Image
11.2.2019 3 Comments

IoT prakticky – vývojové dosky a výber typu mikrokontroléra pre daný scenár

IoT, čiže internet vecí je jedným z najčastejšie skloňovaným fenoménov modernej IT infraštruktúry. Stále vznikajú nové a nové scenáre a tiež aj príležitosti pre šikovných a pripravených. Pracovný trh bude potrebovať čoraz viac prakticky orientovaných špecialistov. Aby sme v rámci svojich možností aj my prispeli k motivácii predovšetkým študentov aby v rámci projektov, alebo len tak ako hobby navrhovali a vytvárali rôzne zaujímavé elektronické konštrukcie, začíname nový seriál.

Pod názvom IoT prakticky začíname seriál článkov, venovaných mikrokontrolérom, senzorom, akčným členom  ktoré budú vo väčšine prípadov doplnené o názorné videá. Pre riadiace mikroprocesory sa zaužíval pojem mikrokontrolér, pretože tieto čipy okrem procesora obsahujú aj mnohé ďalšie komponenty, napríklad rôzne typy portov, riadiace obvody komunikačných zberníc a podobne. Nie každý typ mikrokontroléra je vhodný na daný účel, preto treba jeho výber starostlivo zvážiť. Najčastejšie budete pri posudzovaní brať do úvahy kritéria ako výpočtový výkon, kapacita operačnej a úložnej pamäti, prítomnosť vhodných portov a komunikačných rozhraní, možnosť konektivity a energetickú náročnosť. 

Praktické ukážky vývojových dosiek vrátane ich energetickej náročnosti sú v našom videu

Všimnite si na videu aj na obrázkoch dve farby pozadia. Oranžová bude použitá na pokusy s platformou Arduino a s vývojovými doskami s malým výkonom a nizkou spotrebou. Žlté pozadie pre návody a pokusy s platformou Raspberry a ďalšími komplexnými doskami, napríklad doskou Android Things a ďalšími.

Pri výbere vhodného typu budete postavení pred niekoľko rozhodnutí  

Integrovaný obvod verzus vývojová doska

Najschodnejšou cestou na vytvorenie riadiacej jednotky pre amatéra je využiť vývojovú dosku (kit). Jej cena je síce 10 až 20 násobok ceny samotného čipu, no v tomto prípade pri výrobe jedného kusa, alebo malej série rádovo vyššia cena nehrá žiadnu úlohu. Na ilustráciu, výkonný 32 bitový mikrokontrolér  STMF103RB triedy Cortex M3 stojí približne 1 € a vývojová doska STM 32 Discovery stojí 13 €. Cenové hľadisko by hralo úlohu až pri výrobe väčších sérií. 

Vývojové dosky s procesormi na báze architektúry ARM Cortex M3 sa vyznačujú vysokým výkonom a zároveň pri správnom návrhu softvéru aj nízkou energetickou náročnosťou

Hlavnú výhodu vývojového kitu pochopíte okamžite pri pohľade na čip, ktorý má pri rozmeroch menších ako 1 x 1 cm 100 a viac vývodov, ktoré je potrebné technológiou plošnej montáže prispájkovať na dosku plošného spoja. Tento úkon je mimo technických možností 99 percent amatérskych konštruktérov. 

Pripojiť vývojovú dosku k riešeniu dokáže každý zručný amatér. Naproti tomu navrhnúť dosku plošných spojov a prispájkovať mikrokontrolér dokáže len málokto.

Plošný spoj musí navyše obsahovať aj mnoho ďalších súčiastok, výstupy portov na pripojenie mikroprocesorom ovládaných elektronických obvodov a konektory umožňujúce zavádzanie a aktualizáciu softvéru. A to sme sa ešte stále nedostali k možnosti zavádzania softvéru do mikrokontroléra a jeho ladeniu. Naproti tomu vývojová doska má vyvedenú zbernicu vo forme pinov, ktorých rozostup je 2,54 mm, takže sa na ne dá pohodlne spájkovať, prípadne nasunúť kábliky s konektorovými dutinkami.

Navyše usporiadanie pinov u najpoužívanejších dosiek (Arduino, Raspberry) tvorí konektor, na ktorý je možné nasúvať rozširujúce moduly, buď špecializované, napríklad so senzormi, či výkonovými členmi pre krokové motory, alebo univerzálne s prepojovacím poľom, alebo plošným spojom s maticou pokovených otvorov, do ktorých je možné prispájkovať potrebné súčiastky a následne ich poprepájať. Vytvoriť takýmto spôsobom riadiacu jednotku pre robotické vozidlo aj s výkonovou elektronikou na riadenie motorov je otázka jedného popoludnia. Softvér sa z vývojárskeho počítača do kitu zavádza cez USB rozhranie

Príklady vývojových dosiek populárnej platformy Arduino

Hlavnou nevýhodou vývojových kitov nie je ich cena, ale objem, hmotnosť a hlavne spotreba. Typický rozmer čipu je menej ako 1x1 cm, naproti tomu vývojová doska má rozmery 5 x 10 cm, čiže minimálne 50 x viac. Približne rovnaký ja aj pomer hmotnosti. Samozrejme k rozmerom a váhe čipu treba pripočítať aj plošný spoj a okolité súčiastky ale ten sa dá navrhnúť rozmerovo veľmi úsporne. 

