Arduino – mikrokontrollerek mindenkinek!
Mindenki, aki műszaki érdeklődésű, legalább hallott már az Arduinoról, mivel egyedülálló tulajdonságainak köszönhetően könnyen vált népszerűvé.

 

Napjainkban, a rajongók által létrehozott és kifejlesztett Arduino vállalat állítja fel a szabványokat a csatlakozók és a jelelosztás területén is még a mikrovezérlőket vagy kiértékelő paneleket gyártó hatalmas vállalatok számára is. Mi is az Arduino, és miért vált az oktatás és a prototípuskészítés nem hivatalos irányadójává? És végül: mik az Arduino típusai, mit tudunk vele kezdeni, és hogyan lehet felhasználni saját alkalmazásainkhoz?

Arduino – tökéletes választás kezdő programozók számára

Ha a mikrovezérlők programozásának megtanulására törekszünk, akkor az Arduino platform tökéletes választás. Ugyanez a helyzet, ha a technológia rajongói vagyunk, van ötletünk és szeretnénk gyorsan létrehozni egy mikrovezérlőn és szabványos perifériákon alapuló eszközt, például alfanumerikus kijelzők, grafikus kijelzők, LED, LCD gombokkal vagy anélkül, érzékelők, sebességváltó modulok, motor és mágnesszelep meghajtók és még sok más. Az Arduino platform akkor is hasznos, ha egy rövid sorozatot szeretnénk gyártani, az egység „szíveként” egy mikrovezérlővel, amely nem feltétlenül Arduino bővítő modulokkal működik.

Arduino – mi is ez tulajdonképpen?

Mi az Arduino? Nem csupán egy egykártyás számítógép (általában amikor azt mondjuk, “Arduino”, csak magát a panelt értjük), hanem egy teljes platform, amely könnyen használható eszközökön és szoftvereken alapul. Ami fontos, hogy ez egy nyílt forráskódú platform, amely hozzáférést biztosít ingyenes, részletes dokumentációkhoz, valamint diagramokhoz és programforrásokhoz.

Általában az Arduino platformon alapuló eszköz egy prototípus panelből áll, amelyhez tartozik egy mikrovezérlő és egy bővítőmodul, az úgynevezett pajzs. A legtöbb Arduino prototípus panel rendelkezik USB interfésszel, amelyet asztali számítógéppel programozhatunk. A mikrokontroller jeleket bővítőmodulokkal ellátott aljzatokba vagy forrasztási pontba továbbítják. Mivel az alaplapokat miniatűr modulként kínálják, néha köznyelven „Arduino mikrokontrollereknek” vagy „Arduino egykártyás számítógépeknek” nevezzük őket.

 

 

1. ábra Bővítőmodul LED kijelzővel és nyomógombokkal. Segítségével könnyen készíthető óra.

Arduino programozás

Az Arduino programozási nyelv szintaxisa szorosan kapcsolódik a C++ nyelvhez, és igencsak népszerűvé vált a mikrokontroller programozók körében. Az Arduino programozási környezet nagy előnye, hogy számos könyvtár áll rendelkezésre, amelyek megkönnyítik a program és a felhasználók által a világ minden táján kifejlesztett számtalan alkalmazás létrehozását. Ezenkívül a programozási környezet könnyen hozzáférhető, függetlenül attól, hogy mire használható. Magára a prototípus panelre is igaz - ha nem akarjuk megvásárolni, akkor a rendelkezésre álló dokumentumok alapján saját magunk is létrehozhatjuk.

Az Arduino rövid története

Az Arduino ötletét Olaszországban, az Ivrea Interaction Design Institute-ben fogalmazták meg. Az Arduino platformot prototípusok gyors létrehozása és programozási készségek fejlesztése céljából tervezték olyan hallgatók, akik korábban nem voltak jártasak az elektronikában vagy a programozásban. Az Arduino készítőinek briliáns ötlete nemcsak az akadémiai területen, hanem azon túl is bevált, sok embernek segített a tanulásában vagy saját ötleteinek gyors megvalósításában. Miután túllépett az egyetemi környezeten és a felhasználók nagyobb csoportja is elismerte, az Arduino platformnak új kihívásokhoz kellett alkalmazkodnia, és új igényeknek megfelelnie.

Ezzel párhuzamosan a prototípus panelek portfóliója jelentősen diverzifikálódott, és már nemcsak az egyszerű 8-bites egységeket tartalmazta, hanem egy kifinomultabb eszközt is, amelyet 3D nyomtatókkal, IoT eszközökkel, hordozható eszközökkel és más, igényesebb alkalmazásokkal való használatra terveztek. Az összes Arduino panel nyílt forráskódú licenc feltételeken alapul, amelyek lehetővé teszik a felhasználók számára, az önálló felhasználást és szabad beállításokat. A szoftver szintén nyílt forráskódú, és a világ minden tájáról származó felhasználók hozzájárulásának köszönhetően fejlődik.

