Od jakiegoś czasu witryna Arduino zawiera także dział oznaczony jako PRO – czyli profesjonalny. Chciałbym temu poświęcić słówko, bo jest to częścią pewnej rewolucji, która trochę została niezauważona, a tak naprawdę stała się nią już jakiś czas temu. Z edukacyjnej platformy, najpierw właściwie amatorskiej, potem rozrastającej się coraz silniej, ale wciąż uczelnianej i zabawowej, Arduino przekształciło się w środowisko przemysłowe, radzące sobie z najwyższymi wymaganiami stawianymi przez rynki profesjonalne. Realizację tego wspierało zarówno oprogramowanie – nie tylko wielokrotnie zweryfikowane środowisko Arduino, a też wiele innych, ale także ogromny rozwój sprzętowy. Tu już nie ma mowy o starym dobrym ośmiobitowym Uno, wszystkie platformy to współczesne rozwiązania, wspierające bezprzewodowość i AI.Arduino PRO skupia się przede wszystkim na IoT, czyli internecie rzeczy. Na ten składają się trzy elementy: sprzęt – energooszczędny, zasilany z lokalnych źródeł energii, które nie potrzebują uzupełniania jej przez dłuższy czas i wyposażony w zintegrowane czujniki środowiskowe, wspierające funkcje zasadnicze. Drugim jest oczywiście oprogramowani i z punktu widzenia „arduinowca” ważne jest to, że możemy budować całkiem złożone projekty za pomocą znanej nam, prostej platformy. Trzecim nieodzownym elementem IoT jest zdalny dostęp, czyli chmura. W wydaniu profesjonalnym postawiono na niezawodność i wiele dodatkowych możliwości, w tym w pełni konfigurowalny panel użytkownika.PRO to nie tylko nowy sposób projektowania, ale też tania migracja z systemów od dawna już nie wspieranych, co pozwala adaptować linie produkcyjne i złożone urządzenia do współczesnych wymagań i standardów i właśnie tutaj Arduino pokazuje swoją siłę. Nie jest też żadną tajemnicą, iż większość najtańszej elektroniki tzw. inteligentnej wykorzystuje tę platformę właśnie ze względu na koszta wdrożeń. Podsumowując: to już nie czasy, gdy Arduino kojarzyło się z amatorstwem, a używanie go w przemyśle świadczyło o skłonnościach do ryzyka. Dziś to w pełni dojrzała i niezawodna platforma.

126.png

Arduino PRO

Dotąd Arduino kojarzyło się z komputerkiem wykonującym ciąg działań, zwykle najszybciej jak to było możliwe albo w przedziałach czasu regulowanych timerami. Problem w tym, że harmonogramowanie nie było zbyt dokładne. Program dzielony delay’ami w ogóle nie mógł być brany pod uwagę jako układ czasu rzeczywistego (RTOS), ale nawet wykorzystanie przerwań i timerów nie dawało takiej gwarancji bez dogłębnej analizy kodu. Do sterowań wymagających ściśle określonych ramek czasowych potrzebny jest prawdziwy, certyfikowany RTOS i takim jest ZephyrOS.System wciąż jest dopracowywany, obecnie istnieje w wersji beta i wymaga określonej platformy. Gdy już zostanie ukończony, będzie stanowił kolejny milowy krok w świecie Arduino, otwierając dlań przestrzenie dotąd niedostępne ze względów bezpieczeństwa czy po prostu niepraktyczności. Gwarantowana wielozadaniowość przy harmonogramowaniu w czasie rzeczywistym umożliwi nie tylko budowanie urządzeń krytycznie zależnych od czasu, ale także obróbkę sygnałów w czasie realnym. I to wszystko z wykorzystaniem starego Arduino IDE i znanych bibliotek. ZephyrOS będzie kompatybilny z następującymi platformami:<ul><li>GIGA R1 WiFi</li><li>Opta</li><li>Portenta H7</li><li>Portenta C33</li><li>Nano 33 BLE</li></ul>

