Użycie panela słonecznego to dopiero połowa pracy związanej z uzyskaniem źródła darmowej – a w przypadku Arduino raczej niezależnej od sieci energii. Kapryśne źródło, zależne od warunków pogodowych samo w sobie nie nadaje się do niczego, może z wyjątkiem jakichś prostych mechanicznych urządzeń typu fontanna. Na pewno elektronika nie będzie pracować w stopniu zadowalającym, jeśli co kilka minut napięcie będzie wyraźnie spadać albo wręcz zaniknać. Niezbędne w tym wypadku będą jeszcze trzy elementy: urządzenie zamieniające to kapryśne źródło energii w takie, które z powodzeniem będzie mogło ładować współpracujący z systemem akumulator, tenże i kolejne, które zamieni już mniej kapryśne, ale niestabilne napięcie akumulatora na oczekiwane przez układy zasilane. Zwykle pierwsze i trzecie urządzenie jest zintegrowane w jednym obwodzie i na zdjęciu widzimy przykład takiej płytki, pełniącej wszystkie wymienione zadania.Współpracuje ona z akumulatorem ołowiowym – mającym swoje zalety wobec baterii litowych, jeśli nie jest istotna waga i rozmiar. Akumulatory kwasowe są obecnie już bezobsługowe, bezpieczne i mają znacznie większe tolerancje napięciowe wobec wymagających ogniw litowych. Równocześnie płytka dostarcza już stabilnych napięć 12 i 5 woltów dla układów zasilanych, tak dysponując mocą, by priorytetem było przekierowanie energii z paneli, a dopiero gdy tej zabraknie – z akumulatora. Równocześnie akumulator jest utrzymywany w stanie pełnego naładowania z nadwyżek energii słonecznej.Oczywiście jest to tylko przykład, płytek podobnych znajdziemy mnóstwo, na różne napięcia, moce i rodzaje akumulatorów. W środowisku Arduino często będą przydatne małe zestawy składające się z panela o mocy pojedynczych watów, jednokomorowego akumulatora litowego i układu zarządzającego mocą pracującego w standardzie pięciu albo 3,3 woltów. Pamiętajmy, że im mniej zamian napięć, tym mniejsze straty.

089.png

Poznajemy peryferia - zarządzanie energią ze słońca

Można postawić tezę, iż symbolem początku XXI wieku w elektronice są słoneczne ogniwa. Wcześniej stosowane w ograniczonym stopniu – w naszym, cywilnym przypadku głównie w kalkulatorach, a w zastosowaniach profesjonalnych między innymi w przestrzeni kosmicznej – stały się powszechne i mają znaczący udział w tworzeniu energii już nie rzędu ułamków wata, a kilowatów. Tak więc i w świecie Arduino panele pojawiły się tam, gdzie potrzeba niezależnej od sieci elektrycznej pracy, czyli głównie w terenie czy w przypadku urządzeń często przenoszonych w miejsca z góry nieokreślone, a nie zawsze oferujące zasilanie. W tym przypadku moce zwykle będą dużo mniejsze, sięgające pojedynczych watów, chyba że będziemy chcieli zasilać także jakieś elementy wykonawcze o większym zapotrzebowaniu energetycznym.W każdym przypadku należy dobrać ogniwa pod względem prądu oferowanego i napięcia, a także warunków w jakich ogniwo będzie pracować. Prąd jest związany ściśle z powierzchnią panelu i generacją – wiadomą rzeczą jest, że nowsze będą bardziej wydajne. Z napięciem sprawa ma się inaczej: pojedyncza struktura oferuje jedynie połowę wolta. Dlatego panele zwykle zawierają pewną liczbę struktur połączoną szeregowo na stałe, a w razie potrzeby bliźniacze panele można łączyć w kolejne szeregi otrzymując wymagane napięcie docelowe. Zgodne ze wzorem na moc, im wyższe napięcie z danej powierzchni, tym niższy prąd maksymalny zostanie dostarczony. Tak więc wyboru konkretnego układu prąd-napięcie należy dokonać na wstępie, myśląc o zapotrzebowaniu energetycznym i układach współpracujących, przekształcających kapryśną energię w stabilne źródło. Podczas projektowania stacji zasilania nawet tych urządzeń, które potrzebują niewiele energii, trzeba pamiętać o energii średniej dla danego rejonu, położeniu paneli i brać poprawki na najgorszy scenariusz, czyli zimowe aury zachmurzonego nieba, które mogą trwać nawet miesiąc.Na koniec należy zadbać o zabezpieczenie fizyczne paneli. Surowe struktury są kruche i delikatne, dlatego wystawiane już bezpośrednio na warunki atmosferyczne zawsze w jakimś stopniu muszą być zabezpieczone, także przed deszczem, gradem i mrozem. Można skorzystać z oferty paneli w pełni zabezpieczonych albo zadbać samemu o odpowiednią izolację przyłączy.

