Arduino HID: Как создать USB-устройство человеко-машинного интерфейса на базе Arduino

alexxlabРазное
Как превратить Arduino в USB HID устройство. Какие платы Arduino подходят для создания USB HID. Как настроить Arduino для работы в качестве клавиатуры или мыши. Какие библиотеки использовать для Arduino HID.

Содержание

Что такое USB HID и зачем его создавать на Arduino

USB HID (Human Interface Device) — это класс USB-устройств, предназначенных для взаимодействия с человеком. К таким устройствам относятся клавиатуры, мыши, джойстики и другие манипуляторы. Создание USB HID на базе Arduino открывает широкие возможности для разработки пользовательских интерфейсов и контроллеров.

Основные преимущества создания USB HID на Arduino:

  • Простота разработки и прототипирования
  • Низкая стоимость компонентов
  • Гибкость и возможность кастомизации
  • Совместимость с большинством компьютеров и операционных систем

Выбор подходящей платы Arduino для USB HID проекта

Не все платы Arduino подходят для создания USB HID устройств. Для реализации этой функциональности необходим микроконтроллер с поддержкой USB.


Наиболее подходящие платы Arduino для USB HID проектов:

  • Arduino Leonardo
  • Arduino Micro
  • Arduino Pro Micro
  • Arduino Due
  • Arduino Zero

Эти платы используют микроконтроллеры с встроенной поддержкой USB, что позволяет им эмулировать HID устройства без дополнительных компонентов.

Почему Arduino Uno не подходит для USB HID?

Arduino Uno и аналогичные платы на базе ATmega328P не имеют встроенной поддержки USB. Они используют отдельный чип-конвертер USB-to-Serial для программирования и связи. Поэтому эти платы не могут напрямую эмулировать USB HID устройства.

Настройка Arduino IDE для разработки USB HID

Для создания USB HID устройств на Arduino потребуется правильно настроить среду разработки:

  1. Установите последнюю версию Arduino IDE
  2. Выберите нужную плату в меню Tools > Board
  3. Установите необходимые библиотеки через Library Manager

Какие библиотеки нужны для Arduino HID?

Основные библиотеки для работы с USB HID на Arduino:

  • Keyboard — для эмуляции клавиатуры
  • Mouse — для эмуляции мыши
  • Joystick — для эмуляции игрового контроллера
  • HID-Project — расширенная библиотека с дополнительными возможностями

Создание простой USB-клавиатуры на Arduino

Рассмотрим пример создания простой USB-клавиатуры на базе Arduino Leonardo:



#include <Keyboard.h>

const int buttonPin = 4;  // Пин для кнопки
int previousButtonState = HIGH;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  Keyboard.begin();
}

void loop() {
  int buttonState = digitalRead(buttonPin);
  
  if (buttonState != previousButtonState && buttonState == LOW) {
    Keyboard.print("Hello, World!");
  }
  
  previousButtonState = buttonState;
}

Этот код создает виртуальную клавиатуру, которая печатает «Hello, World!» при нажатии кнопки, подключенной к пину 4.

Как добавить дополнительные клавиши?

Для добавления других клавиш можно использовать различные методы библиотеки Keyboard:

  • Keyboard.press() — нажатие клавиши
  • Keyboard.release() — отпускание клавиши
  • Keyboard.write() — нажатие и отпускание клавиши

Эмуляция USB-мыши на Arduino

Создание виртуальной мыши на Arduino также достаточно просто. Вот пример кода для Arduino Leonardo, эмулирующего движения мыши:


#include <Mouse.h>

const int xAxis = A0;
const int yAxis = A1;

int range = 12;  // Диапазон выходного значения
int responseDelay = 5;  // Задержка отклика
int threshold = range / 4;
int center = range / 2;

void setup() {
  Mouse.begin();
}

void loop() {
  int xReading = readAxis(xAxis);
  int yReading = readAxis(yAxis);

  Mouse.move(xReading, yReading, 0);
  delay(responseDelay);
}

int readAxis(int thisAxis) {
  int reading = analogRead(thisAxis);
  reading = map(reading, 0, 1023, 0, range);
  int distance = reading - center;
  if (abs(distance) < threshold) {
    distance = 0;
  }
  return distance;
}

Этот код считывает значения с аналоговых пинов A0 и A1 (например, от джойстика) и преобразует их в движения курсора мыши.


Создание многофункционального USB HID устройства

Arduino позволяет создавать устройства, сочетающие функции нескольких HID интерфейсов. Например, можно сделать устройство, работающее одновременно как клавиатура и мышь.


