УДК: 62-526
Е.Я.Омельченко, В.О.Танич, А.С. Маклаков, Е.А.Карякина
Магнитогорский государственный технический университет,
Россия, г. Магнитогорск
momentum2@yandex.ru, shift-91@mail.ru, maklakovsasha@yandex.ru, karyakina-katya@yandex.ru
В статье рассматриваются возможности аппаратной вычислительной платформы Arduino применительно к мехатронным комплексам. При- водится функциональное описание и технические характеристики на примере платы Arduino UNO. Составлен сравнительный анализ аппа- ратной части наиболее актуальных плат. Определены перспективы применения микропроцессорной платформы Arduino для обучения и проектирования в области управления физическими процессами.
E.Ya. Omelchenko, V.O. Tanich, A.S. Maklakov, E.A. Karyakina
Nosov Magnitogorsk State Technical University Russia, Magnitogorsk
momentum2@yandex.ru, shift-91@mail.ru, maklakovsasha@yandex.ru, karyakina-katya@yandex.ru
The article discusses the possibilities of the Arduino. The functional de- scription and the specification are represented on the example of Arduino UNO. The comparative analysis of the most relevant boards Arduino is complied. The prospects for the use of microprocessor Arduino platform for learning and design in the field of physical computing are identified.
В настоящее время существует множество микроконтроллеров и платформ для осуществления управления физическими процессами применительно к микропроцессорным комплексам. Большинство этих устройств объединяют разрозненную информацию о программирова- нии и заключают ее 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 программиро- вания, низкой цены и множеством плат расширения. Для преподавате- лей, студентов и любителей платформа Arduino может стать основным элементом для исследования и решения задач в областях мехатроники и робототехники.
Целью статьи является анализ возможностей аппаратной вычис- лительной платформы Arduino, ознакомление с функциональным опи- санием и техническими характеристиками на примере платы Arduino UNO, составление сравнительной характеристики наиболее популяр- ных плат Arduino и определение перспектив применения данного устройства.
Arduino – это инструмент для проектирования электронных устройств, более плотно взаимодействующих с окружающей физиче- ской средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности. Это платформа, пред- назначенная для управления физическими процессами с использовани- ем 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 (табл. 1). На платах присутствует ли- нейный стабилизатор напряжения +5 В или +3,3 В. Тактирование осу- ществляется на частотах 8, 16 или 87 МГц кварцевым резонатором. В микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик, поэтому внешний программатор не нужен. На концептуальном уровне все пла- ты программируются через RS-232. Интегрированная среда разработки Arduino — это кроссплатформенное приложение на Java, включающее в себя редактор кода, компилятор и модуль передачи прошивки в пла- ту. Среда разработки основана на языке программирования Processing и спроектирована для программирования новичками, не знакомыми близко с разработкой программного обеспечения. Строго говоря, это- язык C++, дополненный некоторыми библиотеками. Программы обра-
Таблица 1
30
Сравнительная характеристика плат Arduino
Arduino | ПроцессорAtmel | Флеш- память, | SRAM | Двоичные | ШИМ | Анало- говые | Разме- ры, | |
Вид | Тактовая частота, МГц | КБ | КБ | входы/ выходы | выхо- ды | входы | мм | |
Nano | ATmega168 or ATmega328 | 8 | 16/32 | 1 | 14 | 6 | 8 | 43 × 18 |
Diecimila | ATmega168 | 16 | 16 | 1 | 14 | 6 | 6 | 68,6 × 53.3 |
Uno | ATmega328P | 16 | 32 | 2 | 14 | 6 | 6 | 68,6 × 53.3 |
Leonardo | Atmega32u4 | 16 | 32 | 2 | 14 | 6 | 12 | 68,6 × 53.3 |
Mega2560 | ATmega2560 | 16 | 256 | 8 | 54 | 14 | 16 | 101,6 × 53.3 |
Due | SAM3X8E ARM Cortex-M3 | 87 | 512 | 256 | 54 | 12 | 12 + 2ЦАП | 101,6 × 53,3 |
батываются с помощью препроцессора, а затем компилируется с по- мощью AVR-GCC. Преимуществами плат семейства Arduino являются [1,2]:
Большое количество доступных вариантов в линейке Arduino с возможностью выбора наиболее подходящего готового контроллера из большого списка устройств, имеющих в широких пределах варьируе- мые параметры.