088.png

Poznajemy peryferia - ogniwo słoneczne

Wydawałoby się: coś tak prostego nie potrzebuje wzmianki. Płytki stykowe zrobiły karierę dopiero od czasów Arduino, choć na zachodzie były dostępne już od lat siedemdziesiątych. Wielu elektroników (w tym ja) podchodziło do nich nieufnie, nie wierząc – poniekąd słusznie – w stabilność obwodów złożonych na takich płytkach. I tutaj trzeba się z tym zgodzić. Płytki takie służą do szybkiego uruchamiania obwodów, ale nie do pracy docelowej. Płytki te sprawiają problemy w warunkach wibracji czy przenoszenia, źle znoszą pracę z dużymi prądami i wysokimi częstotliwościami, zwłaszcza w świecie analogowym. Każdy, kto używał takich płytek wie, że lubią stamtąd wyskakiwać elementy, a zbyt grube końcówki mogą rozepchać styki, który potem nie poradzą sobie z łączeniem standardowych wyprowadzeń. Mimo to płytki te są fantastycznym rozwiązaniem do szybkiego uruchamiania projektów, zwłaszcza cyfrowych i doboru elementów.Mając płytkę należy sobie skompletować zestawy zworek o rozstawie n razy 1/10 cala, a także zestawy rezystorów po kilka sztuk: 220 Ω, 1 kΩ i 10 kΩ, kilka diod świecących w różnych kolorach wraz z rezystorem 1 kΩ przylutowanym na stałe, pasujące mikrostyki i wiązkę przewodów zakończonych godlpinami. Wówczas nie będzie potrzeby wyszukiwania tych wszystkich elementów za każdym razem, a biorą one udział praktycznie w każdym projekcie. Z czasem zresztą ten niezbędnik będzie się rozrastał.Z płytkami dobrze współpracują moduły Nano, Mini i Micro, a jeśli chodzi o same płytki – także mamy tu spory wybór. Widoczna na zdjęciu jest płytką malutką, podręczną, do konfiguracji prostych peryferii. Podstawowa, duża płytka stanowi pole centralne łączone pionowo połówkami oraz okalające je poziome listwy, do których zwyczajowo podłącza się zasilanie i masę. W każdym wypadku należy miernikiem zwarć sprawdzić połączenia, gdyż nie zawsze wszystko jest oczywiste. Duże płytki często stanowią niezależne połączenie dwóch płytek mniejszych, więc linie zasilania i masy są w połowie przerwane. Część płytek można ze sobą łączyć w nieograniczone struktury za pomocą zatrzasków znajdujących się z boku.

