Microcontrollers: Which is Best for My Application?

Microcontroladores: ¿Cuál es mejor para mi aplicación?

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PA Engineer

Desde el desarrollo del primer chip de silicio en 1961, la tecnología ha progresado significativamente. Los chips basados ​​en silicio, ahora integrados entre una serie de componentes en una placa, han permitido que muchas aplicaciones de microcontroladores se hagan realidad. Estas placas de microcontrolador se utilizan para enviar y recibir señales digitales/analógicas de sensores y otros circuitos. Estas señales se procesan dentro del cerebro de la placa del microcontrolador (CPU, unidad central de procesamiento) para desencadenar eventos, ya sea para controlar un actuador lineal o simplemente para hacer parpadear algunos LED.

Progressive Automations dispone de una variedad de placas de microcontroladores, escudos de expansión y sensores para atender cualquier proyecto que pueda soñar. Para tomar una decisión informada sobre cuál es el mejor para su aplicación, es importante tener una idea de las opciones disponibles y qué considerar al comprar un microcontrolador.

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Tipos de microcontroladores

La placa de microcontrolador más popular es la serie Arduino . Vienen en una variedad de configuraciones diferentes que varían en la cantidad de pines de entrada/salida disponibles y la velocidad de procesamiento de la CPU. Estas placas están programadas en el lenguaje de programación C. Afortunadamente, no es difícil programar un microcontrolador en la gama Arduino ya que hay muchos recursos en línea, pero si necesita algo de práctica, Progressive Automations ofrece un kit de inicio Arduino, que incluye más de 200 componentes eléctricos y piezas para comenzar.

Las placas Arduino Uno Rev3 y Arduino Leonardo son excelentes para principiantes y para proyectos más pequeños que solo requieren unos pocos pines de entrada/salida. El Arduino Uno viene con 14 pines digitales y 6 pines analógicos, mientras que el Leonardo viene con 20 pines digitales y 12 pines analógicos. En comparación con el Uno, el Leonardo tiene comunicación USB 2.0 incorporada, que le permite comunicarse con una computadora a través de USB. Si el espacio es una preocupación en su proyecto, entonces Arduino Micro tiene la misma funcionalidad que Arduino Leonardo, pero en un paquete más pequeño.

Microcontroladores Arduino Uno Rev3, Arduino Leonardo y Arduino Micro

Arduino Mega y Arduino Due se utilizan para proyectos más grandes que requieren numerosos pines de entrada/salida. Aunque, en términos de potencia de procesamiento, Arduino Due es cinco veces más rápido con una velocidad de CPU de 84MHz, en comparación con los 16MHz de los otros modelos de Arduino. Ambos modelos vienen con 54 pines de entrada/salida digitales.

El Arduino Mega y el Arduino Due

Proyectos de microcontroladores

Analicemos qué aplicaciones podemos crear utilizando un microcontrolador. Existe una gran variedad de proyectos que son posibles con la integración de un microcontrolador para realizar diversas funciones. Por ejemplo, un microcontrolador programable podría controlar un actuador lineal para abrir/cerrar un efector final (es decir, una pinza) en un brazo robótico en momentos específicos. Además, también se pueden utilizar sensores de retroalimentación en los extremos del efector final para activar un cambio de señal en el microcontrolador. Esto permite que el efector final se active solo cuando sea necesario o cuando sienta que debe agarrar un objeto.

Otra aplicación de un microcontrolador es el control de acceso. Por ejemplo, a veces se utilizan actuadores lineales en la escotilla de una turbina eólica para permitir que los técnicos accedan al interior de la góndola de la turbina. Se puede conectar un microcontrolador a un lector RFID/NFC y al actuador lineal que bloquea/desbloquea la trampilla. Cuando un técnico autorizado acerca su tarjeta al lector, el microcontrolador comprueba que tiene derecho a entrar y, en caso afirmativo, el actuador lineal abre la trampilla.

Stewart Platform Robot es un proyecto que utiliza un microcontrolador Arduino para controlar seis actuadores lineales que estabilizan una plataforma. Se seleccionó debido a su alta velocidad de procesamiento, que era necesaria para calcular la compleja cinemática inversa necesaria para estabilizar la plataforma. Los casos de uso son infinitos a la hora de implementar un microcontrolador en un proyecto. Cualquier procesamiento que sea necesario puede realizarse mediante un microcontrolador, digitalizando y automatizando así su proyecto como mejor le parezca.