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, дисплеи, устройства ввода) - несколько десятков видов, более 300 вариантов исполнения.
Полностью адаптированная для конечного пользователя среда программирования, подходящая для всей линейки плат Arduino и их клонов, включая ПО для программирования контроллеров для ОС Android.
Свободная бесплатная лицензия на устройства и ПО.
Существует полный русский перевод языка Arduino, предна- значенный для преодоления языкового барьера при распространении платформы по России.
Arduino Uno – этот контроллер построен на ATmega328. Плат- форма имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут исполь- зоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генера- тор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку пере- загрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компью- теру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адап- тера AC/DC или батареи. На рис. 1 представлен общий вид платы и упрощённая принципиальная схема. В табл. 2 приведены технические характеристики [3].
Платформа Arduino по техническому оснащению идеально под- ходит для образовательного процесса по проектированию различных мехатронных систем и роботов [4], благодаря понятной среде про- граммирования и возможности наблюдения физических процессов в реальном времени. Более мощные платы Arduino (Due) применимы для решения сложных технических задач, связанных с разработкой боль- ших проектов и их комплексной автоматизации.
Рис. 1. Общий вид и упрощенная схема подключения платы Arduino UNO
Таблица 2
Технические характеристики платы Arduino UNO
Микроконтроллер | ATmega328 |
Рабочее напряжение | 5 В |
Входное напряжение (рекомендуемое) | 7-12 В |
Входное напряжение (предельное) | 6-20 В |
Цифровые Входы/Выходы | 14 (6 из которых могут использо- ваться как выходы ШИМ) |
Аналоговые входы | 6 |
Постоянный ток через вход/выход | 40 мА |
Флеш-память | 32 Кб, из которых 0,5 Кб исполь- зуются для загрузчика |
ОЗУ | 2 Кб |
EEPROM | 1 Кб |
Тактовая частота | 16 МГц |
Arduino.ru: Официальный сайт Arduino в России [Электронный ресурс].– Режим доступа:http://arduino.ru/, свободный. – Загл. с экрана.
Wikipedia: сайт Wikipedia [Электронный ресурс].– Режим до- ступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino, свободный. – Загл. с экрана.
Atmel.com: официальный сайт atmel [Электронный ресурс].–
Режим доступа: http://www.atmel.com/Images/doc8161.pdf, свободный.
– Загл. с экрана.
Радионов A.A. Электрооборудование и электроавтоматика —
М.: Магнитогорск, 2011. — 126 с.
УДК 621.771.25-83
И.Р. Сафин, С.И. Лукьянов, Е.Э. Бодров
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», институт ЭиАС, кафедра ЭиМЭ ildar_safin@mail.ru, fortheartist@mail.ru
В данной статье рассмотрено влияние параметров настройки электро- приводов стана ISF5 на качество профиля проката для армирования железобетонных конструкций. Определена значимость влияния факто- ров на глубину профиля по критерию Фишера. Выявлена необходи- мость построения системы управления размоточным аппаратом для повышения точности глубины профиля.
I.R. Safin, S.I. Lukiyanov, E.E. Bodrov
Nosov Magnitogorsk State Technical University Institute of Power Engineering and Automated Systems, Chair of
Electronics and Microelectronics ildar_safin@mail.ru, fortheartist@mail.ru
In this article the influence of the electric drive mill ISF5 settings on the quality of profile of the steel which is used for reinforced concrete struc- tures is considered. The significance of the factors influencing on the pro- file’s depth by Fisher’ method is determined. And identified the necessity to build a control system for unwinding apparatus for improving the accuracy of the profile’s depth.