087.png

Poznajemy peryferia - płytka stykowa

Enkoder lub impulsator (niektórzy mówią: potencjometr „bez końca”) jest elementem kontrowersyjnym. Powszechnie pojawił się w latach dziewięćdziesiątych i zastąpił baterie potencjometrów, przejmując ich rolę jako element pojedynczy z możliwością wyboru funkcji za pomocą mikrostyków. Zagościł w sprzęcie AGD i w samochodach, niestety często po krótkim okresie poprawnej pracy psując się zwykle w denerwujący sposób. Któż nie zna problemów przeskakujących wartości albo wręcz cofających się? Za taki stan rzeczy odpowiada zarówno kiepska jakość tanich enkoderów jak i samego oprogramowania, bo algorytmy zamiany impulsów na wartości hipotetycznego potencjometru nie są wcale taką oczywistą sprawą.Impulsator – jak sama nazwa sugeruje – składa się z dwóch styków cyklicznie zwierających się podczas obracania gałką. Kąt zwarcia styków różni się nieco, więc analizując kolejność owych zwarć i rozwarć będziemy w stanie określić kierunek obrotu gałki, a częstotliwość przełączeń będzie świadczyła o szybkości obrotów. Algorytmy w zależności od potrzeby mogą utworzyć zmienną, której stan będzie rósł albo malał lub też dostarczą tylko samego impulsu na przykład dla systemu przerwań i informacji o kierunku obrotu. Arduino oferuje szereg bibliotek, które oferują takie usługi, wraz z elementami gwarantującymi stabilne odczyty nawet nieco już zużytych enkoderów, które generują szereg niestabilnych stanów podczas przełączeń styków.W przypadku zadań krytycznych czy też długotrwałych obciążeń, np. podczas stałych obrotów związanych z napędami czy silnikami, nie stosuje się enkoderów ciernych, a optyczne. Te – jeśli są zbudowane zgodnie ze sztuką i łożyskowane, będą praktycznie wieczne. Nie wymagają one też tak skomplikowanego oprogramowania, gdyż przełączenia bariery strumienia światła czy podczerwieni są wysoce stabilne i powtarzalne. Jednak enkodery optyczne, jeszcze do tego przemysłowe i szczelne, są znacznie droższe.Typowe enkodery panelowe, emulujące pracę potencjometru, mają często wbudowany dodatkowy styk, zwierany podczas wciskania gałki. Jest to bardzo przydatne do zatwierdzania ustawionej wartości czy szybkiego jej zerowania. W każdym przypadku warto wybierać enkodery sprawdzonych producentów, by zapewnić bezproblemową pracę przez długi czas. Kolejnym elementem, na który warto zwrócić uwagę jest rozdzielczość, czyli czułość zmian podczas obracania osi. Tę zawsze można obniżyć programowo, ale z reguły czulsze enkodery będą droższe, więc jeśli takie nie są potrzebne, nie ma sensu ich używać.

086.png

Poznajemy peryferia - enkoder

Potencjometr jest elementem dwóch światów: analogowego i cyfrowego. W drugim był początkowo ciałem obcym, wprost nieobsługiwanym i de facto to nadal czysto analogowy element. Jednak powszechność osadzania przetworników analogowo-cyfrowych w mikrokontrolerach sprawiła, że potencjometry jako elementy sterujące urządzeniami bądź informujące o położeniu tego czy innego elementu, stały się powszechnym wyposażeniem cyfrowych projektów.Potencjometr składa się ze ścieżki oporowej, po której krąży tak zwany ślizgacz. Początek ścieżki łączy się z masą, koniec – ze stabilnym napięciem odniesienia (często jest to po prostu napięcie zasilające). Zwykle mosiężny ślizgacz, wędrując po ścieżce otrzymuje wartość pośrednią napięcia, mniej więcej proporcjonalnego do swojego położenia. Ślizgacz jest związany z gałką lub suwakiem potencjometru: gałką gdy ścieżka została wytyczona na okręgu, suwakiem – gdy jest odcinkiem. W ten sposób położenie gałki generuje napięcie, które może już odczytać przetwornik A/D na przykład w Arduino i dowiedzieć się o tym, w jakim miejscu znajduje się ślizgacz.Jak wspomniałem, potencjometr przydaje się w dwóch grupach zastosowań. W pierwszej jest elementem panelu sterowania urządzenia. Możemy w ten sposób ustawiać poziom światła, głośności, barwy, czasu itd., wszystko co tylko podpowie nam wyobraźnia. Druga grupa oferuje informację o położeniu elementów ruchomych w ograniczonych granicach, np. ramienia robota, pozycji wysunięcia siłownika itp. Wobec enkoderów mamy tutaj niestety niższą trwałość. Ślizgacz potencjometr cyklicznie czyniący wędrówki po ścieżce oporowej w końcu ją wytrze. Enkoder optyczny jest nieśmiertelny. Ale enkodery, z wyjątkiem specjalistycznych rozwiązań, wymagają zerowania i pamiętania impulsów. Jeśli któryś się zgubi, czujnik się rozkalibruje. Potencjometr w każdych warunkach zwraca wartość rzeczywistą.Jeszcze jedną zaletą potencjometrów – a czasem także wadą – jest związanie położenia gałki z wartością odczytywaną. Innymi słowy, gałka zgrubnie określa poziom parametru ustawianego, więc takie urządzenia nie muszą posiadać wyświetlacza. Potencjometry często występują w projektach prezentowanych przeze mnie, zatem zapraszam do ich śledzenia.

