Od vývoje prvního křemíkového čipu v roce 1961 technologie výrazně pokročila. Křemíkové čipy, nyní zabudované mezi řadu součástek na desce, umožnily realizaci mnoha aplikací mikrokontrolérů. Tyto desky mikrokontrolérů se používají k odesílání a přijímání digitálních/analogových signálů ze senzorů a dalších obvodů. Tyto signály jsou zpracovávány v mozku desky mikrokontroléru (CPU - centrální procesorová jednotka) za účelem spouštění událostí, ať už k ovládání lineárního aktuátoru nebo jednoduše k blikání LED diod.
Společnost Progressive Automations nabízí širokou škálu desek mikrokontrolérů, rozšiřujících štítů a senzorů, které uspokojí jakýkoli projekt, o kterém sníte. Abyste se mohli informovaně rozhodnout, který mikrokontrolér je pro vaši aplikaci nejlepší, je důležité mít představu o dostupných možnostech a o tom, co je třeba při nákupu mikrokontroléru zvážit.
Typy mikrokontrolérů
Nejoblíbenější deskou s mikrokontrolérem je Řada ArduinoDodávají se v různých konfiguracích, které se liší počtem dostupných vstupních/výstupních pinů a rychlostí zpracování CPU. Tyto desky jsou programovány v programovacím jazyce C. Naštěstí není obtížné naprogramovat mikrokontrolér v řadě Arduino, protože online existuje spousta zdrojů, ale pokud potřebujete trochu praxe, Progressive Automations nabízí startovací sadu Arduino, která obsahuje více než 200 elektrických součástek a dílů, které vám pomohou začít.
Ten/Ta/To Arduino Uno Rev3 a Arduino Leonardo Desky jsou skvělé jak pro začátečníky, tak pro menší projekty, které vyžadují pouze několik vstupních/výstupních pinů. Arduino Uno má 14 digitálních a 6 analogových pinů, zatímco Leonardo má 20 digitálních a 12 analogových pinů. Ve srovnání s Uno má Leonardo vestavěnou komunikaci USB 2.0, která umožňuje komunikaci s počítačem přes USB. Pokud je pro váš projekt problémem prostor, pak má Arduino Micro stejnou funkcionalitu jako Arduino Leonardo, ale v menším pouzdře.
Ten/Ta/To Arduino Mega a Arduino splatné se používají pro větší projekty, které vyžadují více vstupních/výstupních pinů. Co se týče výpočetního výkonu, Arduino Due je více než pětkrát rychlejší s frekvencí CPU 84 MHz, ve srovnání s 16 MHz u ostatních modelů Arduina. Oba modely mají 54 digitálních vstupních/výstupních pinů.
Projekty s mikrokontroléry
Pojďme si probrat, jaké aplikace můžeme vytvářet pomocí mikrokontroléru. Existuje široká škála projektů, které jsou možné s integrací mikrokontroléru pro provádění různých funkcí. Například programovatelný mikrokontrolér by mohl ovládat lineární aktuátor pro otevírání/zavírání koncového efektoru (tj. chapadla) na robotickém rameni v určitých časech. Kromě toho lze na koncích koncového efektoru použít také zpětnovazební senzory, které spustí změnu signálu v mikrokontroléru. To umožňuje aktivovat koncový efektor pouze v případě potřeby nebo když detekuje objekt k uchopení.
Další aplikací mikrokontroléru je řízení přístupu. Například lineární aktuátory se někdy používají na poklopu větrné turbíny, aby umožnily technikům přístup dovnitř gondoly turbíny. Mikrokontrolér lze připojit ke čtečce RFID/NFC a lineárnímu aktuátoru, který poklop zamyká/odemyká. Když se autorizovaný technik dotkne svou kartou čtečky, mikrokontrolér ověří, zda má oprávnění ke vstupu, a pokud ano, lineární aktuátor poklop otevře.
Ten/Ta/To Stewartův platformový robot je projekt, který využívá mikrokontrolér Arduino k řízení šesti lineárních aktuátorů, které stabilizují plošinu. Byl vybrán kvůli jeho vysoké rychlosti zpracování, která byla nutná k výpočtu komplexní inverzní kinematiky potřebné ke stabilizaci plošiny. Možnosti použití mikrokontroléru v projektu jsou nekonečné. Jakékoli požadované zpracování může provést mikrokontrolér, čímž se váš projekt digitalizuje a automatizuje podle vašich představ.
Jak vybrat mikrokontrolér pro projekt
Nyní, když jsme si stanovili různé dostupné mikrokontroléry a možné projekty, jak si vybrat mikrokontrolér pro vaši konkrétní aplikaci? Nejlepší mikrokontrolér závisí na projektu/aplikaci. Níže jsme sestavili seznam faktorů, které je třeba mít na paměti při výběru mikrokontroléru.
