Arduino Nedir? Özellikleri ve Çeşitleri Nelerdir?

Arduino

Arduino Nedir?

Arduino, açık kaynaklı bir mikrodenetleyici platformudur. En basit tanımıyla üzerine bağlanan sensörlerden (sıcaklık, ışık, mesafe vb.) aldığı verileri işleyen ve bu verilere göre motorları, ışıkları veya ekranları kontrol edebilen "küçük bir bilgisayar beyni" dir.

Açık kaynaklı olması, kartın tasarım planlarının herkese açık olduğu anlamına gelir. Bu sayede hem orijinal İtalyan üretimi kartları hem de farklı firmaların ürettiği daha uygun fiyatlı "klon" kartları piyasada bulmak mümkündür.

Çeşitli Arduino Modelleri

1. Arduino Uno -R3

İşlemci: ATmega328P (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V, 16 MHz

Giriş/Çıkış: 14 Dijital (6 PWM), 6 Analog Giriş

Bellek: 32 KB Flash, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Özellik ve Kullanım Alanı: En popüler ve standart Arduino modelidir. Genellikle eğitim, hobi projeleri ve prototipleme için temel kart olarak kullanılır. Üzerinde tak-çıkat kılıfta (veya SMD) ATmega328P bulunur.

2. Arduino Ethernet

İşlemci: ATmega328P (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V, 16 MHz

Bellek: 32 KB Flash, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Giriş/Çıkış: 14 Dijital Pin (6 PWM), 6 Analog Giriş (Pin 10-13 arası dahili Ethernet modülü tarafından kullanılır)

Özellik ve Kullanım Alanı: Standart Uno'ya benzer ancak üzerinde dahili bir Wiznet Ethernet çipi bulunur. Bu sayede harici bir kalkan (shield) takmaya gerek kalmadan doğrudan ethernet kablosuyla internete bağlanabilir, web sunucusu veya IoT projeleri yapılabilir.

3. Arduino Due

İşlemci: AT9SAM3X8E (32-bit ARM Cortex-M3)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 3.3V, 84 MHz

Bellek: 512 KB Flash, 96 KB SRAM, Dahili EEPROM yok (Harici emüle edilir)

Giriş/Çıkış: 54 Dijital, 12 Analog Giriş, 2 Analog Çıkış (DAC)

Özellik ve Kullanım Alanı: 32-bit mimariye sahip ilk Arduino kartıdır. Oldukça güçlüdür, yüksek işlem gücü gerektiren karmaşık projeler, 3 boyutlu yazıcı kontrolcüləri ve gelişmiş dijital sinyal işleme uygulamaları için tasarlanmıştır. (Not: Lojik seviyesi 3.3V'tur, 5V kartlarla doğrudan bağlanırken dikkat edilmelidir).

4. LilyPad Arduino R3 328

İşlemci: ATmega328P (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 3.3V veya 5V versiyonları, 8-16 MHz

Bellek: 32 KB Flash, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Giriş/Çıkış: 14 Dijital Pin (6 PWM), 6 Analog Giriş

Özellik ve Kullanım Alanı: Giyilebilir teknoloji (e-textiles) projeleri için özel olarak tasarlanmıştır. Yuvarlak, mor renkli ve kumaş üzerine iletken ipliklerle dikilebilmesi için büyük bağlantı padlerine (deliklerine) sahip esnek bir karttır.

5. Arduino Pro

İşlemci: ATmega328P (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V (16 MHz) veya 3.3V (8 MHz modelleri bulunur)

Bellek: 32 KB Flash (3.3V/8MHz modelinde 16 KB veya 32 KB), 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Giriş/Çıkış: 14 Dijital Pin (6 PWM), 6 Analog Giriş

Özellik ve Kullanım Alanı: Kalıcı projelere entegre edilmek üzere tasarlanmıştır. Üzerinde standart USB portu bulunmaz; bilgisayara program atmak için harici bir USB-Serial dönüştürücü (FTDI kartı) takılması gerekir. Boyutları Uno'ya göre daha küçüktür.