085.png

Poznajemy peryferia - potencjometr

W moim niedawnym dziesięcioczęściowym podsumowaniu i uporządkowaniu wiedzy brakło jednego elementu: zestawienia skrótów. Jak większość wie, zamiast pisać:<pre><code class="language-arduino">zmienna = zmienna + 1;</code></pre>piszemy:<pre><code class="language-arduino">zmienna++;</code></pre>Zestawmy sobie zatem pozostałe skróty.<ul><li>x=x+1 x++ (zwiększ o jeden)</li><li>x=x-1 x-- (zmniejsz o jeden)</li><li>x=x+y x+=y (dodawanie)</li><li>x=x-y x-=y (odejmowanie)</li><li>x=x*y x*=y (mnożenie)</li><li>x=x/y x/=y (dzielenie)</li><li>x=x%y x%=y (reszta z dzielenia)</li><li>x=x&amp;y x&amp;=y (AND)</li><li>x=x|y x|=y (OR)</li><li>x=x^y x^=y (XOR)</li></ul>Okazji do użycia niektórych tu widocznych skrótów możemy nie mieć zbyt częstej, ale przynajmniej cztery pierwsze przydadzą się praktycznie w każdym projekcie.

084.png

Skróty w Arduino

Oto nowy, ciekawy shield „komunikacyjny”. Wspiera Single-Pair Ethernet (SPE) oraz RS485. SPE to odmiana standardu Ethernet, która wspiera także zasilanie, a wszystko jedną parą przewodów. Standard definiuje: do 60 watów mocy przy 100 Mbps. Będąc połączeniem elektrycznym, jest odporny na wszystkie problemy połączeń bezprzewodowych i ma zastosowanie przede wszystkim w przemyśle, a ograniczenie do pary przewodów nie tylko obniża koszta prowadzenia nowych linii, ale umożliwia wykorzystanie rezerwowych par już istniejących. SPE uważany jest jako następca standardu sieciowego, szczególnie dla peryferiów wymagających do zasilania niewielkich mocy. Jest zorientowany na niezawodność i użycie w profesjonalnych rozwiązaniach przemysłowych. Płytka wspiera także standard RS485, będący już bardzo wiekowym, a wciąż używanym w przemyśle. Współpracuje z platformą Uno R4 i powstała przy współpracy z Microchipem.

083.png

Arduino UNO SPE

O robocie Alvik <a target="_blank" rel="noopener noreferrer nofollow" href="https://arduino.pl/articles/alvik-edukacyjny-robot">pisałem niedawno.</a> Przypomnę, że to zabawka edukacyjna będąca poruszającą się platformą z szeregiem czujników, mogąca być rozbudowywana o manipulatory i kolejne peryferia. Z myślą przede wszystkim o najmłodszych udostępniono alternatywny sposób programowania za pomocą języka blokowego. Młody człowiek, spotykając się z automatyką po raz pierwszy w życiu, nie musi poznawać języka programowania stricte, pojęć i składni, a może skupić się na tworzeniu algorytmu dla konkretnych zadań, w tym wypadku będących częścią zabawy. W ten sposób osiąga rezultaty szybciej i nie zniechęca się, grzęznąć w abstrakcyjnym świecie pojęć, które swą zagadkę ujawniają dopiero będąc działającą całością.Platforma dostępna jest nie tylko na pecety i macki, ale też na chromebooki. Do tego Alvik integruje się z LEGO Technic, stając się częścią rozbudowanych konfiguracji do interaktywnej zabawy. Wsparcie i dokumentacja projektu obejmuje także zorganizowane zajęcia szkolne z wyjaśnianiem takich pojęć jak pętle, warunki, zmienne, a z czasem pozwala przyjrzeć się konkretnym instrukcjom poszczególnych bloków i rozwiązać problemy na nowo, już w bardziej klasycznym stylu.A ja życzyłbym sobie podobnego podejścia do edukacji w naszych szkołach, niekoniecznie przy wykorzystaniu tej platformy, ale jakiejkolwiek alternatywy.