Spotreba dosiek Arduino

Ku spotrebe mikrokontroléra a radičov periférií je potrebné pripočítať aj spotrebu pomocných obvodov, ktoré slúžia len na zavedenie kódu do mikrokontroléra a počas bežného fungovania nemajú význam. Na niektorých doskách sa tieto obvody dajú odstránením prepojky vypnúť

 

Porovnajte prúd určujúci spotrebu mikrokontroléra na ktorom beží programový kód v pomerne úspornom režime (na displeji dosky) s prúdom, ktorý potrebuje celá doska (zobrazený na meracom prístroji)

Zjednodušene povedané vývojová doska je perfektná do robotického vozidla a podobných väčších zariadení, ale ako riadiaca jednotka miniatúrneho zariadenia, či inteligentných hodiniek, kde záleží na rozmeroch, alebo drona, kde záleží na hmotnosti sa určite nehodí. Situácia sa však aj v tomto ohľade zlepšuje a na trh prichádzajú miniaturizované verzie známych dosiek, niektoré aj vo verzii na zabudovanie do nositeľných zariadení a odevu. 

Pripojené verzus odpojené

Dôležitým, ak nie najdôležitejším kritériom na výber riadiaceho mikrokontroléra, alebo vývojovej dosky je to, či zariadenie bude, alebo nebude pripojené k internetu, prípadne k smartfónu cez bluetooth. Určite vás napadla myšlienka, že v súčasnej ére internetu vecí treba zabudovať možnosť pripojenia aj v prípade ak projekt, či konštrukčný návrh zatiaľ nepredpokladá jeho využívania. Je to správna a perspektívna úvaha, jediným problémom je, že dosky s možnosťou pripojenia sú drahšie a energeticky náročnejšie.

Vynikajúcim kompromisom, ak internetové pripojenie zatiaľ nie je potrebné ale v budúcnosti by mohlo byť, je použiť vývojovú dosku modulárnej koncepcie, na ktorú sa dá pripojiť rozširujúca doska s ethernetovým konektorom, alebo WiFi.  Napríklad na Arduino nasadíte v prípade potreby dosku Ethernet Shield, alebo akúkoľvek dosku s I2C rozhraním môžete doplniť o vhodný externý komunikačný modul napríklad pre bluetooth DP83848 (5 €) 

Komunikačné moduly pre platformu Arduino

V pokračovaní sa budeme venovať platforme Arduino.

Zobrazit Galériu

Nechajte si posielať prehľad najdôležitejších správ emailom

Technológie 5

IoT prakticky – predstavujeme platformu BBC micro:bit vhodnú aj pre mladších žiakov

16.02.2019 00:10

Zariadenie BBC micro:bit je programovateľný mikropočítač. Je výsledkom spoločnej iniciatívy širokého spektra súkromných i verejných organizácií, ktorej cieľom bolo vytvorenie lacnej edukačnej platform ...

Technológie

IoT prakticky - spínanie zariadení pomocou Arduina

13.02.2019 00:10

V predchádzajúcej časti  seriálu sme sa venovali snímaniu hodnôt analógových veličín prostredníctvom analógových vstupov, ich zobrazovaniu na dvojriadkovom LCD displeji. Predtým sme v časti  venovanej ...

Technológie 2

IoT prakticky – snímanie analógových veličín a zobrazovanie na displeji

08.02.2019 00:10

Veľa aplikácií pre Arduino potrebuje priebežne, alebo v prípade potreby zobrazovať informácie a možnosť zobrazovania sa hodí aj pri ladení aplikácie, napríklad na vypísanie informácií o aktuálnom stav ...

q

3 Comments

  1. platforma ESP reakcia na: IoT prakticky – vývojové dosky a výber typu mikrokontroléra pre daný scenár
    Autor: Lubo
    28.1.2019 08:01
    Dosky pre ESP 8266 a ESP 32 sme predstavili v ďaľšom dieli seriálu https://www.pcrevue.sk/a/IoT-prakticky--E2-80-93-vykonna-a-lacna-platforma-ESP-s-WiFi
    Reagovať
  2. Dosky ESP32 a ESP8266 reakcia na: IoT prakticky – vývojové dosky a výber typu mikrokontroléra pre daný scenár
    Autor: Lubo
    18.1.2019 14:01
    Pamätáme samozrejme aj na túto platformu a máme pre ňu pripravené zelené pozadie :-) Mám ich objednané, mali by prísť každú chvíľu. Preto sa oo úvodného videa nedostali.
    Reagovať
  3. Andrej reakcia na: IoT prakticky – vývojové dosky a výber typu mikrokontroléra pre daný scenár
    18.1.2019 14:01
    Ked uz ste tak pekne rozobraly rozne vyvojove dosky, nebolo by zle popisat aj dosky s programovacim jazykom micropython. Typickym predstavitelom je pyboard. Excistuje mnozstvo dosiek s ESP32 rsp ESP8266, ktore maju podstatne vacsie moznosti ako arduino a pritom vyborne riadenie spotreby. Programovanie je mozne nielen cez micropython (ci uz priamo cez seriovu konzolu, alebo ide prostredia ako zerynth), ale aj cez arduino ide. Osobne som niektore projekty robil prave cez dosku Espressif ESP32 WLAN Dev Kit Board, ktora priamo obsahuje Wifi/Bluetooth, ktore pri arduine riesit je zbytocne zlozite a malo komfortne.
    Raspbeery PI je zase zbytocne velky system, kde bezi kompletny linux, nad ktorym nema clovek takmer kontrolu, ked potrebuje len nieco male riadit. Okrem toho je RPI haklive na korektne zapnutie, nie je to cirkularka ... a riadenie spotreby je takmer nulove. Aj pri odpajani jadier a podtaktovani sa nedostane z vydrzou na viac ako nikolko hodin z 10000 ky powerbanky.
    Reagovať

Apsara Yogaton

Videá



PC forum button