Miért az Arduino?

Néhány évvel ezelőtt minden értékelő panel vagy mikrokontroller gyártó saját csatlakozó szabvánnyal is rendelkezett. Most a legtöbben átálltak az Arduino által bevezetett informális „szabványra”. A fő ok, az Arduino népszerűségén kívül, valószínűleg a bővítő modulok széles skálájának elérhetősége (más néven pajzs – lásd itt). Ha egy értékelő panel kimenetei megfelelnek az Arduino kimeneteinek, a felhasználó szabadon igénybe veheti az Arduino bővítményeinek hatalmas kínálatát, amely lehetővé teszi a prototípus funkcionalitásának egyszerű, olcsó és gyors elérését. Ez az értékelőpanel gyártója számára is előnyös, mivel ezentúl ő maga a mikrovezérlő alkalmazására összpontosíthat, az együttműködő alkatrészek minimális készletével, ami viszont lehetővé teszi a végső ár csökkentését.

 


 

2. ábra Bővítőmodul GSM modemmel. Hasznos lehet értesítési funkcióval bíró riasztó készítésekor.

Könnyű kezelhetősége, elérhetősége és a felhasználók változatos igényei miatt az Arduino használatával megvalósított projektek között számos ötletre és problémára lehet megoldást találni szinte minden eszközhöz. Használhatók közvetlenül vagy referenciaként. Az alkalmazáskészítéshez használt szoftver (Arduino IDE) még kezdők számára is igen könnyen használható, ugyanakkor nagyon rugalmas, sok lehetőséget kínál a haladóbb felhasználók számára is. Futtatható Mac OS, Windows és Linux operációs rendszerekkel, így változatos hardverpreferenciákkal és pénzügyi lehetőségekkel rendelkező felhasználók számára érhető el.

Lehetetlen számontartani az összes Arduino alkalmazást, mivel mind a szakemberek, mind a hobbifelhasználók lelkesen használják. A diákok és a tanárok az Arduino segítségével olcsó mérőeszközöket állítanak elő, nemcsak elektromos értékek mérésére, hanem kémiai és fizikai kísérletekhez tervezett eszközöket is. A programozást tanító tanárok világszerte használják az iskolákban. A tervezők és építészek interaktív építési prototípusokat készítenek az Arduinoval.

A zenészek és művészek interaktív művészi installációkat hoznak létre, és új típusú hangszerekkel kísérleteznek. Sokak számára az Arduino platform kulcsfontosságú eszköz az új készségek elsajátításához. Mindenki használhatja: gyerekek, hobbisták, művészek, programozók, tervezőmérnökök és még sokan mások. A lépésenkénti utasítások alapján bárki építhet eszközt és megoszthatja ötleteit online az Arduino közösség többi tagjával.

Melyik Arduino terméket válasszuk?

Általában az Arduino platformon alapuló prototípus vagy eszköz létrehozásához szükség van egy prototípus panelre, amely az igényeinknek megfelelő mikrovezérlővel van felszerelve, egy bővítő modulra, azaz egy pajzsra, Arduino IDE szoftverre, USB kábelre, tápegységre és PC-re. Jelenleg a rendszer különféle Arduino típusokat tartalmaz, különböző mikrokontrollerekkel és hatalmas számú bővítőmodullal. A példamodulokat az 1 ...3 ábrák mutatják be.

Típustól függően az Arduino panelek csatlakozókkal vannak felszerelve - foglalatok arany érintkezőkhöz vagy forrasztási pontokhoz, amelyek nemcsak a panel csatlakoztatásához használhatók, hanem a beágyazott készülék nyomtatott áramköri lapjára is felszerelhetők, ha az Arduino mikrokomputer központi egységként szolgál. Minden panelnek van egy mikrovezérlő memóriájában mentett rendszerbetöltője. A rendszerindítót az „in-circuit” processzor programozására használják (anélkül, hogy azt ki kellene forrasztani a rendszerből), az Arduino IDE menü opcióinak kiválasztásával.

 

 

3. ábra Bővítőmodul Ethernet interfésszel. Otthoni automatizálási készülékekhez használhatók.

