Dal primo chip al silicio del 1961, la tecnologia ha fatto passi da gigante. I chip basati su silicio, oggi integrati tra una serie di componenti su una scheda, hanno reso possibili molte applicazioni con microcontrollori. Queste schede a microcontrollore vengono utilizzate per inviare e ricevere segnali digitali/analogici da sensori e altri circuiti. I segnali vengono elaborati nel cervello della scheda a microcontrollore (CPU - unità centrale di elaborazione) per attivare eventi, che si tratti di controllare un attuatore lineare o semplicemente far lampeggiare dei LED.
Progressive Automations offre un'ampia varietà di schede a microcontrollore, shield di espansione e sensori per qualsiasi progetto tu possa immaginare. Per fare una scelta consapevole su quale sia il migliore per la tua applicazione, è importante avere un’idea delle opzioni disponibili e di cosa considerare quando si acquista un microcontrollore.
Tipi di microcontrollori
La serie Arduino è la scheda a microcontrollore più popolare. È disponibile in diverse configurazioni che variano per numero di pin di input/output e per velocità di elaborazione della CPU. Queste schede si programmano in linguaggio C. Fortunatamente, programmare un microcontrollore della gamma Arduino non è difficile grazie alle numerose risorse online; se però vuoi fare pratica, Progressive Automations offre un Arduino Starter Kit, che include oltre 200 componenti e parti elettriche per iniziare.
Le schede Arduino Uno Rev3 e Arduino Leonardo sono entrambe ottime per principianti e per progetti più piccoli che richiedono pochi pin di input/output. L'Arduino Uno dispone di 14 pin digitali e 6 pin analogici, mentre il Leonardo offre 20 pin digitali e 12 pin analogici. Rispetto a Uno, Leonardo integra la comunicazione USB 2.0, che gli consente di comunicare con un computer tramite USB. Se nel tuo progetto lo spazio è un vincolo, Arduino Micro ha la stessa funzionalità di Arduino Leonardo, ma in un formato più compatto.
Arduino Mega e Arduino Due si usano per progetti più grandi che richiedono numerosi pin di input/output. In termini di potenza di elaborazione, tuttavia, Arduino Due è oltre cinque volte più veloce grazie a una CPU a 84MHz, rispetto ai 16MHz degli altri modelli Arduino. Entrambi i modelli offrono 54 pin di input/output digitali.
Progetti con microcontrollori
Vediamo quali applicazioni si possono realizzare con un microcontrollore. Integrando un microcontrollore, è possibile realizzare un’ampia varietà di progetti con funzioni diverse. Per esempio, un microcontrollore programmabile può controllare un attuatore lineare per aprire/chiudere un end-effector (cioè gripper) su un braccio robotico in momenti specifici. Inoltre, si possono usare sensori di Feedback sulle estremità dell’end-effector per generare una variazione di segnale nel microcontrollore. In questo modo l’end-effector si attiva solo quando necessario o quando percepisce un oggetto da afferrare.
Un’altra applicazione di un microcontrollore è nel controllo degli accessi. Per esempio, gli attuatori lineari vengono talvolta utilizzati sul portello di una turbina eolica per consentire ai tecnici di accedere alla navicella della turbina. Un microcontrollore può essere collegato a un lettore RFID/NFC e all’attuatore lineare che blocca/sblocca il portello. Quando un tecnico autorizzato avvicina la sua tessera al lettore, il microcontrollore verifica che abbia i diritti di accesso e, in caso affermativo, l’attuatore lineare apre il portello.
La Stewart Platform Robot è un progetto che utilizza un microcontrollore Arduino per controllare sei attuatori lineari che stabilizzano una piattaforma. È stato scelto per l’elevata velocità di elaborazione, necessaria per calcolare la complessa cinematica inversa richiesta per stabilizzare la piattaforma. I casi d’uso sono praticamente infiniti quando si implementa un microcontrollore in un progetto: qualsiasi elaborazione necessaria può essere eseguita da un microcontrollore, digitalizzando e automatizzando il tuo progetto come preferisci.
Come scegliere un microcontrollore per un progetto
Ora che abbiamo visto i diversi microcontrollori disponibili e i possibili progetti, come si seleziona il microcontrollore adatto alla tua applicazione? Il microcontrollore migliore dipende dal progetto/dall’applicazione. Di seguito abbiamo raccolto alcuni fattori da tenere a mente quando si sceglie un microcontrollore.