6. Arduino Pro Mini

İşlemci: ATmega328P (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V (16 MHz) veya 3.3V (8 MHz)

Bellek: 32 KB Flash (3.3V/8MHz modelinde 16 KB veya 32 KB), 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Giriş/Çıkış: 14 Dijital Pin (6 PWM), 8 Analog Giriş (A0-A7)

Özellik ve Kullanım Alanı: Arduino Pro'nun çok daha küçük ve minimalist bir versiyonudur. Pinleri diklemesine lehimlenebilir haldedir. Projeleri küçültmek (breadboard veya mini kutular içine sığdırmak) için yaygın olarak tercih edilir. Pro sürümü gibi programlanırken harici USB dönüştürücüye ihtiyaç duyar.

7. Arduino Mini

İşlemci: ATmega328P (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V, 16 MHz

Bellek: 32 KB Flash, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Giriş/Çıkış: 14 Dijital Pin (6 PWM), 8 Analog Giriş

Özellik ve Kullanım Alanı: Fiziksel olarak Pro Mini'ye çok benzer ancak genellikle resmi olarak daha eski revizyonlarda kalmıştır. Alan kısıtlaması olan gömülü sistem projeleri için geliştirilmiştir; üzerinde USB portu yoktur.

8. Arduino Pro Micro

İşlemci: ATmega32U4 (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V, 16 MHz

Bellek: 32 KB Flash, 2.5 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Giriş/Çıkış: 12 Dijital Pin (5 PWM), 9 Analog Giriş

Özellik ve Kullanım Alanı: Pro Mini boyutlarında olmasına rağmen üzerinde ATmega32U4 işlemci barındırır. Bu işlemcinin en büyük avantajı dahili USB desteğine sahip olmasıdır. Bu sayede ek bir dönüştürücüye gerek kalmadan doğrudan USB'den programlanabilir ve bilgisayara takıldığında klavye/fare (HID) olarak simüle edilebilir.

9. Arduino Leonardo

İşlemci: ATmega32U4 (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V, 16 MHz

Giriş/Çıkış: 20 Dijital (7 PWM), 12 Analog Giriş

Bellek: 32 KB Flash, 2.5 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Giriş/Çıkış: 20 Dijital Pin (7 PWM), 12 Analog Giriş

Özellik ve Kullanım Alanı: Uno boyutlarındadır ancak ana işlemci olarak ATmega32U4 kullanır. Pro Micro gibi doğrudan USB HID (klavye/fare emülasyonu) yapabildiği için makro klavyeler, özel oyun kumandaları veya otomasyon projelerinde sıklıkla tercih edilir.

10. Arduino Fio

İşlemci: ATmega328P (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 3.3V, 8 MHz

Bellek: 32 KB Flash, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Giriş/Çıkış: 14 Dijital Pin (6 PWM), 8 Analog Giriş

Özellik ve Kullanım Alanı: Kablosuz (wireless) projeler için tasarlanmıştır. Üzerinde XBee modülleri takmak için pin socketleri bulunur. Batarya ile çalışmaya uygundur ve genellikle uzaktan sensör veri aktarımı gereken projelerde kullanılır.

11. Arduino RedBoard / SparkFun RedBoard

İşlemci: ATmega328P (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V, 16 MHz

Bellek: 32 KB Flash Bellek, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM

Giriş/Çıkış: 14 Dijital Pin (6 PWM), 6 Analog Giriş

Özellik ve Kullanım Alanı: Klasik Arduino Uno'nun SparkFun tarafından üretilen kırmızı renkli ve son derece kararlı bir versiyonudur. Bilgisayarla seri haberleşme için kaliteli FTDI (veya eşdeğer) dönüştürücü çip kullanır. Standart sensör projeleri, eğitimler, robotik uygulamalar ve Uno uyumlu tüm kalkan (shield) tasarımları için güvenle tercih edilir.