Az Arduino prototípus panelek jelenlegi listáját a táblázat tartalmazza. Legtöbbjük AVR magos mikrovezérlőket használ, de Intel processzorral felszerelt megoldások, valamint az ARM Cortex-M0+ maggal felszerelt SAM21 is elérhető. A táblázat nem tartalmazza az Espressif Systems magokkal ellátott paneleket (például a népszerű ESP8266-ot), amelyek szintén programozhatók Arduino IDE-vel. A panel kiválasztása során a mikrokontroller tulajdonságait kell figyelembe venni. Az egyes egységek különböznek a rendelkezésre álló memória, az alapsebesség vagy a funkcióblokkok tekintetében, például: interfészek, időzítők, PMW generátorok stb. Érdemes figyelni a panel kimeneteire is, mivel néhányuknak nincsenek csatlakozói - ehelyett forrasztásra tervezték őket.

 

1.táblázat: A jelenleg kínált Arduino panelek listája

Arduino panel típus

Processzor típus

IO feszültség /teljesítmény [V]

CPU Frekvencia [Mhz]

Analóg bemenetek/kimenetek

Digitális bemenetek/kimenetek / PWM szám

EEPROM [kB]

SRAM [kB]

Flash [kB]

USB

UART

LilyPad USB

ATmega32U4

3.3/3.8…5

8

4/0

9/4

1

2,5

32

-

Micro

Mega 2560

ATmega2560

5/7…12

16

16/0

54/15

4

8

256

Type B

4

Micro

ATmega32U4

5/7…12

16

12/0

20/7

1

2.5

32

Micro

1

MKR1000

SAMD21 Cortex-M0+

3.3/5

48

7/1

8/4

-

32

256

Micro

1

Uno

ATmega328P

5/7…12

16

6/0

14/6

1

2

32

B típus

1

Zero

ATSAMD21G18

3.3/7…12

48

6/1

14/10

-

32

256

2×Micro

2

Due

ATSAM3X8E

3.3/7…12

84

12/2

54/12

-

96

512

2×Micro

4

Leonardo

ATmega32U4

5/7…12

16

12/0

20/7

1

2,5

32

Micro

1

Nano

ATmega168; ATmega328P

5/7…9

16

8/0

14/6

0.512; 1

1; 2

16; 32

Mini

1

MKRZero

SAMD21 (Cortex-M0+)

3.3

48

7 (ADC 8/10/12 bit)/1 (DAC 10 bit)

22/12

-

32 kB

256 kB

Igen

1

Yun Rev 2

ATmega32U4; Atheros AR9331

5; 3.3V

16; 400

12/0

20

1

2.5; 64 MB DDR2

32; 16 MB

IIgen

1

Uno WiFi Rev2

ATmega4808; Rádió modul u-blox NINA-W102

5/7…12

16

6/0

14

0,256

6

48

Igen

1

Nano 33 IoT

SAMD21 (Cortex-M0+)

3.3/3.6…21

48

8/1

14

-

32

256

Igen

1

Nano 33 BLE

nRF52840

3.3/3.6…21

64

8/0

14

-

256

1MB

Igen

1

Nano 33 BLE Sense

nRF52840

3.3/3.6…21

64

8/0

14

-

256

1MB

Igen

1

MKR1000 WiFi

SAMD21 (Cortex-M0+)

3.3/5

48

7/1

8

-

32

256

Igen

1

 

MKR1010 WiFi

SAMD21 (Cortex-M0+)

3.3/5

48

7/1

8

-

32

256

Igen1

MKR Vidor 4000

SAMD21 (Cortex-M0+); FPGA Intel Cyclone 10CL016

3.3/5

48; 48…200

7/1; -/-

8; 22

-

32; 8MB SDRAM

256; 2MB

Igen

1; 7

MKR Fox 1200

SAMD21 (Cortex-M0+); Rádió modul Microchip Smart RF ATA8520

3.3/5

48

7/1

8

-

32

256

Igen

1

MKR GSM 1400

SAMD21 (Cortex-M0+); Rádió modul u-blox SARA-U201

3.3/5

48

7/1

8

-

32

256

Igen

1

MKR NB 1500

SAMD21 (Cortex-M0+); Rádió modul u-blox SARA-R410M-02B

3.3/5

48

7/1

8

-

32

256

Igen

1

MKR WAN 1310

SAMD21 (Cortex-M0+); Rádió modul CMWX1ZZABZ

3.3/5

48

7/1

8

-

32

256

Igen

1

MKR WAN 1300 (LoRA Connectivity)

SAMD21 (Cortex-M0+); Rádió modul CMWX1ZZABZ

3.3/5

48

7/1

8

-

32

256

Igen

1

Portenta H7

STM32H747XI (Cortex-M7+M4); Rádió modul Murata 1DX WiFi és Bluetooth 5.1

3.3/5

480

7/2

15/8

-

1MB

2MB

Igen

4

 

Arduino Nano, Arduino Uno és mások

Az Arduino által kínált megfizethető panelek és ingyenes programozási környezet remek alternatívát jelent a piacon található más értékelési platformokhoz képest, amelyeket például a mikrovezérlők gyártói kínálnak. A dokumentáció és a nyílt források rendelkezésre állása lehetővé teszi a platform független módosítását és az igényeinek megfelelő kiigazítását. Komplett Arduino panelek érhetők el megfizethető áron.

