Ensimmäisen piisirun kehittämisen jälkeen vuonna 1961 teknologia on kehittynyt merkittävästi. Piipohjaiset sirut, jotka on nykyään upotettu piirilevylle muiden komponenttien joukkoon, ovat mahdollistaneet monia mikrokontrollerien käyttökohteita. Näitä mikrokontrollerilevyjä käytetään digitaalisten/analogisten signaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen sensoreilta ja muista piireistä. Signaalit prosessoidaan mikrokontrollerilevyn aivoissa (CPU – keskusyksikkö), jolloin ne laukaisevat tapahtumia – oli kyse sitten lineaarisen toimilaitteen ohjauksesta tai vaikkapa LEDien vilkuttamisesta.
Progressive Automationsilla on valikoima mikrokontrollerilevyjä, laajennussuoji(a) ja sensoreita lähes mihin tahansa projektiin. Jotta voisit tehdä harkitun päätöksen siitä, mikä sopii parhaiten käyttökohteeseesi, on tärkeää tuntea saatavilla olevat vaihtoehdot ja ymmärtää, mitä mikrokontrolleria ostettaessa kannattaa huomioida.
Mikrokontrollerityypit
Suosituin mikrokontrollerilevy on Arduino-sarja. Niitä on useissa eri kokoonpanoissa, jotka eroavat mm. käytettävissä olevien tulo-/lähtöpinien määrän ja CPU:n käsittelynopeuden osalta. Nämä levyt ohjelmoidaan C-ohjelmointikielellä. Onneksi Arduino-sarjan mikrokontrollerin ohjelmointi ei ole vaikeaa, sillä verkosta löytyy runsaasti resursseja. Jos kuitenkin haluat harjoitella, Progressive Automations tarjoaa Arduino Starter Kitin, joka sisältää yli 200 sähkökomponenttia ja osaa alkuun pääsemiseksi.
Arduino Uno Rev3 ja Arduino Leonardo sopivat erinomaisesti aloittelijoille ja pienempiin projekteihin, jotka tarvitsevat vain muutamia tulo-/lähtöpintejä. Arduino Unossa on 14 digitaalista pinniä ja 6 analogista pinniä, kun taas Leonardossa on 20 digitaalista ja 12 analogista pinniä. Verrattuna Unoon Leonardossa on sisäänrakennettu USB 2.0 -viestintä, joka mahdollistaa yhteyden tietokoneeseen USB:n kautta. Jos projektissasi tila on kortilla, Arduino Micro tarjoaa saman toiminnallisuuden kuin Arduino Leonardo, mutta pienemmässä paketissa.
Arduino Mega ja Arduino Due on tarkoitettu suurempiin projekteihin, jotka vaativat runsaasti tulo-/lähtöpintejä. Prosessointitehossa Arduino Due on kuitenkin yli viisinkertaisesti nopeampi – CPU-nopeus on 84 MHz verrattuna muiden Arduino-mallien 16 MHz:iin. Molemmissa malleissa on 54 digitaalista tulo-/lähtöpinniä.
Mikrokontrolleriprojektit
Katsotaan, millaisia sovelluksia voimme rakentaa mikrokontrollerilla. Mahdollisuuksia on paljon, kun mikrokontrolleri integroidaan suorittamaan erilaisia toimintoja. Esimerkiksi ohjelmoitava mikrokontrolleri voi ohjata lineaarista toimilaitetta avaamaan/sulkemaan pääte-elimen (eli tarttujan) robottivarressa tiettyinä aikoina. Lisäksi pääte-elimen kärkiin voidaan lisätä palautesensoreita, jotka laukaisevat signaalimuutoksen mikrokontrollerissa. Tällöin pääte-elin aktivoituu vain tarvittaessa tai kun se havaitsee tartuttavan kohteen.
Toinen mikrokontrollerin käyttöesimerkki on kulunvalvonta. Lineaarisia toimilaitteita käytetään esimerkiksi tuuliturbiinin luukussa, jotta teknikot pääsevät turbiinin konehuoneeseen (naceleen). Mikrokontrolleri voidaan liittää RFID-/NFC-lukijaan ja luukkua lukitsevaan/avaavaan lineaariseen toimilaitteeseen. Kun valtuutettu teknikko vie korttinsa lukijalle, mikrokontrolleri tarkistaa käyttöoikeuden ja avaa luukun lineaarisella toimilaitteella, jos oikeus on voimassa.
Stewart-alustarobotti on projekti, joka käyttää Arduino-mikrokontrolleria ohjaamaan kuutta lineaarista toimilaitetta, jotka vakauttavat alustaa. Valinta osui tähän ratkaisuun sen korkean käsittelynopeuden takia, jota tarvittiin alustan stabilointiin vaadittavan monimutkaisen käänteiskinematiikan laskentaan. Käyttökohteet ovat lähes rajattomat, kun mikrokontrolleri otetaan projektiin mukaan. Kaikki tarvittava laskenta voidaan tehdä mikrokontrollerilla, jolloin projektisi digitalisoituu ja automatisoituu haluamallasi tavalla.
