8. Mikrokontroléry – řídící jednotky
Jsme rádi, že se jeden z našich nápadů – vytvářet konstrukční systémy vestavěné do obyčejných elektroinstalačních krabiček LK80 – tak hezky ujal. Sami je v octopusLAB používáme už druhým rokem a zkoušíme i jiné kombinace s 3D tiskem (modely hledejte na thingiverse.com/octopus_lab), laserem řezaným plexisklem nebo stavebnicemi Merkur, Totem i Lego. Pro mechatronické prvky robotů a manipulátorů testujeme i další vlastní systémy – o tom někdy příště.
Na obrázku v krabičkách zleva: v krabičce s oranžovým vypínačem je klon klasického Arduina, vedle v krabičce je programátor Attiny z Aruino NANO, a následuje Raspberry Pi a modul s Attiny, dolní řada je Raspberry ZERO, a nakonec naše oblíbené ESP32.
Bez měření není řízení
Číslicová regulace se dá popsat i zjednodušeně:
z čidel získáváme vstupní informace (vstupy), které jako „čísla“ dále zpracováváme a vyhodnocujeme – pak podle potřeby řídíme výstupní akční signály. Blokové schéma je velmi podobné i základnímu principu osobního počítače (stejně tak tabletu nebo mobilnímu telefonu)
Vstupy nejsou jenom čidla a senzory. Mohou to být samostatná tlačítka nebo spínače, celá klávesnice, myš nebo mikrofon či kamera. Ale jsou velmi důležité – jako vstupní zadání nebo měření.
Zpracování – řídící systém provádí nejčastěji nějakou regulaci nebo řízení na základě vstupních signálů – požadavků nebo měřených dat.
Výstupy pak zase mohou být zobrazovací prvky (od obyčejné LED diody nebo více RGB barevných až po monitor. Dále to mohou být akční prvky: ventily, serva, motory…
Komunikace – tu máme odděleně a navíc proto, protože v moderním řízení (Internet věcí nebo průmysl 4.0) se velmi často komunikuje i s nadřazenou řídící jednotkou nebo moduly komunikují samostatně mezi sebou (nejenom po sběrnicích, ale i bezdrátově WiFi, BT…) a komunikace tvoří velmi důležitou a specifickou část.
V minulém díle, jsme naznačili, že vše se točí kolem polovodičů – jádrem (srdcem nebo mozkem, jak to kdo preferuje) každého elektronického zařízení je v současnosti mikroprocesor nebo mikrokontrolér, zahrnující navíc část vstupních, výstupních i komunikačních obvodů v jediném „pouzdře“. Tím pouzdrem bývá integrovaný obvod, který obsahuje křemíkový čip plný tranzistorů (a dalších součástek), z nich tvořených hradel, klopných obvodů a celých komplexních miniaturních podsystémů, podle použití a potřeby. Vybereme jen některé z aktuálně dostupných a na část z nich se zaměříme podrobněji.
Raspberry Pi je miniaturní plnohodnotný počítač s operačním systémem. Mezi „obyčejnými“ mikrokontroléry ho uvádíme především pro jeho všestranné využití i pro IoT (především model ZERO W). Oproti klasickému počítači má vyvedeno GPIO (General-purpose input/output), obecně použitelné digitální vstupy a výstupy a celou řadu sběrnic (UART, SPI, I2C…) V dohledné době se jím podrobněji zabývat nebudeme, jen občas zmíníme některé speciální použití (například pro IP-kameru nebo rozpoznávání obrazů a pod.)
Arduino (UNO, NANO, MEGA…) se také do hloubky probírat nechystáme, je to natolik oblíbená a rozšířená platforma, že se v dalších dílech raději zaměříme na úplně nejmenší mikrokontrolér v řadě: Attiny (procesor z rodiny Atmel, programovatelný z i prostředí Arduina v jazyce C)