A kezdők számára az Arduino Uno jó kiindulópont. Normál USB csatlakozóval lett felszerelve, amellyel egyszerűen csatlakoztathatja az alaplapot a számítógéphez, és egyetlen kattintással feltöltheti a szoftvert. A panelre szerelt ATMEGA328 mikrokontroller elegendő memóriát és hardverforrást tartalmaz számos vezérlő alkalmazás végrehajtásához. A CPU órajel (frekvencia) 16 MHz, ami 62,5 nanoszekundumos gépi ciklust biztosít, a mikrovezérlőhöz használt AVR mag pedig végrehajtja az utasítások nagy részét egyetlen gépi ciklusban.

Több tapasztalat és hozzáértés birtokában más változatok is használhatók, például az Arduino Due, a Mega 2560 és mások. Az Arduino Nano modell a nagyobb áramkörök miniatürizált változata, de pl. feszültségstabilizátor vagy teljes méretű USB-port nélkül. A Nano azonban ugyanazzal a 8-bites processzorral van felszerelve, mint az Uno panel, de a teljes mérete jóval kisebb. A Nano sorozat esetében a NYÁK-méret 18mmx45mm! Ami még fontos, hogy a hardverváltás ellenére ugyanaz a programozási környezet továbbra is használható.

Normál esetben a mikrokontrollerek programozása USB interfészen keresztül történik. Ahhoz, hogy az Arduino USB interfész működjön az operációs rendszerünkkel, megfelelő vezérlőre van szükség. A vezérlőt az operációs rendszer telepíti a panel csatlakoztatása és a rendszerbetöltő indítása után. Az eredeti Arduino IDE-t a Windows szem előtt tartásával fejlesztették ki, így a legtöbb rendszerbetöltő elérhető a Windows számára, és csak egy részét igazítják más operációs rendszerekhez. Ha valaki MacOS vagy Linux rendszerű számítógéppel dolgozik, akkor érdemes megvizsgálni az Arduino prototípus panel kompatibilitását az adott rendszerrel, mielőtt úgy dönt, hogy megvásárolja.

 


 

 

4. ábra Az Arduino Uno R3 a kezdőknek ajánlott

Végül hadd említsük meg az Arduino felhasználói weboldalát, amely a következő címen érhető el: https://www.arduino.cc/, ahol megtalálhatók a programok aktuális verziói, különféle alkalmazások, felhasználói fórum és adatbázis. Az oldalon ezenkívül diagramok és az Arduino panelek elektromos paraméterei, leírások és adatlapok paraméterekkel is megtalálhatók beleértve a kezdőknek ajánlott Arduino Uno R3 (4. ábra) leírását is. Nagyon sok kiegészítő, modult kínálunk, és számos alkalmazáspélda érhető el más internetes oldalakon is. Megtalálhatók a keresőmotorok vagy a szoftverfejlesztésnek és az elektronikának szentelt fórumok segítségével.

(A cikk forrása:www.tme.eu)

Úton az iparosított mesterséges intelligencia felé
A mesterséges intelligenciával ellátott döntéstámogató rendszerek és alkalmazások bevezetésére irányuló projektek száma rohamos tempóban növekszik, mely a következő években alapfeltétele lehet a versenyben maradásnak.
MES rendszerek új nemzedéke a jövő gyárában
Bár funkcióik szállító és iparági fókusz függvényében eltérhetnek, a MES rendszerek mindegyike a termelékenységet és a minőséget javítja. Új nemzedékük az ipar digitális átalakulásához, az okosgyártáshoz szükséges technológiákat kapcsolja össze.
A Ford szerint is az elektromos autóké a jövő
A Ford 2026 közepére európai személyautó-palettájának 100 százalékában megjelenik a nulla károsanyag-kibocsátásra képes, tisztán elektromos vagy plug-in hibrid hajtás, 2030-ra pedig a teljes kínálatban elérhető lesz a tisztán elektromos hajtás.
Válságban a tudás a legjobb befektetés
Minden bizonnyal erre a  megállapításra jutottak a Robot-X Kft.-nél is, amikor alig egy éve a Manhattan Akadémiával együttműködve már az  állami felnőttképzési programkövetelmény alapján szervezték át robotkezelő és -programozó képzésüket.
Felgyorsulhat a szoftveralapú járművek fejlesztése
A Bosch és a Microsoft közösen fejlesztenek szoftverplatformot az autók és a felhő közötti zökkenőmentes kapcsolat létrehozására.