Miten valita mikrokontrolleri projektiin
Kun tiedämme, millaisia mikrokontrollereita on saatavilla ja millaisia projekteja niillä voi toteuttaa, miten valitset sopivimman mikrokontrollerin? Paras valinta riippuu projektista/sovelluksesta. Alla on lista tekijöistä, jotka on hyvä pitää mielessä mikrokontrolleria valittaessa.
Tehontarve
Kaikkien käsiteltyjen Arduino-mikrokontrollereiden käyttöjännite on 6–20 V. Jännite voi tulla akusta tai AC-DC-teholähteestä. Alle 7 V jännite voi kuitenkin tehdä mikrokontrollerista epävakaan, jos tasajännitesyöttö ei ole täysin tasainen. Yli 20 V jännitesyöttö puolestaan voi rikkoa jännitesäätimet ja aiheuttaa liiallista lämmönluovutusta.
Jokaisella mallilla on virta-arvot sekä teholähteelle että tulo-/lähtöpinnien enimmäisvirroille. Jos tulo-/lähtöpinnien maksimi virrankulutus on 200 mA, varmista, ettei näihin pinneihin kytkettävä laite ylitä tätä arvoa. Jos esimerkiksi lineaarinen toimilaite vetää 1 A täydellä kuormituksella, tiedät sen ylittävän Arduinon tulo-/lähtöpinnin sallitun virran. Tällöin on paras käyttää ohjain-/ajurilevyä ja syöttää lineaariselle toimilaitteelle erillinen, suuremman virran teholähde.
Käsittelynopeus
Useimpien Arduino-mikrokontrollereiden kellotaajuus on 16 MHz. Jos tarvitset nopeutta, Arduino Due toimii 84 MHz taajuudella – eli se voi suorittaa 84 miljoonaa käskyä sekunnissa. Tämä nopeus on tarpeen, kun useita tuloja/lähtöjä on suoritettava minimaalisella viiveellä (esim. laskennan käsittely, sarjaviestintä sekä pinnien luku ja kirjoitus).
Käytännön esimerkkinä: mikrokontrolleri on kytketty lineaariseen toimilaitteeseen ja kytkimeen siten, että toimilaite pysäyttää ulosajon osuessaan kytkimeen. Jos lineaarisen toimilaitteen Nopeus on liian suuri ja Arduinon käsittelykyky liian hidas, toimilaite voi iskeytyä kytkimeen ja aiheuttaa vaurioita. Ratkaisuna voi olla toimilaitteen hidastaminen tai nopeamman mikrokontrollerin valinta.
Pinnit
Projektisi monimutkaisuudesta riippuen saatat tarvita mikrokontrollerin, jossa on vain muutamia pinnejä, tai vaihtoehtoisesti suuren määrän pinnejä. Joissain tapauksissa tarvitaan useita mikrokontrollereita, jotta kaikki aiotut elektroniikkakomponentit voidaan liittää.
Useiden Arduino-levyjen sarjaviestintäportit voidaan myös ketjuttaa (daisy-chain), jolloin luodaan toisiinsa vuorovaikuttavien ohjainten verkko. Tällaisen sovelluksen ohjelmointi on monimutkaisempaa, mutta se havainnollistaa teknologian joustavuutta. Yleisenä ohjeena: valitse Arduino, jossa on projektisi tarvitsema pinnimäärä, sekä varmuuden vuoksi yksi tai kaksi pinniä ylimääräistä.
Shieldit ja lisäpiirit
Jos aiot hankkia tulo-/lähtölaajennuslevyn tai muun Arduino-shieldin, varmista, että valitsemasi malli on yhteensopiva käyttämäsi Arduino-mallin kanssa. Useimmat Progressive Automationsin toimittamat shieldit ovat yhteensopivia Arduino Unon kanssa. Esimerkiksi MegaMoto GT H-silta on suunniteltu ajamaan useita lineaarisia toimilaitteita samanaikaisesti. Koska useimpien lineaaristen toimilaitteiden Virta ylittää Arduinon tulo-/lähtöpinnin maksimivirran, MegaMoto-ajurilevyä käytetään kytkimenä, joka tarvitsee vain digitaalisen signaalin kytkeäkseen toimilaitteen päälle/pois, muuttaakseen jännitettä tai vaihtaakseen suuntaa.
Haluat ehkä mahdollistaa lineaarisen toimilaitteen ohjauksen verkon kautta omassa projektissasi. Tällöin kannattaa valita langaton mikrokontrolleri, mikä onnistuu hankkimalla WIFI- tai Bluetooth-moduuli, joka on yhteensopiva valitsemasi Arduinon kanssa. Nämä moduulit mahdollistavat projektin langattoman kauko-ohjauksen.
Digitaalinen tulevaisuus
Mikrokontrollerin valinnan ei tarvitse olla monimutkaista. Pidä mielessä edellä käsitellyt kohdat, niin olet hyvällä tiellä kohti projektisi automatisointia – oli kyse yhden lineaarisen toimilaitteen tai monen toimilaitteen ohjauksesta. Mikrokontrolleri voi hyödyttää projektiasi monin tavoin matkalla kohti digitaalisesti automatisoitua tulevaisuutta!
Jos haluat lisätietoja mikrokontrollereista tai muista tuotteistamme, ota meihin yhteyttä, niin asiantuntijamme ovat sinuun yhteydessä!