Sinds de ontwikkeling van de eerste siliciumchip in 1961 is de technologie aanzienlijk vooruitgegaan. Siliciumgebaseerde chips, tegenwoordig ingebed tussen een reeks componenten op een printplaat, hebben ervoor gezorgd dat veel toepassingen met microcontrollers werkelijkheid zijn geworden. Deze microcontrollerborden worden gebruikt om digitale/analoge signalen te verzenden en te ontvangen van sensoren en andere schakelingen. Deze signalen worden verwerkt in het ‘brein’ van het microcontrollerbord (CPU – centrale verwerkingseenheid) om acties te triggeren, of dat nu het aansturen van een lineaire actuator is of simpelweg het laten knipperen van wat leds.
Progressive Automations heeft een verscheidenheid aan microcontrollerborden, uitbreidingsshields en sensoren op voorraad voor elk project dat je maar kunt bedenken. Om een weloverwogen keuze te maken welke het best bij jouw toepassing past, is het belangrijk inzicht te hebben in de beschikbare opties en waar je op moet letten bij de aanschaf van een microcontroller.
Typen microcontrollers
De populairste microcontroller is de Arduino-serie. Ze zijn verkrijgbaar in uiteenlopende configuraties, variërend in het aantal beschikbare in-/uitgangspinnen en de verwerkingssnelheid van de CPU. Deze borden worden geprogrammeerd in de programmeertaal C. Gelukkig is het niet moeilijk om een microcontroller uit de Arduino-reeks te programmeren, want er zijn volop online bronnen, maar heb je wat oefening nodig, dan biedt Progressive Automations een Arduino Starter Kit aan, met meer dan 200 elektrische componenten en onderdelen om je op weg te helpen.
De Arduino Uno Rev3 en Arduino Leonardo-borden zijn allebei geweldig voor beginners en voor kleinere projecten die slechts een paar in-/uitgangspinnen nodig hebben. De Arduino Uno heeft 14 digitale pinnen en 6 analoge pinnen, terwijl de Leonardo 20 digitale pinnen en 12 analoge pinnen heeft. Vergeleken met de Uno heeft de Leonardo ingebouwde USB 2.0-communicatie, waardoor hij via USB met een computer kan communiceren. Als ruimte een zorg is in je project, heeft de Arduino Micro dezelfde functionaliteit als de Arduino Leonardo, maar dan in een kleiner formaat.
De Arduino Mega en Arduino Due worden gebruikt voor grotere projecten die veel in-/uitgangspinnen vereisen. Qua verwerkingskracht is de Arduino Due echter meer dan vijf keer sneller, met een CPU-snelheid van 84 MHz, vergeleken met 16 MHz voor de andere Arduino-modellen. Beide modellen hebben 54 digitale in-/uitgangspinnen.
Microcontroller-projecten
Laten we bespreken welke toepassingen we met een microcontroller kunnen bouwen. Er zijn een grote verscheidenheid aan projecten mogelijk door een microcontroller te integreren om verschillende functies uit te voeren. Zo kan een programmeerbare microcontroller een lineaire actuator aansturen om een endeffector (bijv. grijper) op een robotarm op specifieke momenten te openen/sluiten. Daarnaast kunnen er ook terugkoppelingssensoren op de uiteinden van de endeffector worden gebruikt om een signaalwijziging in de microcontroller te activeren. Hierdoor wordt de endeffector alleen geactiveerd wanneer dat nodig is of wanneer hij een object detecteert om te grijpen.
Een andere toepassing van een microcontroller is toegangscontrole. Zo worden lineaire actuatoren soms gebruikt op een luik van een windturbine om technici toegang te geven tot de gondel van de turbine. Een microcontroller kan worden verbonden met een RFID/NFC-lezer en met de lineaire actuator die het luik vergrendelt/ontgrendelt. Wanneer een bevoegde technicus zijn kaart tegen de lezer houdt, controleert de microcontroller of hij toegang heeft en, zo ja, dan opent de lineaire actuator het luik.
De Stewart Platform Robot is een project dat een Arduino-microcontroller gebruikt om zes lineaire actuatoren aan te sturen die een platform stabiliseren. Hij werd gekozen vanwege de hoge verwerkingssnelheid die nodig was om de complexe inverse kinematica te berekenen die nodig is om het platform te stabiliseren. De toepassingsmogelijkheden zijn eindeloos wanneer je een microcontroller in een project implementeert. Alle benodigde verwerking kan door een microcontroller worden uitgevoerd, waardoor je je project digitaliseert en automatiseert zoals jij dat wilt.
Hoe kies je een microcontroller voor een project
Nu we de verschillende beschikbare microcontrollers en de mogelijke projecten hebben vastgesteld, hoe selecteer je dan een microcontroller voor jouw specifieke toepassing? De beste microcontroller hangt af van het project/de toepassing. Hieronder hebben we een lijst samengesteld met factoren om in gedachten te houden bij het kiezen van een microcontroller.