#include <Mouse.h>
#include <Keyboard.h>

const int buttonPin = 4;
const int xAxis = A0;
const int yAxis = A1;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  Mouse.begin();
  Keyboard.begin();
}

void loop() {
  // Код для управления мышью
  int xReading = analogRead(xAxis);
  int yReading = analogRead(yAxis);
  Mouse.move(map(xReading, 0, 1023, -5, 5), map(yReading, 0, 1023, -5, 5), 0);

  // Код для управления клавиатурой
  if (digitalRead(buttonPin) == LOW) {
    Keyboard.write('A');
    delay(200);
  }
}

Безопасность и этические аспекты использования USB HID устройств

При разработке USB HID устройств на базе Arduino важно учитывать вопросы безопасности и этики:

  • Не используйте устройства для несанкционированного доступа к чужим компьютерам
  • Предупреждайте пользователей о функциональности вашего устройства
  • Не создавайте устройства, имитирующие стандартное оборудование с целью обмана
  • Учитывайте возможность случайного ввода данных и предусматривайте защиту от этого

Какие риски несет использование самодельных USB HID устройств?

Основные риски связаны с возможностью непреднамеренного ввода данных или выполнения команд на компьютере. Это может привести к потере данных, нарушению работы системы или даже к компрометации безопасности. Поэтому при разработке необходимо предусмотреть защитные механизмы, например, кнопку активации устройства.


Применение Arduino USB HID в реальных проектах

USB HID устройства на базе Arduino находят применение во многих областях:

  • Создание специализированных игровых контроллеров
  • Разработка устройств ввода для людей с ограниченными возможностями
  • Автоматизация рутинных задач на компьютере
  • Создание музыкальных MIDI-контроллеров
  • Разработка промышленных пультов управления

Пример: MIDI-контроллер на Arduino

MIDI-контроллер можно реализовать, используя библиотеку MIDIUSB:


#include <MIDIUSB.h>

const int buttonPin = 2;
int lastButtonState = HIGH;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {
  int buttonState = digitalRead(buttonPin);
  
  if (buttonState != lastButtonState) {
    if (buttonState == LOW) {
      noteOn(0, 48, 64);  // Канал 1, нота C3, скорость 64
    } else {
      noteOff(0, 48, 64);
    }
    lastButtonState = buttonState;
  }
}

void noteOn(byte channel, byte pitch, byte velocity) {
  midiEventPacket_t noteOn = {0x09, 0x90 | channel, pitch, velocity};
  MidiUSB.sendMIDI(noteOn);
  MidiUSB.flush();
}

void noteOff(byte channel, byte pitch, byte velocity) {
  midiEventPacket_t noteOff = {0x08, 0x80 | channel, pitch, velocity};
  MidiUSB.sendMIDI(noteOff);
  MidiUSB.flush();
}

Этот код создает простой MIDI-контроллер, который отправляет MIDI-сообщения при нажатии кнопки.


Отладка и тестирование USB HID устройств на Arduino

Отладка USB HID устройств может быть сложной задачей, так как устройство напрямую взаимодействует с компьютером. Вот несколько советов по отладке:

  1. Используйте светодиоды для индикации состояния устройства
  2. Добавьте режим отладки, в котором устройство выводит информацию через Serial
  3. Используйте программы для мониторинга USB-устройств (например, UsbTreeView)
  4. Тестируйте устройство на разных компьютерах и операционных системах

Как проверить правильность работы USB HID устройства?

Для проверки работы USB HID устройства можно использовать следующие методы:

  • Для клавиатуры — откройте текстовый редактор и проверьте ввод
  • Для мыши — следите за движением курсора и реакцией на кнопки
  • Для MIDI-устройств — используйте программы для работы с MIDI (например, MIDI-OX)
  • Для сложных устройств — создайте специальное программное обеспечение для тестирования

Тщательное тестирование поможет выявить и исправить большинство проблем перед использованием устройства в реальных условиях.