Cómo elegir un microcontrolador para un proyecto

Ahora que hemos establecido los diferentes microcontroladores disponibles y los proyectos posibles, ¿cómo se selecciona un microcontrolador para su aplicación específica? El mejor microcontrolador depende del proyecto/aplicación. A continuación, hemos compilado una lista de factores a tener en cuenta al elegir un microcontrolador.      

requerimientos de energía

Todos los microcontroladores Arduino analizados tienen un voltaje de funcionamiento de 6-20 V. El voltaje puede provenir de una fuente de batería o de una fuente de alimentación de CA a CC. Sin embargo, cualquier voltaje inferior a 7 V puede hacer que el microcontrolador se vuelva inestable si el suministro de CC no es 100 % fluido. Además, suministrar más de 20 V provocará que los reguladores de voltaje se estropeen y provoque una disipación excesiva de calor.

Cada modelo viene con especificaciones actuales para la fuente de alimentación y los pines de entrada/salida. Si los pines de entrada/salida tienen un consumo de corriente máximo de 200 mA, asegúrese de que lo que está conectando a estos pines no exceda este valor. Por ejemplo, tiene un actuador lineal que consume 1 A a plena carga, lo que sabe que excederá el consumo de corriente del pin de entrada/salida del Arduino. Por lo tanto, es mejor utilizar una placa controladora y alimentar el actuador lineal con una fuente de alimentación independiente con una clasificación de corriente más alta.

Velocidad de procesamiento

La velocidad de procesamiento de la mayoría de los microcontroladores Arduino es de 16 MHz. Si lo que necesita es velocidad, entonces el Arduino Due registra una frecuencia de 84 MHz, lo que significa que puede realizar 84 millones de instrucciones por segundo. Esta velocidad es necesaria cuando es necesario ejecutar múltiples entradas/salidas con un retraso mínimo (es decir, procesamiento de cálculos, comunicaciones en serie y pines de lectura y escritura).

Como ejemplo práctico, un microcontrolador conectado a un actuador lineal y un interruptor está programado para detener la extensión del actuador lineal cuando golpea el interruptor. Si la velocidad del actuador lineal es demasiado rápida y las capacidades de procesamiento del Arduino son demasiado lentas, entonces el actuador lineal chocará contra el interruptor y causará daños. Una solución sería ralentizar el actuador lineal o conseguir un microcontrolador con una mayor velocidad de procesamiento.

Patas

Dependiendo de la complejidad de su proyecto, es posible que necesite un microcontrolador con solo unos pocos pines o un microcontrolador con muchos pines. En algunos casos, es posible que se necesiten varios microcontroladores para permitir la variedad de componentes electrónicos que desea conectar.

También es posible conectar en cadena los puertos de comunicación serie de varias placas Arduino para crear una red de controladores que interactúan entre sí. Los programas de microcontroladores para tal aplicación son más complejos, pero ilustran la flexibilidad de esta tecnología. Como guía general, seleccione un Arduino con la cantidad de pines que necesitará su proyecto más uno o dos pines adicionales, por si acaso.

Escudos o circuitos adicionales

Si tiene la intención de comprar una placa de expansión de entrada/salida o algún otro escudo Arduino, asegúrese de que el modelo que elija sea compatible con el modelo Arduino que está utilizando. La mayoría de los escudos suministrados por Progressive Automations son compatibles con Arduino Uno, como el puente H MegaMoto GT, que está diseñado para ejecutar múltiples actuadores lineales simultáneamente. Dado que la mayoría de los actuadores lineales consumen una corriente que excedería la corriente máxima de un pin de entrada/salida de Arduino, la placa controladora MegaMoto se utiliza como un interruptor, que solo requiere una señal digital para encender/apagar el actuador, variar el voltaje o cambiar de dirección. .

MegaMoto GT Puente H Escudo Arduino

Es posible que desee permitir el control de un actuador lineal dentro de su proyecto a través de la red. Deberías elegir un microcontrolador inalámbrico, lo que puedes hacer comprando un módulo WIFI o Bluetooth que sea compatible con tu Arduino seleccionado. Estos módulos permitirían el control remoto inalámbrico de su proyecto.

El futuro digital

La selección del microcontrolador para su proyecto no tiene por qué ser complicada. Solo tenga en cuenta los puntos discutidos anteriormente y estará en el camino correcto para automatizar su proyecto, ya sea controlando un solo actuador lineal o una gran cantidad de actuadores lineales. ¡Un microcontrolador puede beneficiar su proyecto de muchas maneras al avanzar hacia un futuro automatizado digitalmente!

Para obtener más información sobre microcontroladores o cualquiera de nuestros productos, contáctenos y uno de nuestros ingenieros expertos se comunicará con usted.