125.png

ZephyrOS

Niedawno przedstawianej płytce Nicla Sense Env wyprodukowano braciszka – z końcówką ME. Przypomnę, że seria płytek powstała specjalnie dla standardu Potenta oraz MKR i pracują one z interfejsem ESLOV bazującym na I2C. Wyposażono ją w czujnik ruchu 9DoF i czujnik środowiskowy 4DoF BHI260AP. Co ciekawe, płytka została opracowana z firmą Bosch Sensortec specjalnie na potrzeby rynku IoT i jest przeznaczona do pracy w standardzie przemysłowym. Płytka zawiera:<ul><li>Czujnik ruchu</li><li>Magnetometr</li><li>Czujnik ciśnienia, temperatury i wilgotności</li><li>Czujnik gazu 4in1 (zawierającym własne czujniki środowiskowe dla zwiększenia dokładności działania)</li></ul>Wymiary płytki to kwadrat o boku niespełna 23 mm, a elektronika jest całkowicie samodzielna. Po dostarczeniu zasilania potrafi samodzielnie gromadzić dane według harmonogramu w trybie 24/7 przy bardzo niskim zużyciu energii. Współpraca z systemem jest możliwa za pomocą szeregu interfejsów, w tym także bezprzewodowo, przez Bluetooth LE. Płytka posiada także złącze USB-C.Podobnie jak jej wcześniejsza wersja, nadaje się do uniwersalnych zastosowań przemysłowych, jak np. monitorowanie jakości powietrza, klimatyzatory, pompy ciepła, zastosowania automotive itp, a format stanowi świetną bazę dla prototypowania, jak też może także być elementem urządzeń produkowanych seryjnie. Wraz z płytką dostarczane są m. in. biblioteki zgodne z Arduino.

124.png

Arduino Nicla Sense ME

Kończą się wakacje i na oficjalnej stronie Arduino pojawiły się zestawy edukacyjne. Jeden jest Arduino Engineering Kit interesujący i tak sobie myślę, że wiele lat temu – gdy chodziłem do podstawówki jeszcze – sprawiłby mi wiele radości. Nie jest tani, ale łączy zarazem ideę Arduino i klocków, z których można budować ciekawe urządzenia. W skład zestawu wchodzą:<ul><li>Arduino Nano 33 IoT</li><li>Wzmacniacz prądu dla silników wraz z IMU</li><li>Trzy zestawy elementów mechanicznych dla trzech projektów pojazdów</li><li>Akumulator 18650 z obwodami ładowania</li><li>Dwa silniki z reduktorem i enkoderem</li><li>Silnik z enkoderami</li><li>Serwo</li><li>Kamera</li></ul>I wiele innych elementów. Zestaw pozwala budować naprawdę skomplikowane urządzenia, z czego chciałbym pokazać jedno: model motocykla, utrzymujący się bezwładnościowo w równowadze. Zestaw pozwala zapoznać się nie tylko z samym Arduino, ale także z aplikacjami MATLAB i Simulink (w zestawie jest roczna subskrypcja tych programów). Z innych projektów możemy zbudować robota – łazik z kamerą analizującą środowisko czy robota rysującego, będącego inteligentnym ploterem. Choć wydaje się, że zestaw został przygotowany dla dzieci jako zabawka, jest tak naprawdę pomocą treningową dla studentów automatyki przemysłowej i kierunków pochodnych.<img style="text-align: ; display: block" src="//arduino.pl/imgproxy/pvVbNlq1XULqZnMcP_F3_8TOWOEJaNDbTEmyJGX-b5s/f:webp/w:1200/bG9jYWw6Ly8vaW1hZ2VzLzEyM2ItLzY4YjE3LzA1MTg5LzEyM2ItNjhiMTcwNTE4OWQzNDAwMzk4NzU3MS5wbmc=.webp" class="center" loading="lazy">

123a.png

Arduino Engineering Kit

Czym jest MIDI? To standardowy interfejs instrumentów muzycznych i innych urządzeń związanych z produkcją muzyki i sceną. Wkrótce opiszę go dokładniej i poznamy kilka urządzeń wykorzystujących tę magistralę. A tytułem zapowiedzi – słówko tylko. MIDI zostało zdefiniowane na samym początku lat osiemdziesiątych i z założenia miało być odporne na ogromną ilość zakłóceń towarzyszących estradzie, pochodzących zwłaszcza od świateł scenicznych, regulowanych wówczas zwykle tyrystorami. Jedyna technologia, która dawała sobie radę, a nie była zbyt droga to pętla prądowa i izolacja galwaniczna. Przepływ prądu o natężeniu 5 mA lub jego brak reprezentował zera i jedynki, a każde urządzenie zawierało na wejściu transoptor zasilany owym prądem, eliminując problemy z pętlami masy, a także niebezpieczeństwa porażeń przy rozłączaniach.Szybkość ustalono na 31250 bps, co było wartością niestandardową, na tyle jednak szybką, by uniknąć słyszalnych opóźnień, a jednocześnie na tyle wolną, by móc użyć elementów tanich. Najciekawsze, że MIDI, które ma już 45 lat, wiąż żyje i ma się dobrze, a typowe dla tego formatu gniazdka DIN spotyka się obowiązkowo w każdym szanującym się sprzęcie muzycznym. Komputery najczęściej pracują z MIDI za pomocą konwerterów z USB, zwykle mieszczącym się na kablu.MIDI służy do włączania i wyłączania dźwięków – zgodnie z klawiaturą instrumentów, ale także do zdalnego operowania manipulatorami, zmianą programów i konfiguracji i ma bardzo wiele innych zastosowań, bo jest systemem otwartym. Jeśli czegoś nie uwzględniono w standardzie, zawsze można to dodać za pomocą niestandardowych łańcuchów danych o dowolnym formacie. MIDI służy więc zarówno do zdalnej kontroli w czasie rzeczywistym jak również do rejestracji wszystkich ruchów muzyka i odtwarzania ich w dowolnym czasie. Ale MIDI to nie tylko świat dźwięków i w późniejszym terminie dowiemy się jak za pomocą urządzeń MIDI obrabiać zdjęcia w Lightroomie.

