи «на железе». Но вот возможность визуализировать идеи, накидать возможные варианты схемы и отладить работу скетча даже без наличия железок, в любом месте, где есть интернет – это стоит многого.

Подводя итоги

В завершении этой статьи – краткого знакомства с новым интересным сервисом Tinkercad Arduino Circuits, хотелось бы еще раз подчеркнуть его ключевые возможности: визуальный редактор схем, визуальный и текстовые редакторы кода, режим отладки, режим симуляции схем, возможность экспорта полученных скетчей и электрических схем в реальные проекты. Возможно, по отдельности каждая из этих возможностей лучше реализована в других мощных инструментах, но собранные вместе, да еще и в виде удобного, простого для освоения web-сервиса, они делают Tinkercad крайне полезным для любого, особенно начинающего, ардуинщика.

Судя по всему, сервис продолжает активно развиваться (небольшие апдейты и улучшения производятся непрерывно), так что, надеюсь, мы еще вернемся к этой теме в наших статьях.

ПОДЕЛИТЬСЯ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here