12. Arduino Mega (Mega 2560)

İşlemci: ATmega2560 (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V, 16 MHz

Giriş/Çıkış: 54 Dijital Giriş/Çıkış (15 PWM), 16 Analog Giriş

Bellek: 256 KB Flash Bellek

Özellik ve Kullanım Alanı: Çok sayıda sensör, motor ve ekran barındıran büyük projeler için tasarlanmıştır. 4 adet donanımsal seri portu (UART) ve geniş pin kapasitesi sayesinde 3 boyutlu yazıcılar, robotik kol sistemleri ve kapsamlı otomasyon projelerinde standart olarak kullanılır.

13. Arduino Nano

İşlemci: ATmega328P (8-bit)

Çalışma Voltajı / Saat Hızı: 5V, 16 MHz

Giriş/Çıkış: 14 Dijital (6 PWM), 8 Analog Giriş (Uno'dan farklı olarak A6 ve A7 pinleri de bulunur)

Bellek: 32 KB Flash Bellek (1 KB EEPROM, 2 KB SRAM)

Özellik ve Kullanım Alanı: Arduino Uno'nun sunduğu tüm teknik gücü ve özellikleri, küçültülmüş ve breadboard (devre tahtası) üzerine doğrudan takılabilir portatif bir form faktöründe sunar. Üzerinde standart USB Type-B jakı yerine daha küçük olan Mini-B (veya modern versiyonlarında Type-C) USB portu bulunur.

En Popüler Arduino Modelleri

Her projenin ihtiyacı farklıdır. Arduino ailesinde her seviyeye ve projeye uygun çeşitli kartlar bulunur. Ancak dünya genelinde en bilinen ve en çok tercih edilen üç klasik "amiral gemisi" modeli şunlardır:

Arduino Uno: Platformun amiral gemisi ve en popüler kartıdır. Giriş seviyesi için mükemmeldir, kaynak kitlesi çok geniştir.

Arduino Nano: Uno ile neredeyse aynı güçtedir ancak küçük projeler ve breadboard’lar için boyutları küçültülmüştür.

Arduino Mega: Çok daha fazla giriş-çıkış pinine ve hafızaya sahiptir. Büyük robotlar ve 3D yazıcılar için tercih edilir.

Bu üç kartın piyasayı domine etmesinin ve en popüler olmasının arkasında şu temel nedenler yatar: İnternette bulabileceğiniz neredeyse tüm Arduino rehberleri, örnek kodlar, sensör kütüphaneleri ve projeler öncelikli olarak Uno ve Nano (ATmega328P işlemcisi) temel alınarak yazılmıştır. Karşılaştığınız bir sorunun çözümünü Google'da bulmak son derece kolaydır. Hobi elektronikçileri için hata yapmaya karşı oldukça toleranslıdırlar. Yanlış bir bağlantı yapıldığında kartın kalıcı olarak zarar görme olasılığı daha karmaşık 32-bit kartlara göre daha düşüktür. Özellikle Arduino Uno ve Mega, üzerlerine üst üste takılabilen (Shield adı verilen) ethernet, motor sürücü, ekran veya Wi-Fi kartlarıyla fiziksel olarak tam uyumludur. Bu sayede lehim yapmadan modüler projeler hızla kurulabilir. Klonları (orijinalinin ekonomik uyarlamaları) dahil olmak üzere dünya genelinde en ucuz ve en kolay tedarik edilebilen geliştirme kartlarıdır.

Arduino Uno ve Özellikleri

Arduino Uno, elektronik projeleri ve prototipler geliştirmek için yaygın olarak kullanılan, açık kaynaklı popüler bir mikrodenetleyici kartıdır. Arduino Uno, zengin kütüphane desteği, dayanıklı yapısı ve kullanım kolaylığı sayesinde hem eğitim amaçlı hem de endüstriyel olmayan tüm projeler için ideal bir geliştirme platformudur. Yeni başlayanlardan profesyonellere kadar herkesin favorisi olan bu kartın üzerinde Mikrodenetleyici olarak ATmega328P bulunur. Bu entegre, yazdığınız kodları depolayan ve mantıksal işlemleri yürüten kartın "beynidir".

Kartın mantık (logic) seviyesi 5 Volt'tur. Tavsiye edilen giriş voltajı 7 - 12 Volt arasıdır. Maksimum 20 Volta kadar gerilim verilebilir.