122.png

MIDI

W miejscach odległych od źródeł internetu jedyna możliwość zdalnej współpracy to łączność satelitarna. Iridium stworzył system Certus 9704, który umożliwia wymianę danych za pomocą własnych satelitów, których jest 66 i obejmują zasięgiem cały świat. Sprzętowa część to płytka niewielkich rozmiarów (67 x 77 mm) realizująca łączność w obu kierunkach w standardzie IMT. W zestawie znaleźć można także akumulator 3 Ah oraz antenę. Płytka zawiera mikrokontroler ATSAMD21J18A, zestaw typowych interfejsów i 22 piny ogólnego przeznaczenia, jest więc dość podobny to typowego Arduino Uno. W razie potrzeby całość można zintegrować z płytką MAX-M10S GNSS odpowiedzialną za odczytywanie pozycji. Standard umożliwia przesyłanie pojedynczych pakietów do 100 kB, co w przypadku typowych zastosowań z Arduino jest aż nadto wystarczające.

121.png

Arduino i łączność satelitarna

Arduino ma jedną zaletę i wadę zarazem: jest to bardzo rozbudowany system i zwłaszcza na początku ciężko się połapać w tych wszystkich odmianach płytek, a zwłaszcza wśród modułów nowych, współpracujących z WiFi i IoT. Postanowiłem więc zrobić krótkie zestawienie z opisami.<ul><li>UNO R4 WiFi – następca najpopularniejszej płytki Uno, Renesas RA4M1 (48 MHz) i ESP32-S3, 256kB Flash, 32 kB RAM</li><li>Nano 33 IoT – trzydziestodwubitowa wersja popularnego modułu Nano, SAMD21 Cortex M0 (48 MHz) i 32bit low power ARM, 256kB Flash, 32 kB RAM</li><li>Nano ESP32 – nowoczesna wersja Nano, u-blox NORA W106 (240 MHz), 16 MB Flash, 8 MB RAM</li><li>Nano RP2040 Connect – Raspberry z wyprowadzeniami Nano i w pełni kompatybilny z Arduino, Raspberry Pi RP2040 (133 MHz), 16 MB Flash, 520 kB RAM</li><li>MKR WiFi 1010 – standard MKR (podobny do Nano), SAMD21 Cortex M0 (48 MHz) i 32bit low power ARM, 256kB Flash, 32 kB RAM</li><li>MKR WAN 1310 – standard MKR (podobny do Nano), SAMD21 Cortex M0 (48 MHz) i 32bit low power ARM, 256kB Flash, 32 kB RAM</li><li>MKR NB 1500 – powyższa wersja wyposażona w modem i gniazdo SIM, SAMD21 Cortex M0 (48 MHz) i 32bit low power ARM, 256kB Flash, 32 kB RAM</li><li>Portenta H7 – rozbudowana wersja podobna do Nano, z osiemdziesięciostykowym złączem i akceleratorem grafiki, STM32H747XI dual Cortex M7 i M4 32bit low power ARM (480 i 240 MHz), 16 MB Flash, 8 MB RAM</li><li>Opta – Arduino w module zgodnym z szyną DIN, spełnia normy przemysłowe, STM32H747XI dual Cortex M7 i M4 32bit low power ARM (480 i 240 MHz), 16 MB Flash, 1 MB RAM</li></ul>

