Seit der Entwicklung des ersten Siliziumchips im Jahr 1961 hat sich die Technologie erheblich weiterentwickelt. Siliziumbasierte Chips, die jetzt zwischen einer Reihe von Komponenten auf einer Platine eingebettet sind, haben es ermöglicht, dass viele Anwendungen von Mikrocontrollern Realität werden. Diese Mikrocontroller-Platinen werden verwendet, um digitale/analoge Signale von Sensoren und anderen Schaltungen zu senden und zu empfangen. Diese Signale werden im Gehirn der Mikrocontroller-Platine (CPU - zentrale Verarbeitungseinheit) verarbeitet, um Ereignisse auszulösen, sei es zur Steuerung eines linearen Aktuators oder einfach zum Blinken einiger LEDs.
Progressive Automations führt eine Vielzahl von Mikrocontroller-Platinen, Erweiterungsschilden und Sensoren, um jedes Projekt zu bedienen, von dem Sie träumen können. Um eine informierte Entscheidung darüber zu treffen, welches für Ihre Anwendung am besten geeignet ist, ist es wichtig, eine Vorstellung von den verfügbaren Optionen zu haben und was beim Kauf eines Mikrocontrollers zu beachten ist.
Typen von Mikrocontrollern
Die beliebteste Mikrocontroller-Platine ist die Arduino-Serie. Sie kommen in einer Vielzahl von Konfigurationen, die in der Anzahl der verfügbaren Ein-/Ausgangspins und der Verarbeitungsgeschwindigkeit der CPU variieren. Diese Platinen sind in der Programmiersprache C programmiert. Glücklicherweise ist es nicht schwierig, einen Mikrocontroller in der Arduino-Reihe zu programmieren, da es viele Ressourcen online gibt, aber wenn Sie etwas Übung benötigen, bietet Progressive Automations ein Arduino-Starterkit an, das über 200 elektrische Komponenten und Teile enthält, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern.
Die Arduino Uno Rev3 und Arduino Leonardo Platinen sind beide großartig für Anfänger und für kleinere Projekte, die nur wenige Ein-/Ausgangspins benötigen. Der Arduino Uno verfügt über 14 digitale Pins und 6 analoge Pins, während der Leonardo über 20 digitale Pins und 12 analoge Pins verfügt. Im Vergleich zum Uno hat der Leonardo eine integrierte USB 2.0-Kommunikation, die es ihm ermöglicht, über USB mit einem Computer zu kommunizieren. Wenn der Platz in Ihrem Projekt ein Anliegen ist, hat der Arduino Micro die gleiche Funktionalität wie der Arduino Leonardo, jedoch in einem kleineren Paket.
Der Arduino Mega und Arduino Due werden für größere Projekte verwendet, die zahlreiche Ein-/Ausgangspins erfordern. Obwohl der Arduino Due in Bezug auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit über fünfmal schneller ist, mit einer CPU-Geschwindigkeit von 84 MHz, im Vergleich zu 16 MHz für die anderen Arduino-Modelle. Beide Modelle verfügen über 54 digitale Ein-/Ausgangspins.
Mikrocontroller-Projekte
Lassen Sie uns besprechen, welche Anwendungen wir mit einem Mikrocontroller erstellen können. Es gibt eine Vielzahl von Projekten, die mit der Integration eines Mikrocontrollers zur Ausführung verschiedener Funktionen möglich sind. Zum Beispiel könnte ein programmierbarer Mikrocontroller einen linearen Aktuator steuern, um einen Endeffektor (d.h. Greifer) an einem Roboterarm zu bestimmten Zeiten zu öffnen/schließen. Darüber hinaus können auch Rückmeldesensoren an den Extremitäten des Endeffektors verwendet werden, um eine Signaländerung im Mikrocontroller auszulösen. Dies ermöglicht es, dass der Endeffektor nur dann aktiviert wird, wenn es notwendig ist oder wenn er ein Objekt zum Greifen erkennt.
Eine weitere Anwendung eines Mikrocontrollers ist die Zugangskontrolle. Zum Beispiel werden lineare Aktuatoren manchmal an einer Klappe einer Windturbine verwendet, um Technikern den Zugang zum Inneren der Gondel der Turbine zu ermöglichen. Ein Mikrocontroller kann an einen RFID/NFC-Leser und den linearen Aktuator angeschlossen werden, der die Klappe verriegelt/entriegelt. Wenn ein autorisierter Techniker seine Karte an den Leser hält, überprüft der Mikrocontroller, ob er das Recht hat, einzutreten, und öffnet, falls ja, der lineare Aktuator die Klappe.
Der Stewart Platform Robot ist ein Projekt, das einen Arduino-Mikrocontroller verwendet, um sechs lineare Aktuatoren zu steuern, die eine Plattform stabilisieren. Es wurde aufgrund seiner hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit ausgewählt, die erforderlich war, um die komplexe inverse Kinematik zu berechnen, die zur Stabilisierung der Plattform benötigt wird. Die Anwendungsfälle sind endlos, wenn man einen Mikrocontroller in ein Projekt implementiert. Jede erforderliche Verarbeitung kann von einem Mikrocontroller durchgeführt werden, wodurch Ihr Projekt digitalisiert und automatisiert wird, wie Sie es wünschen.
Wie man einen Mikrocontroller für ein Projekt auswählt
Jetzt, da wir die verschiedenen verfügbaren Mikrocontroller und die möglichen Projekte festgelegt haben, wie wählt man einen Mikrocontroller für Ihre spezifische Anwendung aus? Der beste Mikrocontroller hängt vom Projekt/Anwendung ab. Im Folgenden haben wir eine Liste von Faktoren zusammengestellt, die Sie bei der Auswahl eines Mikrocontrollers beachten sollten.