Toplamda 14 adet dijital giriş/çıkış pinine sahiptir (0'dan 13'e kadar). Bu pinlerin her biri pinMode(), digitalWrite() ve digitalRead() fonksiyonlarıyla kontrol edilebilir. 14 dijital pin içinden 3, 5, 6, 9, 10 ve 11 numaralı pinler PWM çıkışı destekler. Bu pinler motor hız kontrolü veya LED parlaklık ayarı (dimleme) için kullanılır. Çeşitli sensörlerden (sıcaklık, ışık, gaz vb.) gelen analog sinyalleri okumak için 6 adet analog giriş pini (A0 - A5) bulunur. Bu pinler 10-bit çözünürlüğe sahiptir.

32 KB boyutunda Flash belleği vardır. Bunun 0.5 KB kısmı bootloader için kullanılır. Yazdığınız C/C++ program kodları buraya kaydedilir. 2 KB boyutunda SRAM vardır. Program çalışırken geçici verilerin ve değişkenlerin saklandığı alan burasıdır. 1 KB EEPROM’a sahiptir. Elektrik kesilse bile silinmemesini istediğiniz kalıcı verileri (örneğin kullanıcı ayarları veya sayaç verileri) saklamak için kullanılır.

Kart üzerindeki kristal osilatör sayesinde 16 MHz hızında çalışır. Buna Saat Frekansı (Clock Speed) adı verilir. Bilgisayarla veya diğer seri cihazlarla haberleşmek için Seri Haberleşme (UART) pinleri Pin 0 (RX) ve Pin 1 (TX) pinleridir. Sensörler ve ekranlar gibi harici modülleri bağlamak için I2C (SDA, SCL / A4, A5) ve SPI (10, 11, 12, 13 numaralı pinler) protokollerini destekler.

Herhangi bir dijital pinden çekilebilecek veya verilebilecek maksimum akım 40 mA'dir. Fakat tavsiye edilen güvenli sınır 20 mA'dir. Harici devreleriniz için kart üzerinden 50 mA'e kadar 3.3V güç çekebilirsiniz.

Bilgisayara bağlanmak ve kod yüklemek için tipik bir USB Type-B portuna sahiptir. Bağımsız projeler için 7-12V arası adaptör veya pil bağlanabilen DC güç girişi vardır.

Arduino Uno Kartı Üzerindeki Bileşenler

1. Reset Butonu (Sıfırlama Düğmesi): Kart üzerinde çalışan programı (yazılımı) baştan başlatmak (resetlemek) için kullanılır. Bu düğmeye basıldığında mikrodenetleyici anlık olarak durur ve kodu en baştan tekrar çalıştırır.

2. USB Jack (Tip B Konnektör): Arduino kartını bilgisayara bağlamak, karta yeni bir program (kod) yüklemek ve bilgisayarla seri haberleşme (UART) kurmak için kullanılan USB giriş portudur.

3. USB-Serial Dönüştürücü Entegre (CH340): Bilgisayardan USB üzerinden gelen veri sinyallerini, ana mikrodenetleyicinin anlayabileceği seri haberleşme sinyallerine (TX/RX) dönüştüren entegredir.

4. Güç Koruma / MOSFET / Çevresel Elemanlar: Kartın besleme hattını aşırı akımlara ve ters bağlantılara karşı koruyan güç yönetimi devre elemanlarıdır (SMD dirençler, kondansatörler ve anahtarlama elemanları).

5. 5V Voltaj Regülatörü: Harici güç jakından veya VIN pininden gelen yüksek voltajı (örneğin 9V veya 12V), kartın mantık devrelerinin çalışması için gereken sabit 5 Volt seviyesine düşüren regülatör entegresidir.

6. Harici Güç Jakı (DC Power Jack): Kartı bilgisayara bağlamadan, harici bir adaptör veya pil (genellikle 7-12V arası) aracılığıyla bağımsız olarak beslemek için kullanılan güç girişidir.

