Από την ανάπτυξη του πρώτου τσιπ σιλικόνης το 1961, η τεχνολογία έχει εξελιχθεί σημαντικά. Τα τσιπ με βάση τη σιλικόνη, που πλέον είναι ενσωματωμένα ανάμεσα σε μια σειρά εξαρτημάτων πάνω σε πλακέτα, επέτρεψαν να γίνουν πραγματικότητα πολλές εφαρμογές μικροελεγκτών. Αυτές οι πλακέτες μικροελεγκτών χρησιμοποιούνται για αποστολή και λήψη ψηφιακών/αναλογικών σημάτων από αισθητήρες και άλλα κυκλώματα. Τα σήματα αυτά επεξεργάζονται στον «εγκέφαλο» της πλακέτας μικροελεγκτή (CPU - κεντρική μονάδα επεξεργασίας) για να προκαλέσουν γεγονότα, είτε για τον έλεγχο ενός γραμμικού ενεργοποιητή είτε απλώς για να αναβοσβήνουν μερικά LED.
Η Progressive Automations διαθέτει μια ποικιλία από πλακέτες μικροελεγκτών, expansion shields και αισθητήρες, για να καλύψει οποιοδήποτε έργο μπορείτε να φανταστείτε. Για να πάρετε μια τεκμηριωμένη απόφαση για το ποιος είναι ο καλύτερος για την εφαρμογή σας, είναι σημαντικό να γνωρίζετε ποιες επιλογές υπάρχουν και τι να λάβετε υπόψη κατά την αγορά ενός μικροελεγκτή.
Τύποι μικροελεγκτών
Η πιο δημοφιλής πλακέτα μικροελεγκτή είναι η σειρά Arduino. Διατίθεται σε ποικιλία διαμορφώσεων που διαφέρουν στον αριθμό των διαθέσιμων ακροδεκτών εισόδου/εξόδου και στην ταχύτητα επεξεργασίας της CPU. Αυτές οι πλακέτες προγραμματίζονται στη γλώσσα C. Ευτυχώς, δεν είναι δύσκολο να προγραμματίσετε έναν μικροελεγκτή της σειράς Arduino, καθώς υπάρχουν άφθονοι πόροι online, αλλά αν χρειάζεστε εξάσκηση, η Progressive Automations προσφέρει ένα Arduino Starter Kit, που περιλαμβάνει πάνω από 200 ηλεκτρικά εξαρτήματα και μέρη για να ξεκινήσετε.
Οι πλακέτες Arduino Uno Rev3 και Arduino Leonardo είναι και οι δύο εξαιρετικές για αρχάριους και για μικρότερα έργα που απαιτούν λίγους ακροδέκτες εισόδου/εξόδου. Το Arduino Uno διαθέτει 14 ψηφιακούς ακροδέκτες και 6 αναλογικούς, ενώ το Leonardo έρχεται με 20 ψηφιακούς και 12 αναλογικούς. Σε σύγκριση με το Uno, το Leonardo έχει ενσωματωμένη επικοινωνία USB 2.0, που του επιτρέπει να επικοινωνεί με υπολογιστή μέσω USB. Αν ο χώρος αποτελεί ανησυχία στο έργο σας, τότε το Arduino Micro έχει την ίδια λειτουργικότητα με το Arduino Leonardo, αλλά σε μικρότερο μέγεθος.
Τα Arduino Mega και Arduino Due χρησιμοποιούνται για μεγαλύτερα έργα που απαιτούν πολλούς ακροδέκτες εισόδου/εξόδου. Όσον αφορά την επεξεργαστική ισχύ, το Arduino Due είναι πάνω από πέντε φορές ταχύτερο με ταχύτητα CPU 84 MHz, σε σύγκριση με 16 MHz για τα άλλα μοντέλα Arduino. Και τα δύο μοντέλα διαθέτουν 54 ψηφιακούς ακροδέκτες εισόδου/εξόδου.
Έργα με μικροελεγκτές
Ας συζητήσουμε ποιες εφαρμογές μπορούμε να υλοποιήσουμε χρησιμοποιώντας έναν μικροελεγκτή. Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία έργων που είναι εφικτά με την ενσωμάτωση ενός μικροελεγκτή για την εκτέλεση διαφόρων λειτουργιών. Για παράδειγμα, ένας προγραμματιζόμενος μικροελεγκτής θα μπορούσε να ελέγχει έναν γραμμικό ενεργοποιητή για να ανοίγει/κλείνει ένα τελικό εργαλείο (δηλ. gripper) σε έναν ρομποτικό βραχίονα σε συγκεκριμένες στιγμές. Επιπλέον, αισθητήρες Ανάδρασης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στα άκρα του τελικού εργαλείου για να πυροδοτούν αλλαγή σήματος στον μικροελεγκτή. Αυτό επιτρέπει το τελικό εργαλείο να ενεργοποιείται μόνο όταν χρειάζεται ή όταν ανιχνεύει ένα αντικείμενο για σύλληψη.