120.png

Zestawienie Arduino zgodnych z IoT

Jeden z najpopularniejszych modułów Arduino Nano doczekał się aktualizacji do R4. Zacznijmy od tego, że pierwotnie Nano powstało jako zmniejszone Uno przy zachowaniu pełnej kompatybilności, a nawet lepiej – otrzymaliśmy tam dodatkowe dwa porty analogowe, ze względu na kształt mikrokontrolera w Uno niedostępne. Płytka jest znacznie mniejsza (4,3 x 1,7 cm) i po latach stanowi standard najpopularniejszy, na równi z wersją Mini, która jest takim Nano pozbawionym portu USB.Na pokładzie znajdziemy ten sam mikrokontroler Renesas RA4M1, który znajduje się na obu wersjach Uno R4. Płytka zawiera elementy tylko z jednej strony i wyposażono ją w złącze Qwiic do szybkiego podłączania kompatybilnych modułów Modulino – bez użycia lutownicy. Zawiera także diodę RGB, w przeciwieństwie do jednobarwnej, co pozwala na przedstawienie większej ilości stanów.Płytka ta spełnia standardy przemysłowe i jest zalecana do produkcji seryjnej. Może być zasilana napięciem do 21 woltów, a mikrokontroler jest napędzany zegarem 48 MHz. Zasoby pamięci są znacznie większe niż w wersjach wcześniejszych: ćwierć megabajta Flash, 32 kB RAM-u i 8 kB EEPROM-u. Mikrokontroler pracuje w logice pięciowoltowej.

119.png

Nowe Arduino Nano R4

Kolejny sposób na pozyskanie dokładnego czasu to skorzystanie ze standardu DCF77, czyli zegara wysyłanego drogą radiową z okolic Frankfurtu nad Menem. Nadajnik o mocy 50 kW, pracujący na częstotliwości 77,5 kHz zapewnia możliwość odbioru sygnału do około 2 tysięcy kilometrów, dzięki czemu jest dostępny na całym terytorium Polski. Sygnał odbieramy anteną ferrytową, podobną do tej, która zapewnia odbiór jedynki na falach długich, tylko krótszą. Stąd potrzeba odpowiedniego ustawienia anteny względem nadajnika: prostopadle, czyli wzdłuż osi mniej więcej północ-południe.Sam sygnał ma bardzo prymitywną budowę: jest przesyłany z szybkością jednego bitu na sekundę (!) więc cała ramka zajmuje 59 sekund. Raz na minutę brakuje impulsu i to jest informacja o początku ramki. Wewnątrz znajdziemy informacje o czasie i dacie – w kodzie BCD, a także o czasie letnim, bity parzystości (kilka) i nieistotną dla terenów Polski informację o pogodzie. Moduły zegara są powszechnie dostępne zarówno w stacjach pogody jak i jako elementy samodzielne, do wykorzystania z systemami mikroprocesorowymi, więc także z Arduino. Także tutaj mamy kilka bibliotek dekodujących sygnał, a jedną z nich wykorzystam wkrótce w artykule na temat realizacji takiego zegara.

118.png

DCF77 – radiowy zegar dla Europy

O wykorzystaniu GPS-a, na razie celem pozyskania bardzo dokładnego czasu, <a target="_blank" rel="noopener noreferrer nofollow" href="https://arduino.pl/articles/120-zegar-z-nieba-czyli-wstep-do-gps-u">napisałem niedawno artykuł.</a> Tytułem wprowadzenia – informacja o współpracy urządzeń pozyskujących czas i lokalizację satelitarną. Podstawowy protokół nazywa się NMEA i powstał głównie dla celów nawigacji morskiej. Jest to interfejs szeregowy o domyślnej szybkości 4800 bodów, ale z możliwością wyboru bitrate w szerokich granicach i bazuje na klasycznym RS232. Wydaje się dziś całkowicie przestarzały, lecz w profesjonalnych rozwiązaniach istotna jest niezawodność i kompatybilność, a oba te elementy są tu spełnione.Ramka ma do 82 bajtów i wysyłana jest paczkami raz na sekundę. Zawiera przede wszystkim dokładną lokalizację oraz czas dla strefy zero, który należy sobie przekonwertować zgodnie z czasem obowiązującym w strefie, w której odbiornik się znajduje. Poza tym w ramce znajdziemy informacje o wysokości, ilości widocznych satelitów i flagi jakości sygnału. Całość obejmuje suma kontrolna, więc o pomyłce nie ma mowy.Ramka nie jest skomplikowana do ręcznej obróbki, jednakże można skorzystać z gotowych bibliotek i jedną z nich, TinyGPS++, wykorzystuję we wspomnianym artykule, który skupia się na budowie dokładnego zegara.

Wiadomości

Przeglądaj wg kategorii

Nasi partnerzy