Проекты с подключением по USB как HID устройство

    На главную
    Обзор программ
    Обзор плат
    Проекты на базе:
    Arduino Nano
    Arduino Uno
    Arduino Pro Micro
    Arduino Mega
    Digispark
    Проекты с использованием:
    Потенциометр
    Джойстик
    Кнопка
    Реле
    RGB
    Дисплей
    SD карта
    Электрон.
    ключ
    Энкодер
    Сдвиг. регистор
    Д. температуры
    Д. влажности
    Д. растояния
    Д. газа
    Батарея
    Средства связи:
    Bluetooth
    Android
    GSM
    USB
    I2C (TWI)
    SPI ICSP
    UART
    One Wire
    Парал.
    интерфейс
    Двигатели:
    Шаговый мотор
    Постоянного тока
    Servo
    Еще:
    О нас
    Oбъявление
    Обратная связь
    YouTube канал

Проекты с подключением по USB как HID устройство

Кнопка Лентяйка для World of Tanks на базе Digispark ATtiny 85

Здравствуйте друзья!

Сегодня у меня геймерская тема.

И я раcскажу об этом устройстве, как оно работает и как его сделать своими руками.

Открыть полностью

Автокликер своими руками на базе Digispark Attiny85. С рандомной задержкой между кликами.

Дешевый и простой в использовании настраиваемый автокликер, который не станет кричать через неделю, мол пробная версия закончилась:)

После прошивки, плата Digispark определяется компьютером, как компьютерная мышь…

Открыть полностью

Самодельная клавиатура с макросами на базе Arduino Pro Micro

Это клавиатура на 30 кнопок, на одну такую кнопку, можно запрограммировать какое то действие, или даже последовательность из нескольких действий.

Можно забиндить любые функции: для программ, для игр, для командной строки, да для чего угодно!

Открыть полностью

Крутой менеджер паролей своими руками на Arduino Pro Micro Atmega32u4 с защитой от кражи.

Эта статья является инструкцией, для изготовления самодельного менеджера паролей. В который можно загружать до 25 аккаунтов. Для безопасности данных пришлось добавить четырехзначный пароль, для доступа к списку аккаунтов, а также двухступенчатый таймер, на тот случай если будет введен неверный пароль.

Открыть полностью

Безопасно храните свои конфиденциальные данные при совместном использовании эскиза | Документация Arduino

Узнайте, как обмениваться эскизами, не раскрывая конфиденциальные данные, такие как учетные данные Wi-Fi и ключи API.

ПОСЛЕДНЯЯ РЕДАКЦИЯ:

11.11.2022, 08:56

Часто в вашем эскизе есть некоторые конфиденциальные данные, которые вы хотели бы сохранить в тайне, которые могут случайно стать общедоступными при публикации на GitHub или когда вы поделиться своим эскизом с кем-то еще через URL. Эта конфиденциальная информация может включать имена и пароли сетей Wi-Fi, ключ API и т. д. Но теперь вы можете добавить секретную вкладку в свой эскиз и хранить там свои личные данные.

Эта функция была разработана специально для Arduino Create Editor. Если вы еще не пробовали, следуйте этому руководству, чтобы начать — все, что вам нужно, это идентификатор Arduino. Как это работает?

Давайте начнем с примера, чтобы вы могли понять, как это работает.

Перейдите на панель Библиотеки и введите ‘Wifi101’ на вкладке поиска, затем нажмите на пример ConnectWithWPA . Вы также можете нажать на эту ссылку и добавить пример в свой альбом для рисования.

share_secure_sketches_img_1

Как видите, есть несколько идентификаторов, таких как

 SECRET_SIID

и

 SECRET_PSW

. Если вы сейчас нажмете на вкладку «Секрет», вы увидите несколько полей ввода, где вы можете заполнить свои данные.

Если у вас есть MKR1000, вы можете загрузить на него этот скетч и посмотреть, как ваша плата подключается к Интернету (только убедитесь, что вы подключены к сети Wi-Fi 2 ГГц).

share_secure_sketches_img_2 share_secure_sketches_img_3

Как добавить секретные значения в собственный скетч

Напишите свой скетч как обычно.

share_secure_sketches_img_4

В эскизе замените строки, содержащие конфиденциальные данные, написав

 SECRET_NAMEYOUWANT

. Например, если ваша строка

 "psw"

, вы должны заменить ее на

 СЕКРЕТ_PSW

. Убедитесь, что все эти идентификаторы указаны заглавными буквами.

share_secure_sketches_img_5

Вкладка «Секрет» будет создана автоматически , как только вы наберете 

 SECRET_SOMETHING

. Перейдите на вкладку «Секрет» и заполните поля конфиденциальными значениями.

share_secure_sketches_img_6

Вот и все! Если вы поделитесь этим эскизом с кем-либо через URL-адрес или загрузите его, значения на вкладке будут пустыми.

share_secure_sketches_img_7

Кроме того, вы также можете нажать кнопку вкладки и добавить вкладку «Секрет» прямо оттуда. Эти инструкции будут представлены для быстрого ознакомления.

