Svet elektroniky môže byť zábavný a vzrušujúci, no pri pohľade na schému zapojenia môže často pôsobiť odstrašujúco, najmä keď neviete, kde začať. Navyše, pochopiť kód, ktorý beží na mikrokontroléri, môže byť pre začiatočníkov mätúce. Našťastie sme tu, aby sme vám dali informácie, ktoré potrebujete na začiatok vašej učebnej cesty!
V tomto článku sa ponoríme do toho, čo je mikrokontrolér, jeho výhod a vlastností. Potom vám ukážeme jednoduchý projekt, ako ovládať lineárny aktuátor z mikrokontroléra, pričom začneme tým, ako ho nechať vysunúť/zasunúť. Či už s mikrokontrolérmi začínate, alebo ste skúsený nadšenec, ktorý si chce osviežiť znalosti, tento článok je pre vás. Tento článok je jedným z mnohých, ktoré prídu, v ktorých sa bližšie pozrieme na rozširujúce dosky (shields), senzorové moduly a ovládače motorov. Ale poďme začať od základov!
Čo je mikrokontrolér: výhody a vlastnosti?
Pozrite sa doľava a potom doprava. Pravdepodobne uvidíte okolo seba doma alebo v kancelárii niekoľko vecí, ktoré majú vo vnútri integrovaný obvod (IC) – tieto malé kremíkové čipy sú mozgom vašich elektronických zariadení. Dosky s mikrokontrolérom majú na sebe jeden alebo viac takýchto IC spolu s množstvom periférií.
Mikrokontroléry sú malé, univerzálne a cenovo dostupné zariadenia, ktoré možno úspešne nasadiť a programovať nielen skúsenými elektroinžiniermi, ale aj hobby nadšencami, študentmi a profesionálmi z iných odborov.
Mikrokontrolér zvyčajne obsahuje tieto prvky:
- Ústredná procesorová jednotka (CPU): Vykonáva aritmetické operácie, riadi tok dát a generuje riadiace signály na základe sady inštrukcií (t. j. kódu).
- Nevolatilná pamäť: Ukladá program mikrokontroléra, ktorý presne určuje, čo má CPU robiť.
- Volatilná pamäť (t. j. RAM): Slúži na dočasné ukladanie dát. Tieto dáta sa stratia, keď mikrokontrolér stratí napájanie.
-
Periférie: Hardvérové moduly, ktoré pomáhajú mikrokontroléru komunikovať s externým systémom.
- Prevodníky (AC-DC, DC-AC a generátory referenčného napätia).
- Generovanie hodinového signálu.
- Časovanie
- Vstupy a výstupy.
- Sériová komunikácia.
Mikrokontrolér je veľmi nákladovo efektívny, keďže jeho výroba je lacnejšia než u jeho elektromechanických predchodcov. Navyše vývojové dosky, ako napríklad Arduino, umožňujú rýchle programovanie a sú ideálne na prototypovanie systémov. Keďže väčšinu obvodov tvoria integrované obvody, energetická náročnosť použitia mikrokontroléra je oveľa menšia, než keby sa použili jednotlivé súčiastky v logickom obvode typu relé. Napokon, keďže bežný mikrokontrolér je programovateľný, môžete ho v prípade potreby znovu použiť aj v inom projekte.
Ako používať mikrokontrolér s lineárnym aktuátorom na vysunutie/zasunutie
Je čas otestovať lineárny aktuátor Progressive Automations s mikrokontrolérom a nechať ho vysunúť/zasunúť! Prevedieme vás zapojením aj fungovaním kódu, aby ste si mohli ovládanie lineárneho aktuátora upraviť podľa seba.
Čo budete potrebovať
Tu je to, čo budete potrebovať na spárovanie mikrokontroléra s lineárnym aktuátorom. Všetky komponenty je možné zakúpiť na webovej stránke Progressive Automations:
- Napájací zdroj 12 V DC
- Arduino Mega
- LCD s tlačidlami
- Relé s 2 kanálmi
- Aktuátor (12 V DC s max. odberom prúdu 10 A)
- USB kábel typu A/B, prepojovacie vodiče (jumpery)
Zapojenie a nahratie kódu
Našťastie, vďaka rozširujúcim doskám (shields) nie je potrebné veľa zapájať. Toto jednoduché zapojenie robí z projektu skvelý úvod pre začiatočníkov do práce s mikrokontrolérom. Keď máte potrebné komponenty, postupne nasledujte pripojenia nižšie. Ako referenciu použite obrázok zapojenia pinov Arduina.
- LCD nasadené na Arduino, pin 26
- Relé IN1 na Arduino pin 30
- Relé IN2 na Arduino 5 V
- Relé VCC na Arduino GND
- Relé GND na relé NO2
- 12 V DC na relé NC2
- 12 V DC na relé NC1
- Relé NC2 na relé NO1
- Relé NO2 na kladný pól aktuátora
- Relé COM1 na záporný pól aktuátora
- Relé COM2
Vysvetlenie kódu
Kompletný kód k tomuto projektu nájdete tu.
Kód, ktorému rozumie doska mikrokontroléra Arduino, je v jazyku C. Existuje viacero knižníc, ktoré obsahujú kód zjednodušujúci pridanie rôznych periférií, v tomto prípade LCD (#include <LiquidCrystal.h>).
Prvá časť kódu je nastavenie pinov. Tieto čísla pinov korešpondujú s pripojeniami relé na piny Arduina. Ak sa rozhodnete použiť inú dosku mikrokontroléra Arduino, uistite sa, že tieto čísla zmeníte tak, aby zodpovedali pinom, na ktoré pripojíte relé.
Slučka setup priradí piny relé ako OUTPUT a nastaví piny na LOW. Okrem toho sa na LCD odošle niekoľko príkazov na zobrazenie textu a nastavenie kurzorových šipiek. V hlavnej slučke kód neustále kontroluje, či bolo stlačené niektoré z tlačidiel na LCD doske. V tomto prípade sú tlačidlá pripojené na pin A0 Arduina. Keď sa stlačí tlačidlo, hodnota načítaná Arduinom bude buď blízko 100, alebo blízko 255 v závislosti od toho, ktoré tlačidlá boli stlačené. Tieto hodnoty nie sú vždy presné, najmä ak máte k Arduinu pripojenú ďalšiu elektroniku, ktorá môže ovplyvňovať signál. Preto je v kóde zahrnutá prahová hodnota, ktorú môžete upraviť, ak sú tlačidlá príliš citlivé na rušenie.
Ak máte Arduino pripojené k počítaču cez USB, môžete v Arduino IDE použiť sériový monitor na zobrazenie výstupného signálu z pinu A0. Stačí pridať nasledujúci riadok kódu do hlavnej slučky:
Serial.println(A0);
Na základe načítaného signálu prebieha logika, ktorá určí, či bolo stlačené tlačidlo hore alebo dole. Ak bolo stlačené tlačidlo hore, jedno relé sa nastaví na HIGH a druhé na LOW. Ak bolo stlačené tlačidlo dole, logika sa otočí. Aktivácia a deaktivácia relé spôsobí, že aktuátor sa vysunie/zasunie.
Teraz, keď už viete, ako kód funguje, môžete sa s ním pohrať pridaním ďalšej logiky, napríklad zapnúť LED pri vysunutí aktuátora a vypnúť ju pri zasunutí. Je to pomerne jednoduché – bude potrebné nastaviť číslo pinu, priradiť pin ako OUTPUT a potom v podmienke if alebo else if nastaviť tento pin na HIGH (príkaz digitalWrite).
Záver
Práca s mikrokontrolérom Arduino na ovládanie aktuátora a ďalších zariadení môže byť veľmi zábavná a prínosná. Učiť sa programovať jednoduchý mikrokontrolér pre aktuátor, najmä v jazyku C, je skvelý spôsob, ako si budovať vedomosti a možno premeniť vaše programátorské zručnosti na kariéru. Začnite od základov a postupne sa posúvajte k zložitejším projektom.
V nasledujúcich článkoch preskúmame rôzne rozširujúce dosky (shields), ktoré možno používať s Arduinom, a ukážeme vám o niečo zložitejšie ukážky kódu. Taktiež sa pozrieme na použitie senzorov na riadenie častí vášho kódu na ovládanie lineárneho aktuátora. Ak máte ďalšie otázky o mikrokontroléroch alebo o pripojení lineárneho aktuátora k mikrokontroléru, neváhajte nás kontaktovať!