Vereisten voor de voeding
Alle besproken Arduino-microcontrollers hebben een bedrijfsspanning van 6–20 V. De spanning kan afkomstig zijn van een batterijvoeding of een AC naar DC-voeding. Een spanning van minder dan 7 V kan er echter voor zorgen dat de microcontroller instabiel wordt als de DC-voeding niet 100% stabiel is. Bovendien zal het voeden met meer dan 20 V ervoor zorgen dat de spanningsregelaars defect raken en overmatige warmte afgeven.
Elk model wordt geleverd met stroomspecificaties voor de voeding en de in-/uitgangspinnen. Als de in-/uitgangspinnen een maximale stroomafname van 200 mA hebben, zorg er dan voor dat wat je op deze pinnen aansluit deze waarde niet overschrijdt. Stel dat je een lineaire actuator hebt die bij volledige belasting 1 A trekt; dan weet je dat dit de stroomafname van de in-/uitgangspin op de Arduino zal overschrijden. Daarom is het het beste om een driverboard te gebruiken en de lineaire actuator te voeden met een aparte voeding met een hogere stroomwaarde.
Verwerkingssnelheid
De verwerkingssnelheid van de meeste Arduino-microcontrollers is 16 MHz. Heb je snelheid nodig, dan klokt de Arduino Due in op 84 MHz – wat betekent dat hij 84 miljoen instructies per seconde kan uitvoeren. Deze snelheid is noodzakelijk wanneer meerdere in-/uitgangen met minimale vertraging moeten worden uitgevoerd (bijv. het verwerken van berekeningen, seriële communicatie en het lezen en schrijven van pinnen).
Als praktisch voorbeeld: een microcontroller die is verbonden met een lineaire actuator en een schakelaar is geprogrammeerd om de uitschuiving van de lineaire actuator te stoppen wanneer hij de schakelaar raakt. Als de snelheid van de lineaire actuator te hoog is en de verwerkingscapaciteiten van de Arduino te laag zijn, zal de lineaire actuator tegen de schakelaar botsen en schade veroorzaken. Een oplossing is om de lineaire actuator te vertragen of een microcontroller met een hogere verwerkingssnelheid te kiezen.
Pinnen
Afhankelijk van de complexiteit van je project heb je mogelijk een microcontroller met slechts enkele pinnen nodig, of juist een met veel pinnen. In sommige gevallen zijn meerdere microcontrollers nodig om het scala aan elektronica te ondersteunen dat je wilt aansluiten.
Het is ook mogelijk de seriële communicatiepoorten van meerdere Arduino-borden te doorlussen om een netwerk van controllers te creëren die met elkaar communiceren. Microcontrollerprogramma’s voor zo’n toepassing zijn complexer, maar ze illustreren de flexibiliteit van deze technologie. Als algemene richtlijn: kies een Arduino met het aantal pinnen dat je project nodig heeft, plus één of twee extra pinnen, voor de zekerheid.
Shields of extra schakelingen
Als je van plan bent een in-/uitgangsuitbreidingsbord of een ander Arduino-shield aan te schaffen, zorg er dan voor dat het model dat je kiest compatibel is met het Arduino-model dat je gebruikt. De meeste door Progressive Automations geleverde shields zijn compatibel met de Arduino Uno, zoals de MegaMoto GT H-bridge, die is ontworpen om meerdere lineaire actuatoren tegelijk te laten werken. Omdat de meeste lineaire actuatoren stroom trekken die de maximale stroom van een Arduino-in-/uitgangspin zou overschrijden, wordt de MegaMoto-driverboard gebruikt als schakelaar, die alleen een digitaal signaal nodig heeft om de actuator in/uit te schakelen, de spanning te variëren of de richting te veranderen.
Misschien wil je in je project de bediening van een lineaire actuator via het netwerk mogelijk maken. Dan kies je een draadloze microcontroller, wat kan door een WiFi- of Bluetooth-module te kopen die compatibel is met je geselecteerde Arduino. Deze modules maken draadloze afstandsbediening van je project mogelijk.
De digitale toekomst
Het selecteren van een microcontroller voor je project hoeft niet ingewikkeld te zijn. Houd simpelweg de eerder besproken punten in gedachten en je bent goed op weg om je project te automatiseren, of het nu gaat om het aansturen van één lineaire actuator of een hele reeks lineaire actuatoren. Een microcontroller kan je project op talloze manieren ten goede komen en zo de weg banen naar een digitaal geautomatiseerde toekomst!
Voor meer informatie over microcontrollers of een van onze producten, neem contact met ons op en een van onze ervaren ingenieurs neemt contact met je op!