share_secure_sketches_img_8

Если вы хотите добавить еще одно поле, скажем, для хранения пин-кода для вашей SIM-карты или токена API, мы можем добавить необязательное поле. Все, что нам нужно сделать, это добавить это в начало нашего скетча:

 
 1const char optional[] = SECRET_OPTIONAL;

Итак, скажем, мы используем

 SECRET_SSID

и

 SECRET_PASS

, этот будет просто добавлен таким же образом.

img редактора

Теперь, если мы перейдем на вкладку Secret , она будет видна, и вы сможете ввести свои дополнительные учетные данные.

img секретной вкладки

Скачать скетч

Если вы скачаете скетч, мы автоматически создадим файл с именем arduino_secrets.h и добавим его в ZIP-файл. Если вы откроете скетч в Desktop IDE, вы сможете заполнить эту вкладку своими секретами, как обычно.

share_secure_sketches_img_9

Технические подробности

Все введенные вами значения будут считаться строками.

Секреты хранятся в виде простых текстовых значений и будут доступны только тогда, когда пользователь войдет в свою учетную запись и просматривает свои собственные эскизы в своих личных альбомах для рисования.

Вы сможете удалить вкладку «Секрет», просто удалив идентификаторы

 SECRET_XX

из файла .ino.

Дополнительные уроки

Дополнительные руководства можно найти на странице документации Arduino Cloud.

Андреа Гранди – Как безопасно хранить секреты Arduino

Вы только что получили новую плату Arduino (возможно, с поддержкой Wi-Fi), написали полезное приложение и собираетесь поделиться им на GitHub.

Если ваш код выглядит так:

 #include 
символ ssid[] = "myessid"
char pass[] = "мой пароль"
...

сделай а не поделись! Вы раскроете всем свой ESSID, пароль и, возможно, другие секреты.

Сохранить секреты во внешнем файле

Создать отдельный файл с именем arduino_secrets.h :

 #define SECRET_SSID "myessid"
#define SECRET_PASS "мой пароль"

и изменить основной файл следующим образом:

 #include  h>
#include 
символ ssid[] = SECRET_SSID
проход символа [] = SECRET_PASS
...

Примечание: с использованием соглашения об именах SECRET_... также полезно, если вы используете Веб-редактор Arduino https://create.arduino.cc/projecthub/Arduino_Genuino/store-your-private-data-safely-when-sharing-a-sketch-e7d0f0, потому что эти значения будут автоматически добавлены на секретную вкладку и будет виден только вам, даже если вы поделитесь своим проектом.

Исключить файл секретов из git

Перемещение секретов в arduino_secrets.h было бы бессмысленно, если бы мы отправили этот файл на GitHub. Чтобы избежать этой ошибки, добавьте arduino_secrets.h к .gitignore (создайте его в корне проекта, если он еще не существует).

Добавьте пример для файла секретов

Если вы просто скроете исходный arduino_secrets.h , другие пользователи, которые захотят повторно использовать ваш код, могут не знать, что вставить внутрь. Создайте пример файла с именем arduino_secrets.h.example с фиктивными значениями:

 #define SECRET_SSID "foo"
#define SECRET_PASS "foo"

и документ, что это нужно переименовать в arduino_secrets.h

Что делать, если мне нужно создать свой код в CI?

Если вы хотите создать свой код в среде CI, полный исходный код должен быть там, но в то же время вы все равно не хотите отправлять свои секреты на GitHub. Что делать тогда?

Храните свои секреты в переменных среды

Создайте переменную среды в своем CI (или установите ее локально на своем компьютере, если хотите создать ее локально) для каждого секрета:

 export WIFI_SSID_NAME="myessid"
экспорт WIFI_PASSWORD="мой пароль"

Создайте Makefile

Добавьте Makefile в свой проект, подобный этому:

 #!/bin/bash
ВЫВОД = "arduino_secrets.h"
ардуино_секреты:
    @echo "Создание $(ВЫВОД)"
    @[ -e $(ВЫВОД) ] && rm $(ВЫВОД)
    @echo "#define SECRET_SSID \"$(WIFI_SSID_NAME)\"" >> $(ВЫВОД)
    @echo "#define SECRET_PASS \"$(WIFI_PASSWORD)\"" >> $(OUTPUT)

Если вы запустите make , вы сгенерируете файл с именем arduino_secrets.

Похожие записи

21.11.2024 0

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

19.11.2024 0

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

19.11.2024 0

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *