Od vývoja prvého kremíkového čipu v roku 1961 sa technológia výrazne posunula. Kremíkové čipy, dnes zapuzdrené medzi množstvom súčiastok na doske, umožnili zrodiť sa mnohým aplikáciám s mikrokontrolérmi. Tieto mikrokontrolérové dosky sa používajú na odosielanie a prijímanie digitálnych/analógových signálov zo senzorov a ďalších obvodov. Tieto signály sa spracúvajú v „mozgu“ dosky s mikrokontrolérom (CPU – centrálny procesor), aby sa spúšťali udalosti, či už ide o ovládanie lineárneho aktuátora alebo len o blikanie niekoľkých LED diód.
Progressive Automations má na sklade rôzne mikrokontrolérové dosky, rozširujúce shiely a senzory pre akýkoľvek projekt, ktorý si dokážete predstaviť. Aby ste sa vedeli informovane rozhodnúť, čo je pre vašu aplikáciu najlepšie, je dôležité poznať dostupné možnosti a na čo myslieť pri kúpe mikrokontroléra.
Typy mikrokontrolérov
Najobľúbenejšou mikrokontrolérovou doskou je séria Arduino. Dodáva sa v rôznych konfiguráciách, ktoré sa líšia počtom dostupných vstupno-výstupných (I/O) pinov a rýchlosťou spracovania CPU. Tieto dosky sa programujú v programovacom jazyku C. Našťastie, programovať mikrokontrolér z radu Arduino nie je náročné, keďže online je množstvo zdrojov. Ak však potrebujete trochu praxe, Progressive Automations ponúka Arduino Starter Kit, ktorý obsahuje viac ako 200 elektrických komponentov a dielov, aby ste mohli začať.
Dosky Arduino Uno Rev3 a Arduino Leonardo sú skvelé pre začiatočníkov aj menšie projekty, ktoré vyžadujú len pár vstupno-výstupných pinov. Arduino Uno má 14 digitálnych pinov a 6 analógových pinov, zatiaľ čo Leonardo má 20 digitálnych a 12 analógových pinov. V porovnaní s Uno má Leonardo zabudovanú komunikáciu USB 2.0, ktorá mu umožňuje komunikovať s počítačom cez USB. Ak je vo vašom projekte dôležitý priestor, Arduino Micro má rovnakú funkcionalitu ako Arduino Leonardo, ale v menšom balení.
Arduino Mega a Arduino Due sa používajú pri väčších projektoch, ktoré vyžadujú množstvo vstupno-výstupných pinov. Pokiaľ ide o výpočtový výkon, Arduino Due je však viac než päťkrát rýchlejšie s frekvenciou CPU 84 MHz, v porovnaní so 16 MHz pri ostatných modeloch Arduino. Obe modely majú 54 digitálnych vstupno-výstupných pinov.
Projekty s mikrokontrolérom
Poďme sa pozrieť, aké aplikácie vieme postaviť s použitím mikrokontroléra. Integráciou mikrokontroléra je možné vytvoriť širokú škálu projektov na vykonávanie rôznych funkcií. Napríklad programovateľný mikrokontrolér môže ovládať lineárny aktuátor, aby v konkrétnych časoch otváral/zatváral koncový efektor (t. j. uchopovač) na robotickom ramene. Na koncoch koncového efektora možno navyše použiť senzory spätnej väzby, ktoré vyvolajú zmenu signálu v mikrokontroléri. To umožňuje, aby sa koncový efektor aktivoval iba vtedy, keď je to potrebné alebo keď zistí objekt na uchopenie.
Ďalšou aplikáciou mikrokontroléra je kontrola prístupu. Napríklad lineárne aktuátory sa niekedy používajú na poklope veternej turbíny, aby technikom umožnili vstup do gondoly turbíny. Mikrokontrolér možno pripojiť k čítačke RFID/NFC a k lineárnemu aktuátoru, ktorý poklop zamyká/odomyka. Keď autorizovaný technik priloží svoju kartu k čítačke, mikrokontrolér overí, či má právo vstúpiť, a ak áno, lineárny aktuátor poklop otvorí.
Robot so Stewartovou platformou je projekt, ktorý používa mikrokontrolér Arduino na ovládanie šiestich lineárnych aktuátorov stabilizujúcich platformu. Bol zvolený pre svoju vysokú rýchlosť spracovania, ktorá bola potrebná na výpočet komplexnej inverznej kinematiky potrebnej na stabilizáciu platformy. Možnosti použitia sú nekonečné, keď do projektu zapojíte mikrokontrolér. Akékoľvek potrebné spracovanie môže vykonať mikrokontrolér, čím váš projekt digitalizuje a automatizuje podľa vašich predstáv.
Ako si vybrať mikrokontrolér pre projekt
Keď už sme si stanovili, aké mikrokontroléry sú k dispozícii a aké projekty sú možné, ako vybrať mikrokontrolér pre vašu konkrétnu aplikáciu? Najlepší mikrokontrolér závisí od projektu/aplikácie. Nižšie sme zostavili zoznam faktorov, ktoré treba mať na pamäti pri výbere mikrokontroléra.
