Страница 4 из 15
В продаже имеется очень много плат расширения Arduino Shield самого разного назначения, однако все их нужно покупать дополнительно.
Что касается энергопотребления, то сам по себе микрокомпьютер Arduino довольно экономичен. Плата Arduino Uno требует питание 9 В, потребляя при этом порядка 50 мА. Есть и более экономный вариант – Arduino Pro Mini. Он может использовать для питания напряжение 3,3 В (как micro:bit), и при этом потребляет всего несколько десятков мкA. Тем не менее, следует учитывать энергопотребление дополнительных модулей (как и в случае micro:bit), а оно может быть довольно значительным.
Конечно, платформу Arduino можно использовать для создания своей модели марсохода и других проектов, однако мы начнем с платформы BBC micro:bit, как более легкой в освоении.
Платформа STM32 Nucleo F401RE
В то время как Arduino представляет собой платформу для обучения и любительских разработок, в профессиональной области большое распространение получили микроконтроллеры STM32 производства STMicroelectronics https://www.st.com/.
Платформа STM32 Nucleo F401RE, совместимая с модулями расширения Arduino, представляет намного больше возможностей по сравнению с платформой Arduino и micro:bit.
C точки зрения применения в робототехнике у микроконтроллеров на базе STM32 намного больше возможностей, чем у Arduino или micro:bit.
Однако все имеет свою цену. И если роботы на базе micro:bit можно разрабатывать с применением очень простых средств блочного визуального программирования, то при использовании Arduino и STM32 не обойтись без знаний языков программирования С или С++. Кроме того, архитектура процессоров STM32 достаточно сложна, а в полном руководстве по моделям STM32 насчитывается более 1700 страниц!
Тем не менее, вам не придется читать это руководство на первом этапе знакомства. Имеются средства программирования для STM32, скрывающие сложность внутри готовых библиотек и программных модулей.
Микрокомпьютер Raspberry Pi
Для решения серьезных задач, таких как обработка данных, полученных от измерительной аппаратуры нашей модели марсохода, передачи видео «на землю», распознавание изображений, передачи данных, полученных от контроллеров умного дома через интернет и т.п. микрокомпьютеры BBC micro:bit и Arduino, к сожалению, не подойдут. В то же время относительно недорого можно приобрести миниатюрный одноплатный компьютер Raspberry Pi, способный составить конкуренцию в некоторых случаях даже настольным компьютерам.
Например, модель Raspberry Pi 4 содержит 64-разрядный 4-ядерный процессор ARMv8-A с тактовой частотой 1,5 Ггц. У него есть встроенный графический процессор GPU Broadcom VideoCore VI, беспроводные интерфейсы Bluetooth и WiFi, разъем RJ-45 Ethernet с пропускной способностью 1 Гбит, интерфейс видеокамеры, два интерфейса Micro HDMI, интерфейсы USB и другое оборудование.
К микрокомпьютеру Raspberry Pi через шину GPIO можно подключить самые разнообразные устройства, такие как измерители параметров, двигатели и пр.
Надо понимать, что для Raspberry Pi 4 нужен довольно мощный источник электропитания. Штатный блок питания, например, обеспечивает 3 А при напряжении 5 В, а это уже 15 Вт. Если устанавливать этот микрокомпьютер на макет марсохода, то для его питания (а также для питания дополнительных устройств) в течение длительного времени потребуются довольно тяжелые и емкие аккумуляторы. Будет нужно прочное шасси и мощные электродвигатели, которые сами по себе будут потреблять много электроэнергии.
Вы можете сделать на базе Raspberry Pi 4, например, сервер обработки данных, полученных от макета марсохода или контроллеров умного дома, Web-сервер для трансляции этих данных в интернете и для решения других подобных задачи. Вы можете создавать программы для Raspberry Pi с использованием практически любых языков программирования, доступных для обычных серверов, настольных компьютеров и ноутбуков.
Другие микрокомпьютеры
На момент создания книги на рынке появилось очень много одноплатных микрокомпьютеров различного типа и назначения.
Это многочисленные «клоны» Arduino и Raspberry Pi, которые отличаются ценой, габаритами и потребляемой мощностью. Есть даже готовая мощная система NVIDIA Jetson Nano в миниатюрном исполнении, способная решать серьезные задачи искусственного интеллекта, компьютерного зрения и робототехники.
В продаже можно найти микрокомпьютеры с очень небольшим энергопотреблением, что будет полезно для создания нашего макета или для устройств интернета вещей IoT (Internet of Things).
1. Запускаем микроконтроллер micro:bit
Микроконтроллер micro:bit можно купить либо просто в виде платы, либо в составе набора. В минимальном варианте набор состоит из платы контроллера, корпуса для двух батареек ААА с соединительным проводом и USB-кабеля, с помощью которого можно подключить micro:bit к ноутбуку или настольному компьютеру.
В продаже также есть различные наборы модулей и аксессуаров, расширяющих возможности микроконтроллера micro:bit, и даже готовые наборы для сборки различных роботов. На первом этапе вам достаточно будет приобрести только плату micro:bit или самый простой набор.
Первое включение
При первом включении на micro:bit запускается демонстрационная программа. Мы заменим ее нашей программой. Чтобы наша программа заработала на micro:bit, ее нужно создать с помощью того или иного инструмента, а затем загрузить в память микроконтроллера.
Программы можно загружать в micro:bit с помощью ноутбука или стационарного компьютера, а также с помощью смартфона или планшета на базе Android или iOS. Удобнее всего работать с ноутбуком или компьютером, поэтому мы сначала рассмотрим именно такой вариант.
Итак, подключите микроконтроллер micro:bit к USB-порту ноутбука или компьютера с помощью переходника USB – микро USB (рис. 1.1). Если такой кабель не водит в набор, то вы можете приобрести его отдельно.
Рис. 1.1. Первое включение micro:bit
После подключения на экране micro:bit появится бегущая строка HELLO. Это означает, что micro:bit работает нормально, и в нем запустилась программа, установленная по умолчанию. Нашей задачей на данном этапе будет замена этой программы собственной, созданной с помощью программы Microsoft MakeCode for micro:bit.
Если micro:bit подключен к компьютеру через порт USB, то ему не требуется никакого дополнительного питания. Для автономной работы после загрузки в память контроллера нужной программы отключите кабель USB и подключите блок батарейного питания в специально предназначенный для этого разъем (рис. 1.1).
Если вам проще работать с micro:bit, не загружая на свой компьютер никакие программы, читайте ниже в этой главе раздел «Программирование в браузере».
Чтобы загрузить автономную версию программы Microsoft MakeCode for micro:bit, откройте сайт https://makecode.microbit.org/offline-app. В нижней части страницы отметьте флажок I agree to these Microsoft Software License Terms and to the Microsoft Privacy Statement. После этого вы увидите ссылки на скачивание (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Загрузка автономной версии программы Microsoft MakeCode for micro:bit
Если вы работаете с компьютером на базе Windows, скачайте программу makecode-microbit-setup-win64.exe. Если же на ваш компьютер установлена Mac OS, вам потребуется программа makecode-microbit-mac64.zip.