7. 3.3V Voltaj Regülatörü (U5 Entegresi): Kart üzerindeki 5V veya harici beslemeden gelen voltajı, dijital pinlerin ve bazı düşük voltajlı sensörlerin/modüllerin ihtiyaç duyduğu sabit 3.3 Volt seviyesine düşürerek kararlı bir şekilde besleme sağlar.

8. Test / Bağlantı Noktası (Header): Üretim aşamasında veya özel test süreçlerinde kart içi sinyallere erişmek, fabrika testleri yapmak ya da belirli hatları harici olarak köprülemek/bağlamak amacıyla bırakılmış test noktasıdır (genellikle son kullanıcı projelerinde doğrudan kullanılmaz).

9. 5V Voltaj Regülatörü: USB veya harici güç jakından (VIN) gelen daha yüksek giriş voltajlarını, kartın ana bileşenlerinin ve mantık devrelerinin güvenle çalışabilmesi için sabit 5 Volt seviyesine sabitleyen temel güç regülatörüdür.

10. Kristal Osilatör (16 MHz - USB / Çip için): USB-Serial dönüştürücü entegresinin kararlı bir frekansta (genellikle 16 MHz) çalışması için zaman sinyali üreten metal kristal osilatördür.

11. Ana Mikrodenetleyici (ATmega328P): 32 bacaklı (TQFP kılıf) ana entegredir. Kartın "beyni"dir. Arduino IDE üzerinden bilgisayarda yazıp karta yüklediğiniz C/C++ program kodlarını depolar, çalıştırır ve tüm dijital/analog giriş-çıkış işlemlerini, mantıksal hesaplamaları yönetir.

12. 16 MHz Kristal Osilatör: Ana işlemcinin (ATmega328P) komutları doğru zamanlamayla ve kararlı bir frekansta çalıştırabilmesi için saniyede 16 milyon darbe (16 MHz saat sinyali) üreten zamanlama kalbidir.

13. ICSP Pone / Konnektörü (Mikrodenetleyici için): Ana mikrodenetleyiciye (ATmega328P) doğrudan bootloader (başlangıç yükleyicisi) veya program yazmak için kullanılan 6 pinli ICSP programlama arayüzüdür.

14. Ek Paralel Bağlantı / Çoğaltıcı Pin Blokları: Projelerde bağlantı kolaylığı sağlamak amacıyla güç (5V, 3.3V, GND) ve haberleşme (SCL, SDA) pinlerinin alternatif çıkışlar şeklinde çoğaltıldığı ek pin sıra bloklarıdır.

15. ON (Güç) LED'i: Arduino kartına enerji geldiğinde sürekli olarak yanan (genellikle yeşil) güç gösterge LED'idir.

16. RX (Alım) Durum LED'i / Göstergesi: Bilgisayardan Arduino kartına USB üzerinden seri veri (kod yükleme veya Serial Monitor üzerinden komut) alındığı anlarda anlık olarak yanıp sönerek veri akışını görsel olarak gösterir.

17. TX (Gönderim) Durum LED'i / Göstergesi: Arduino kartından bilgisayara veya harici bir cihaza seri port üzerinden veri gönderildiği durumlarda anlık olarak yanıp sönerek veri çıkışını görsel olarak gösterir.

18. SCL ve SDA / AREF Pinleri: I2C haberleşme protokolü için kullanılan saat (SCL) ve veri (SDA) pinleri ile analog referans voltajını (AREF) belirleyen pinlerin bulunduğu üst header bölgesidir.

19. Dijital Pinler (0 - 13) ve PWM Alanı: Dijital giriş/çıkış işlemlerinin yapıldığı, üzerinde PWM (darbe genişlik modülasyonu) destekli pinlerin de yer aldığı dijital pin bloklarıdır.

20. Güç (POWER) Pinleri: Kartın 5V, 3.3V çıkışlarının, toprak (GND) hatlarının, reset pininin ve harici besleme girişinin (VIN) yer aldığı alt pin grubudur.

21. Analog Giriş (ANALOG IN - A0 - A5) Pinleri: Sensörlerden gelen analog voltaj sinyallerini okumak için kullanılan A0 ile A5 arasındaki analog giriş pinleridir.