Požiadavky na napájanie
Všetky spomínané mikrokontroléry Arduino majú prevádzkové napätie 6–20 V. Napätie môže pochádzať z batérie alebo z AC-DC napájacieho zdroja. Ak je však napätie menšie ako 7 V a jednosmerné napájanie nie je 100 % vyhladené, mikrokontrolér sa môže stať nestabilným. Navyše, dodanie viac ako 20 V spôsobí zlyhanie stabilizátorov napätia a nadmerný odvod tepla.
Každý model má špecifikované parametre prúdu pre napájací zdroj aj vstupno-výstupné piny. Ak majú vstupno-výstupné piny maximálny prúdový odber 200 mA, uistite sa, že to, čo k nim pripájate, túto hodnotu neprekročí. Napríklad ak máte lineárny aktuátor, ktorý pri plnom zaťažení odoberá 1 A, viete, že to prekročí odber prúdu na vstupno-výstupnom pine Arduina. Preto je najlepšie použiť dosku ovládača a lineárny aktuátor napájať samostatným zdrojom s vyšším prúdovým menovitým parametrom.
Rýchlosť spracovania
Rýchlosť spracovania väčšiny mikrokontrolérov Arduino je 16 MHz. Ak potrebujete rýchlosť, Arduino Due beží na 84 MHz – čo znamená, že vykoná 84 miliónov inštrukcií za sekundu. Táto rýchlosť je nevyhnutná, keď treba vykonávať viacero vstupov/výstupov s minimálnym oneskorením (t. j. spracovanie výpočtov, sériová komunikácia a čítanie a zápis na piny).
Praktický príklad: mikrokontrolér pripojený k lineárnemu aktuátoru a spínaču je naprogramovaný tak, aby zastavil vysúvanie lineárneho aktuátora, keď narazí na spínač. Ak je rýchlosť lineárneho aktuátora príliš vysoká a schopnosti spracovania Arduina príliš pomalé, lineárny aktuátor vrazí do spínača a spôsobí poškodenie. Riešením je spomaliť lineárny aktuátor alebo použiť mikrokontrolér s vyššou rýchlosťou spracovania.
Piny
V závislosti od zložitosti vášho projektu môžete potrebovať mikrokontrolér len s niekoľkými pinmi, alebo mikrokontrolér s mnohými pinmi. V niektorých prípadoch môže byť potrebných viac mikrokontrolérov, aby sa dali pripojiť všetky plánované elektronické súčiastky.
Je tiež možné prepojiť sériové komunikačné porty viacerých dosiek Arduino do reťazca (daisy-chain) a vytvoriť tak sieť kontrolérov, ktoré spolu navzájom komunikujú. Programy mikrokontrolérov pre takúto aplikáciu sú zložitejšie, ale ilustrujú flexibilitu tejto technológie. Ako všeobecné pravidlo si vyberte Arduino s počtom pinov, ktoré váš projekt bude potrebovať, plus jeden alebo dva navyše – pre istotu.
Shiely alebo doplnkové obvody
Ak plánujete kúpiť I/O rozširujúcu dosku alebo iný Arduino shield, uistite sa, že vami zvolený model je kompatibilný s modelom Arduina, ktorý používate. Väčšina shieldov dodávaných spoločnosťou Progressive Automations je kompatibilná s Arduinom Uno, napríklad MegaMoto GT H‑mostík, ktorý je navrhnutý na súbežné ovládanie viacerých lineárnych aktuátorov. Keďže väčšina lineárnych aktuátorov odoberá prúd, ktorý by prekročil maximálny prúd vstupno-výstupného pinu Arduina, doska ovládača MegaMoto sa používa ako spínač – vyžaduje iba digitálny signál na zapnutie/vypnutie aktuátora, zmenu napätia alebo zmenu smeru.
Možno zistíte, že chcete umožniť ovládanie lineárneho aktuátora vo vašom projekte cez sieť. Budete potrebovať bezdrôtový mikrokontrolér, čo dosiahnete zakúpením modulu WIFI alebo Bluetooth kompatibilného s vaším zvoleným Arduinom. Tieto moduly umožnia bezdrôtové diaľkové ovládanie vášho projektu.
Digitálna budúcnosť
Výber mikrokontroléra pre váš projekt nemusí byť komplikovaný. Stačí mať na pamäti vyššie uvedené body a budete na dobrej ceste k automatizácii svojho projektu – či už ide o ovládanie jedného lineárneho aktuátora, alebo viacerých lineárnych aktuátorov. Mikrokontrolér môže vášmu projektu priniesť množstvo výhod a posunúť ho k digitálne automatizovanej budúcnosti!
Ak chcete viac informácií o mikrokontroléroch alebo ktoromkoľvek z našich produktov, kontaktujte nás a jeden z našich odborníkov sa vám ozve!