082.png

Robot Alvik - teraz programowalny blokowo

Fakt, że Arduino – idea edukacyjno-amatorska – dawno już taką przestała być, są kolejne serie platform kompatybilnych, które są projektowane do pracy w przemyśle profesjonalnym. Jednak samochód, który wykorzystuje takie układy, wydaje się być projektem naprawdę odważnym.Batteryrunner to owoc pracy włoskiej manufaktury i jest zbudowany ze stopów aluminium. Jest oczywiście elektryczny i przejechał już ponad tysiąc kilometrów. Składa się z tysięcy aluminiowych elementów wykrawanych laserem. Arduino, a właściwie kilkanaście różnych płytek, użyto tutaj do sterowań mniej krytycznymi modułami. I tak kostki Nano obsługują takie rzeczy jak prędkościomierz czy silniki krokowe. Mega – obsługuje deskę rozdzielczą, inne – elementami wykonawczymi, jak kierunkowskazy, światła, wycieraczki itp. R4 za pomocą protokołów CAN obsługują akumulatory. Projekt żyje i jest aktualizowany i rozbudowywany o takie elementy automatyki jak synteza głosu komunikatora, łączność z siecią i poszerzony monitoring.Co by nie myśleć o projekcie, jak by nie było, eksperymentalnym, jedno jest pewne: w tym wypadku nie ma żadnych niewiadomych, a wszelkie zmiany i ulepszenia leżą w gestii właściciela. Przydałoby się choć trochę takich możliwości w zwyczajnych samochodach, zwłaszcza wtedy, gdy na przykład po wrzuceniu wstecznego biegu włącza się tylna kamerka, ale już nie chce się wyłączyć do czasu wyłączenia silnika i ponownego jego włączenia, czego już doświadczyłem kilka razy w modelu jak najbardziej seryjnym i ledwo przekraczającym rok od momentu wyprodukowania ;)

081.png

Samochód napędzany… Arduinem?

Chmura Arduino ma swoje zalety, ale i wady. O zaletach pisałem już nieraz, wadą jest to, że elementów, które mogą zawieść jest więcej. Peryferia znajdują się daleko, a do przekazywania informacji wymagana jest infrastruktura składająca się z całego łańcucha etapów: wifi – punkt dostępu – operator łącza internetowego – zarządca chmury i to samo, tylko w drugą stronę. Gdy któryś z tych elementów zawiedzie, nie będziemy mieć kontaktu z urządzeniem po drugie stronie zawiłej drogi wymiany danych.Część problemów rozwiąże nowość: wbudowany w chmurę Arduino system zwany Device Status Notifications, który powiadomi nas natychmiast, gdy druga część drogi zostanie utracona. Powody oczywiście mogą być różne i do nas należy interpretacja przyczyn. Zatem jeśli mamy zespół peryferii, z których milknie jedno, sprawą oczywistą będzie problem z nim albo komunikacją między nim, a punktem dostępu. Jeśli stracimy łączność z całą grupą – problemem będzie któryś z etapów wymiany danych.Na każdą z ewentualności nowe opcje arduinowej chmury wyślą nam powiadomienia o utracie łączności, jak i o jej powrocie. System jest elastyczny, umożliwia wysyłanie komunikatów natychmiast jak i po pewnym czasie, w serii albo pojedynczo, za pomocą apki – także w postaci powiadomień wyskakujących albo na maila.Taka możliwość nie tylko podnosi jakość chmurowych usług do poziomu profesjonalnego, ale może się także przydać, gdy peryferia planowo opuszczają strefę zasięgu i wówczas można monitorować fakt powrotu do niej i podejmować takie działania jak na przykład zrzut logów tworzonych podczas podróży urządzenia.

Wiadomości

Przeglądaj wg kategorii

Nasi partnerzy