Μια άλλη εφαρμογή ενός μικροελεγκτή είναι ο έλεγχος πρόσβασης. Για παράδειγμα, γραμμικοί ενεργοποιητές χρησιμοποιούνται μερικές φορές σε θυρίδα ανεμογεννήτριας για να επιτρέπουν στους τεχνικούς να αποκτούν πρόσβαση στο εσωτερικό της νασέλ (nacelle) της τουρμπίνας. Ένας μικροελεγκτής μπορεί να συνδεθεί σε έναν αναγνώστη RFID/NFC και στον γραμμικό ενεργοποιητή που κλειδώνει/ξεκλειδώνει τη θυρίδα. Όταν ένας εξουσιοδοτημένος τεχνικός ακουμπά την κάρτα του στον αναγνώστη, ο μικροελεγκτής ελέγχει ότι έχει δικαίωμα εισόδου και, αν ναι, ο γραμμικός ενεργοποιητής ανοίγει τη θυρίδα.
Ο Stewart Platform Robot είναι ένα έργο που χρησιμοποιεί έναν Arduino μικροελεγκτή για να ελέγχει έξι γραμμικούς ενεργοποιητές οι οποίοι σταθεροποιούν μια πλατφόρμα. Επιλέχθηκε λόγω της υψηλής ταχύτητας επεξεργασίας του, που απαιτούνταν για τον υπολογισμό της σύνθετης αντίστροφης κινηματικής που χρειάζεται για τη σταθεροποίηση της πλατφόρμας. Οι περιπτώσεις χρήσης είναι ατελείωτες όταν ενσωματώνετε έναν μικροελεγκτή σε ένα έργο. Οποιαδήποτε απαιτούμενη επεξεργασία μπορεί να πραγματοποιηθεί από έναν μικροελεγκτή, ψηφιοποιώντας και αυτοματοποιώντας το έργο σας όπως εσείς επιθυμείτε.
Πώς να επιλέξετε μικροελεγκτή για ένα έργο
Τώρα που καθορίσαμε τους διαφορετικούς διαθέσιμους μικροελεγκτές και τα έργα που είναι εφικτά, πώς επιλέγετε έναν μικροελεγκτή για τη δική σας εφαρμογή; Ο καλύτερος μικροελεγκτής εξαρτάται από το έργο/την εφαρμογή. Παρακάτω, έχουμε συγκεντρώσει μια λίστα παραγόντων που πρέπει να έχετε κατά νου όταν επιλέγετε έναν μικροελεγκτή.
Απαιτήσεις ισχύος
Όλοι οι μικροελεγκτές Arduino που συζητήθηκαν έχουν τάση λειτουργίας 6–20 V. Η τάση μπορεί να προέρχεται από μπαταρία ή από τροφοδοτικό AC σε DC. Ωστόσο, τάση μικρότερη από 7 V μπορεί να προκαλέσει αστάθεια στον μικροελεγκτή αν η παροχή DC δεν είναι 100% ομαλή/σταθεροποιημένη. Επιπλέον, η τροφοδοσία με πάνω από 20 V θα προκαλέσει βλάβη στους ρυθμιστές τάσης και υπερβολική απαγωγή θερμότητας.
Κάθε μοντέλο διαθέτει προδιαγραφές για το Ρεύμα τροφοδοσίας και για τους ακροδέκτες εισόδου/εξόδου. Αν οι ακροδέκτες εισόδου/εξόδου έχουν μέγιστη κατανάλωση ρεύματος 200 mA, βεβαιωθείτε ότι αυτό που συνδέετε σε αυτούς δεν θα ξεπεράσει αυτή την τιμή. Για παράδειγμα, αν έχετε έναν γραμμικό ενεργοποιητή που τραβά 1 A σε πλήρες Φορτίο, γνωρίζετε ότι αυτό θα ξεπεράσει το ρεύμα του ακροδέκτη εισόδου/εξόδου στο Arduino. Επομένως, είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε μια πλακέτα οδηγού (driver) και να τροφοδοτήσετε τον γραμμικό ενεργοποιητή με ξεχωριστό τροφοδοτικό με μεγαλύτερη ονομαστική τιμή ρεύματος.
Ταχύτητα επεξεργασίας
Η Ταχύτητα επεξεργασίας των περισσότερων Arduino μικροελεγκτών είναι 16 MHz. Αν χρειάζεστε ταχύτητα, τότε το Arduino Due χρονίζει στα 84 MHz – πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να εκτελεί 84 εκατομμύρια εντολές ανά δευτερόλεπτο. Αυτή η ταχύτητα είναι απαραίτητη όταν πρέπει να εκτελεστούν πολλαπλές είσοδοι/έξοδοι με ελάχιστη καθυστέρηση (π.χ. επεξεργασία υπολογισμών, σειριακές επικοινωνίες και ανάγνωση/εγγραφή ακροδεκτών).
