Перспективы развития микропроцессорной платформы Arduino, её применение и пример реализации на основе пожарной сигнализации

В настоящее время существует множество микроконтроллеров и платформ для осуществления управления физическими процессами применительно к микропроцессорным комплексам. Большинство этих устройств объединяют разрозненную информацию о программировании и заключают её в простую в использовании сборку.

Фирма Arduino (Италия), в свою очередь, тоже упрощает процесс работы с микроконтроллерами, однако обеспечивает ряд преимуществ перед другими устройствами из-за простой и понятной среды программирования, низкой цены и множеством плат расширения.

Платформа Arduino может стать основным элементом для исследования и решения задач в областях мехатроники и робототехники.

Целью статьи является анализ возможностей аппаратной вычислительной платформы Arduino и реализация системы пожарной сигнализации на основе Arduino.

Задачи:  ознакомление с функциональным описанием и техническими характеристиками на примере платы Arduino UNO, составление сравнительной характеристики наиболее популярных плат Arduino и определение перспектив применения данного устройства.

Основные достоинства и описание платформы:

Arduino представляет собой весьма простой инструмент для создания электронных устройств и воплощения в жизнь различных идей.

Это платформа, предназначенная для управления физическими процессами с использованием ЭВМ с открытым программным кодом, построенная на простой печатной плате с современной средой для написания программного обеспечения.

Платы Arduino строятся на основе микроконтроллеров фирмы Atmel, а также элементов обвязки для программирования и интеграции с другими схемами. На платах присутствует линейный стабилизатор напряжения +5В или +3,3В. Тактирование осуществляется на частотах 8,16 или 87Мгц кварцевым резонатором. [4]

В микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик, поэтому внешний программатор не нужен. На концептуальном уровне все платы программируются через RS-232.

Интегрированная среда разработки Arduino – это кросплатформенное приложение на Java, включающее в себя редактор кода, компилятор и модуль передачи прошивки в плату.

Среда разработки основана на языке программирования Processing и спроектирована для программирования новичками не знакомыми близко с разработкой ПО. Строго говоря, это язык C++, дополненный некоторыми библиотеками. [3]

Программы образовываются с помощью препроцессора, а затем компилируются с помощью AVR-GCC.

Преимуществами плат семейства Arduino являются:

1) Большое количество доступных вариантов в линейке Arduino с возможностью выбора наиболее подходящего готового контроллера из большого списка устройств, имеющих в широких пределах варьируемые параметры.

2) Наличие плат расширения, предназначенных для увеличения функционала и выполнения конкретизированных технических задач без необходимости самостоятельного проектирования дополнительной периферии (платы для управления двигателями, датчиковые платы, беспроводные интерфейсы, в том числе Wi-Fi Bluetooth и GPS, дисплеи, устройства ввода) – несколько десятков видов, более 300 вариантов исполнения. Если использовать Arduino совместно с другими электрическими и цифровыми устройствами, то можно получить бесконечное количество вариантов исполнения.

3) Полностью адаптированная для конечного пользования среда программирования, подходящая для всей линейки плат Arduino и их клонов, включая ПО для программирования контроллеров для OC Android.

4) Свободная, бесплатная лицензия на устройства и ПО.

5) Существует полный русский перевод языка Arduino, предназначенный для преодоления языкового барьера при распространении платформы по России.

Функциональное описание и технические характеристики на примере платы Arduino UNO:

Arduino UNO – этот контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых входов/выходов (6 из которых могут использоваться как входы ШИМ (Широтно-импульсная модуляция)), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16Мгц, разъем USB, силовой разъем ICSP м кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру с помощью USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи/аккумуляторов. [2]

Пример применения Arduino в пожарной безопасности – детектор дыма

Устройство разработано для предупреждения о повышении концентрации угарного газа и включения сигнала тревоги в случае превышения порогового значения. Чувствительным элементом детектора выступает датчик широкого спектра газов MQ-2.

Для данного устройства были использованы следующие компоненты:

1. Платформы: Arduino Uno, Iskra Neo, Troyka Slot Shield.
2. В качестве базы для компонентов схемы - Slot Box.
3. Датчик широкого спектра газов MQ-2.
4. Два светодиода.
5. Пьезопищалка.

Этапы разработки устройства:

Первый этап работы - написание алгоритма работы устройства.

Второй этап – сбор схемы.

Третий этап – написание кода программы (скетча). Для этого с официального сайта необходимо скачать Arduino IDE (ПО для написания программного кода и загрузки его на любую плату Arduino) и библиотеку для работы с датчиком дыма TroykaMQ. [1]

Четвертый этап – прошивка контроллера скетчем.

Пятый этап – запуск устройства.

После запуска системы пожарной сигнализации, детектор дыма, подаст предупредительный звуковой и световой сигналы, в случае превышения порогового значения концентрации дыма и/или угарного газа в воздухе.

Вывод:

Таким образом можно сделать вывод о том, что платформа Arduino по техническому оснащению идеально подходит для проектирования различных мехатронных систем и роботов, благодаря понятной среде программирования и возможности наблюдения физических процессов в реальном времени. Более мощные платы Arduino (Due) возможно применять для решения сложных технических задач, связанных с разработкой больших проектов и их комплексной автоматизации, а также для создания проектов умных домов и в многочисленных радиолюбительских проектах по автоматизации, модернизации или ремонту бытовых приборов.

Оригинал публикации (Читать работу полностью): Перспективы развития микропроцессорной платформы Arduino, её применение и пример реализации на основе пожарной сигнализации