Požadavky na napájení
Všechny diskutované mikrokontroléry Arduino mají provozní napětí 6-20 V. Napětí může být napájeno z baterie nebo ze zdroje střídavého/stejnosměrného proudu. Napětí nižší než 7 V však může způsobit nestabilitu mikrokontroléru, pokud stejnosměrné napájení není 100% plynulé. Navíc napájení vyšším než 20 V způsobí poruchu regulátorů napětí a nadměrné odvádění tepla.
Každý model je dodáván s proudovými specifikacemi pro napájení a vstupní/výstupní piny. Pokud mají vstupní/výstupní piny maximální odběr proudu 200 mA, ujistěte se, že to, co k těmto pinům připojujete, tuto hodnotu nepřekročí. Například máte lineární aktuátor, který při plném zatížení odebírá 1 A, což, jak víte, překročí odběr proudu vstupního/výstupního pinu na Arduinu. Proto je nejlepší použít desku ovladače a napájet lineární aktuátor samostatným zdrojem s vyšším jmenovitým proudem.
Rychlost zpracování
Výpočetní rychlost většiny mikrokontrolérů Arduino je 16 MHz. Pokud potřebujete rychlost, pak Arduino Due pracuje na frekvenci 84 MHz – což znamená, že dokáže provést 84 milionů instrukcí za sekundu. Tato rychlost je nezbytná, když je třeba provést více vstupů/výstupů s minimálním zpožděním (tj. zpracování výpočtů, sériová komunikace a čtení a zápis pinů).
Jako praktický příklad lze uvést mikrokontrolér připojený k lineárnímu aktuátoru a spínači, který je naprogramován tak, aby zastavil vysouvání lineárního aktuátoru při nárazu na spínač. Pokud je rychlost lineárního aktuátoru příliš vysoká a výpočetní kapacita Arduina příliš pomalá, pak lineární aktuátor narazí do spínače a způsobí poškození. Řešením by bylo zpomalit lineární aktuátor nebo pořídit mikrokontrolér s vyšší výpočetní rychlostí.
Piny
V závislosti na složitosti vašeho projektu můžete potřebovat mikrokontrolér s pouze několika piny, nebo můžete potřebovat mikrokontrolér s mnoha piny. V některých případech může být potřeba více mikrokontrolérů, aby bylo možné připojit širokou škálu elektroniky.
Je také možné řetězit sériové komunikační porty více desek Arduino a vytvořit tak síť řídicích jednotek, které spolu vzájemně interagují. Programování mikrokontrolérů pro takovou aplikaci je složitější, ale ilustruje flexibilitu této technologie. Obecně platí, že vyberte Arduino s počtem pinů, které váš projekt bude potřebovat, plus jeden nebo dva piny navíc, pro jistotu.
Stínění nebo přídavné obvody
Pokud máte v úmyslu zakoupit rozšiřující desku vstupů/výstupů nebo jiný shield pro Arduino, ujistěte se, že vybraný model je kompatibilní s modelem Arduina, který používáte. Většina shieldů dodávaných společností Progressive Automations je kompatibilní s Arduinem Uno, například MegaMoto GT H-můstek, který je navržen pro současné ovládání více lineárních aktuátorů. Protože většina lineárních aktuátorů odebírá proud, který by překročil maximální proud vstupního/výstupního pinu Arduina, používá se deska ovladače MegaMoto jako spínač, který vyžaduje pouze digitální signál k zapnutí/vypnutí aktuátoru, změně napětí nebo změně směru.
Možná zjistíte, že byste chtěli v rámci svého projektu ovládat lineární aktuátor přes síť. Budete si muset vybrat bezdrátový mikrokontrolér, což lze provést zakoupením modulu WIFI nebo Bluetooth kompatibilního s vybraným Arduinem. Tyto moduly by umožnily bezdrátové dálkové ovládání vašeho projektu.
Digitální budoucnost
Výběr mikrokontroléru pro váš projekt nemusí být složitý. Stačí mít na paměti dříve diskutované body a budete na dobré cestě k automatizaci svého projektu, ať už se jedná o řízení jednoho lineárního aktuátoru nebo řady lineárních aktuátorů. Mikrokontrolér může vašemu projektu prospět mnoha způsoby tím, že vás posune směrem k digitálně automatizované budoucnosti!
Pro více informací o mikrokontrolérech nebo o našich produktech, kontaktujte nás a jeden z našich odborných techniků se s vámi spojí!