Ως πρακτικό παράδειγμα, ένας μικροελεγκτής συνδεδεμένος σε έναν γραμμικό ενεργοποιητή και έναν διακόπτη έχει προγραμματιστεί να σταματά την εκτόνωση του γραμμικού ενεργοποιητή όταν αυτός αγγίζει τον διακόπτη. Αν η Ταχύτητα του γραμμικού ενεργοποιητή είναι υπερβολικά υψηλή και οι δυνατότητες επεξεργασίας του Arduino πολύ αργές, τότε ο γραμμικός ενεργοποιητής θα χτυπήσει δυνατά πάνω στον διακόπτη και θα προκαλέσει ζημιά. Μια λύση θα ήταν να επιβραδύνετε τον γραμμικό ενεργοποιητή ή να επιλέξετε μικροελεγκτή με υψηλότερη Ταχύτητα επεξεργασίας.
Ακροδέκτες (Pins)
Ανάλογα με την πολυπλοκότητα του έργου σας, μπορεί να χρειάζεστε έναν μικροελεγκτή με λίγους μόνο ακροδέκτες ή έναν μικροελεγκτή με πολλούς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να χρειαστούν πολλαπλοί μικροελεγκτές για να υποστηρίξουν την πληθώρα των ηλεκτρονικών που σκοπεύετε να συνδέσετε.
Είναι επίσης δυνατό να κάνετε αλυσιδωτή σύνδεση (daisy-chain) των θυρών σειριακής επικοινωνίας πολλαπλών Arduino για να δημιουργήσετε ένα δίκτυο ελεγκτών που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Τα προγράμματα μικροελεγκτών για μια τέτοια εφαρμογή είναι πιο σύνθετα, αλλά καταδεικνύουν την ευελιξία αυτής της τεχνολογίας. Ως γενικός κανόνας, επιλέξτε ένα Arduino με τον αριθμό ακροδεκτών που θα χρειαστεί το έργο σας, συν έναν ή δύο επιπλέον, για κάθε ενδεχόμενο.
Shields ή πρόσθετα κυκλώματα
Αν σκοπεύετε να αγοράσετε μια πλακέτα επέκτασης εισόδων/εξόδων ή κάποιο άλλο Arduino shield, βεβαιωθείτε ότι το μοντέλο που επιλέγετε είναι συμβατό με το μοντέλο Arduino που χρησιμοποιείτε. Τα περισσότερα shields που προμηθεύει η Progressive Automations είναι συμβατά με το Arduino Uno, όπως το MegaMoto GT H-bridge, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να κινεί πολλούς γραμμικούς ενεργοποιητές ταυτόχρονα. Καθώς οι περισσότεροι γραμμικοί ενεργοποιητές τραβούν Ρεύμα που θα ξεπερνούσε το μέγιστο ρεύμα ενός ακροδέκτη εισόδου/εξόδου του Arduino, η πλακέτα οδηγού MegaMoto χρησιμοποιείται ως διακόπτης, που χρειάζεται μόνο ένα ψηφιακό σήμα για να ανοίγει/κλείνει τον ενεργοποιητή, να μεταβάλλει την τάση ή να αλλάζει κατεύθυνση.
Ίσως διαπιστώσετε ότι θα θέλατε να επιτρέψετε τον έλεγχο ενός γραμμικού ενεργοποιητή μέσα στο έργο σας μέσω δικτύου. Θα πρέπει να επιλέξετε έναν ασύρματο μικροελεγκτή, κάτι που μπορείτε να κάνετε αγοράζοντας ένα module WIFI ή Bluetooth που είναι συμβατό με το επιλεγμένο Arduino σας. Αυτές οι μονάδες θα επιτρέψουν τον ασύρματο τηλεχειρισμό του έργου σας.
Το ψηφιακό μέλλον
Η επιλογή μικροελεγκτή για το έργο σας δεν χρειάζεται να είναι περίπλοκη. Απλώς κρατήστε κατά νου τα προαναφερθέντα σημεία και θα βρίσκεστε στον σωστό δρόμο για να αυτοματοποιήσετε το έργο σας, είτε πρόκειται για τον έλεγχο ενός μόνο γραμμικού ενεργοποιητή είτε πολλών γραμμικών ενεργοποιητών. Ένας μικροελεγκτής μπορεί να ωφελήσει το έργο σας με πολλούς τρόπους, οδηγώντας προς ένα ψηφιακά αυτοματοποιημένο μέλλον!
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με μικροελεγκτές ή οποιοδήποτε από τα προϊόντα μας, επικοινωνήστε μαζί μας και ένας από τους εξειδικευμένους μηχανικούς μας θα έρθει σε επαφή μαζί σας!