Energieanforderungen
Alle besprochenen Arduino-Mikrocontroller haben eine Betriebsspannung von 6-20 V. Die Spannung kann aus einer Batterie oder einer AC-DC-Stromversorgung stammen. Eine Spannung von weniger als 7 V kann jedoch dazu führen, dass der Mikrocontroller instabil wird, wenn die DC-Stromversorgung nicht 100 % stabil ist. Darüber hinaus führt die Versorgung mit mehr als 20 V dazu, dass die Spannungsregler ausfallen und übermäßige Wärmeabgabe verursachen.
Jedes Modell hat aktuelle Spezifikationen für die Stromversorgung und die Ein-/Ausgangspins. Wenn die Ein-/Ausgangspins einen maximalen Stromverbrauch von 200 mA haben, stellen Sie sicher, dass das, was Sie an diese Pins anschließen, diesen Wert nicht überschreitet. Wenn Sie beispielsweise einen linearen Aktuator haben, der bei voller Last 1 A zieht, wissen Sie, dass dies den Stromverbrauch des Ein-/Ausgangspins am Arduino überschreiten wird. Daher ist es am besten, eine Treiberplatine zu verwenden und den linearen Aktuator mit einer separaten Stromversorgung mit einer höheren Stromstärke zu versorgen.
Verarbeitungsgeschwindigkeit
Die Verarbeitungsgeschwindigkeit der meisten Arduino-Mikrocontroller beträgt 16 MHz. Wenn Sie Geschwindigkeit benötigen, dann hat der Arduino Due eine Taktfrequenz von 84 MHz, was bedeutet, dass er 84 Millionen Anweisungen pro Sekunde ausführen kann. Diese Geschwindigkeit ist erforderlich, wenn mehrere Ein-/Ausgänge mit minimaler Verzögerung ausgeführt werden müssen (d.h. Verarbeitung von Berechnungen, serielle Kommunikation und Lesen und Schreiben von Pins).
Als praktisches Beispiel ist ein Mikrocontroller, der mit einem linearen Aktuator und einem Schalter verbunden ist, so programmiert, dass er die Ausdehnung des linearen Aktuators stoppt, wenn er den Schalter berührt. Wenn die Geschwindigkeit des linearen Aktuators zu schnell ist und die Verarbeitungskapazitäten des Arduino zu langsam sind, wird der lineare Aktuator gegen den Schalter prallen und Schäden verursachen. Eine Lösung wäre, den linearen Aktuator zu verlangsamen oder einen Mikrocontroller mit einer höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit zu wählen.
Pins
Je nach Komplexität Ihres Projekts benötigen Sie möglicherweise einen Mikrocontroller mit nur wenigen Pins oder einen Mikrocontroller mit vielen Pins. In einigen Fällen sind mehrere Mikrocontroller erforderlich, um die Vielzahl von elektronischen Komponenten zu ermöglichen, die Sie anschließen möchten.
Es ist auch möglich, die seriellen Kommunikationsports mehrerer Arduino-Platinen zu kaskadieren, um ein Netzwerk von Controllern zu erstellen, die miteinander interagieren. Mikrocontroller-Programme für eine solche Anwendung sind komplexer, aber sie veranschaulichen die Flexibilität dieser Technologie. Als allgemeine Richtlinie wählen Sie einen Arduino mit der Anzahl von Pins, die Ihr Projekt benötigt, plus ein oder zwei zusätzliche Pins, nur für den Fall.
Schilde oder zusätzliche Schaltungen
Wenn Sie beabsichtigen, eine Ein-/Ausgangserweiterungsplatine oder ein anderes Arduino-Schild zu kaufen, stellen Sie sicher, dass das Modell, das Sie wählen, mit dem Arduino-Modell, das Sie verwenden, kompatibel ist. Die meisten von Progressive Automations gelieferten Schilde sind mit dem Arduino Uno kompatibel, wie das MegaMoto GT H-Bridge, das entwickelt wurde, um mehrere lineare Aktuatoren gleichzeitig zu betreiben. Da die meisten linearen Aktuatoren einen Strom ziehen, der den maximalen Strom eines Arduino-Ein-/Ausgangspins überschreiten würde, wird die MegaMoto-Treiberplatine als Schalter verwendet, der nur ein digitales Signal benötigt, um den Aktuator ein-/auszuschalten, die Spannung zu variieren oder die Richtung zu ändern.
Sie möchten möglicherweise die Steuerung eines linearen Aktuators innerhalb Ihres Projekts über das Netzwerk ermöglichen. Sie sollten einen drahtlosen Mikrocontroller wählen, was Sie tun können, indem Sie ein WIFI- oder Bluetooth-Modul kaufen, das mit Ihrem ausgewählten Arduino kompatibel ist. Diese Module würden die drahtlose Fernsteuerung Ihres Projekts ermöglichen.
Die digitale Zukunft
Die Auswahl des Mikrocontrollers für Ihr Projekt muss nicht kompliziert sein. Berücksichtigen Sie einfach die zuvor besprochenen Punkte, und Sie sind auf dem besten Weg, Ihr Projekt zu automatisieren, sei es die Steuerung eines einzelnen linearen Aktuators oder einer Vielzahl von linearen Aktuatoren. Ein Mikrocontroller kann Ihr Projekt auf vielfältige Weise unterstützen, indem er auf eine digital automatisierte Zukunft hinarbeitet!
Für weitere Informationen zu Mikrocontrollern oder einem unserer Produkte kontaktieren Sie uns, und einer unserer Experten wird sich mit Ihnen in Verbindung setzen!