Requisiti di alimentazione
Tutti i microcontrollori Arduino di cui abbiamo parlato hanno una tensione di esercizio di 6-20V. La tensione può provenire da una batteria o da un alimentatore da AC a DC. Tuttavia, una tensione inferiore a 7V può rendere il microcontrollore instabile se l’alimentazione in DC non è perfettamente regolare. Inoltre, fornire più di 20V può mandare in crisi i regolatori di tensione e causare un’eccessiva dissipazione di calore.
Ciascun modello riporta specifiche di corrente per l’alimentazione e per i pin di input/output. Se i pin di input/output hanno un assorbimento massimo di 200mA, assicurati che ciò che colleghi a questi pin non superi tale valore. Ad esempio, se hai un attuatore lineare che assorbe 1A a pieno carico, sai che supererà l’assorbimento del pin di input/output dell’Arduino. In tal caso è meglio usare una scheda driver e alimentare l’attuatore lineare con un alimentatore separato con una corrente nominale più elevata.
Velocità di elaborazione
La velocità di elaborazione della maggior parte dei microcontrollori Arduino è 16MHz. Se ti serve più velocità, Arduino Due arriva a 84MHz, cioè può eseguire 84 milioni di istruzioni al secondo. Questa velocità è necessaria quando bisogna gestire più input/output con ritardi minimi (ad es. calcoli, comunicazioni seriali, lettura e scrittura dei pin).
Un esempio pratico: un microcontrollore collegato a un attuatore lineare e a un interruttore è programmato per fermare l’estensione dell’attuatore lineare quando tocca l’interruttore. Se la Velocità dell’attuatore lineare è troppo alta e le capacità di elaborazione dell’Arduino sono troppo lente, l’attuatore lineare colpirà l’interruttore causando danni. Una soluzione è ridurre la Velocità dell’attuatore lineare o scegliere un microcontrollore con una velocità di elaborazione superiore.
Pin
A seconda della complessità del tuo progetto, potresti aver bisogno di un microcontrollore con pochi pin oppure con molti pin. In alcuni casi, possono servire più microcontrollori per gestire l’insieme di elettroniche che intendi collegare.
È anche possibile collegare in cascata le porte di comunicazione seriale di più schede Arduino per creare una rete di controller che interagiscono tra loro. I programmi per microcontrollori in un’applicazione del genere sono più complessi, ma ciò dimostra la flessibilità di questa tecnologia. Come guida generale, scegli un Arduino con il numero di pin necessari al tuo progetto più uno o due pin extra, per sicurezza.
Shield o circuiti aggiuntivi
Se intendi acquistare una scheda di espansione input/output o un altro shield Arduino, assicurati che il modello scelto sia compatibile con il modello di Arduino che stai usando. La maggior parte degli shield forniti da Progressive Automations è compatibile con l’Arduino Uno, come il MegaMoto GT H-bridge, progettato per azionare più attuatori lineari contemporaneamente. Poiché la maggior parte degli attuatori lineari richiede una corrente che supererebbe la corrente massima di un pin di input/output di un Arduino, la scheda driver MegaMoto viene usata come interruttore: richiede solo un segnale digitale per accendere/spegnere l’attuatore, variare la tensione o invertire la direzione.
Potresti voler consentire il controllo di un attuatore lineare nel tuo progetto tramite la rete. In tal caso, scegli un microcontrollore wireless acquistando un modulo WIFI o Bluetooth compatibile con l’Arduino selezionato. Questi moduli consentono il controllo remoto wireless del tuo progetto.
Il futuro digitale
La scelta del microcontrollore per il tuo progetto non deve essere complicata. Tieni semplicemente a mente i punti discussi in precedenza e sarai sulla buona strada per automatizzare il tuo progetto, che si tratti di controllare un singolo attuatore lineare o un insieme di attuatori lineari. Un microcontrollore può portare vantaggi al tuo progetto in molti modi, guidandoti verso un futuro digitalmente automatizzato!
Per maggiori informazioni sui microcontrollori o su qualsiasi nostro prodotto, contattaci e uno dei nostri ingegneri esperti ti ricontatterà!