„Arduino“ platforma sulaukė didžiulio populiarumo pasaulyje. Iš pradžių ją naudojo visų pirma mėgėjai, tačiau laikui bėgant taip pat sulaukė pripažinimo ir tarp profesionalų. Svarbiausias „Arduino“ siūlomų sprendimų pranašumas yra galimybė paprastai pereiti nuo idėjos prie programos.
Turinys:
- „Arduino“ – kodėl ne tik mėgėjams?
- „Arduino Pro“ – kodėl verta atkreipti dėmesį į šį sprendimą?
- „Arduino Pro“ – kam skirtas?
- „Arduino Pro“ aparatinės įrangos platforma:
- „Arduino Portenta H7“ išplėtimo moduliai;
- Programinė įranga – „Arduino IoT Cloud“, „Arduino IoT API“, „Arduino IDE Pro“, „Arduino CLI“.
„Arduino“ – kodėl ne tik mėgėjams?
„Arduino“ platforma sulaukė didžiulio populiarumo pasaulyje. Iš pradžių ją naudojo visų pirma mėgėjai, tačiau laikui bėgant taip pat sulaukė pripažinimo ir tarp profesionalų. Svarbiausias „Arduino“ siūlomų sprendimų pranašumas yra galimybė paprastai pereiti nuo idėjos prie programos. Todėl platforma turi daug milijonų vartotojų visame pasaulyje. Naudojant šią platformą galima kurti ne tik prototipus, bet ir produktus. Atsižvelgiant į populiarumą „Arduino“ platforma patenka į IoT įrenginių pasaulį ir siūlo lengvai naudojamą techninę bei programinę įrangą. Leidžia kurti daiktų interneto programas naudojant paruoštus sprendimus, todėl nereikia kurti idėjos nuo nulio ir daugeliu atvejų be ekspertų pagalbos.
„Arduino“ naudojimas įterptinėse programose
Tai patvirtina daugybe įterptinių programų, kurias galime rasti internete. Jos yra kuriamos be C arba C++ kompiliatoriaus, tik remiantis „Arduino“ platforma ir prieinamais paruoštais moduliais, tokiais kaip paprastos šviesinių reklamų tvarkyklės, arba šiek tiek sudėtingesniais, – skirtais CNC mašinoms ir belaidėms programoms.
Platformos plėtojimą paskatino išsamios dokumentacijos ir daugybės naudojimo pavyzdžių paruošimas, tai sukėlė daugybės naujoviškų sprendimų kūrimą. Jeigu platforma pati nenurodo panaudojimo galimybių, tai daug žmonių tai padarė ir pristatė savo tinklaraštyje ar svetainėje. Tokiu būdu buvo sukurtas nesuskaičiuojamas išplėtimo modulių, taip vadinamų shields, kiekis su daugybe naudingų parinkčių. Yra toks kinų posakis: „šis pasaulis yra toks didelis, kad nėra nieko, ko nebūtų“. Šis posakis puikai tinka „Arduino“ ekosistemai. Remiantis jame esančiais aparatiniais moduliais, bibliotekomis ir programine įranga, buvo sukurta begalė projektų, kurie suteikia galimybę ne tik peržiūrėti sprendimus, bet ir pasisemti idėjų.
Vartotojai, kurie savo pažintį su elektronikos pasauliu pradėjo nuo „Arduino“ platformos, noriai naudoja šį sprendimą taip pat kurdami profesionalius, sudėtingesnius projektus. Šį populiarumą lemia open source „Arduino“ pobūdis, kuris išlaikytas nepaisant to, jog platforma tapo profesionali. Todėl daugiau negu 30 milijonų aktyvių vartotojų toliau tobulina šią platformą, kuria aplinką, atsižvelgdami į rinkos poreikius ir išbando sprendimus įvairiomis sąlygomis bei įvairiose vietose visame pasaulyje. Vartotojams yra svarbus ir licencinio mokesčio trūkumas bei galimybė naudoti ryšio protokolą.
Nepaisant atvirų, viešai prieinamų programų šaltinių, prireikus galima apsaugoti prieinamumą prie ryšių tinklų ar jutiklių, prietaisų autentifikavimui ir duomenų perdavimo šifravimui galima naudoti kriptografijos ir autentifikavimo mechanizmus. Plačioje „Arduino“ programų ir modulių bibliotekoje taip pat galima rasti jau parengtus sprendimus.
„Arduino Pro“ – kodėl verta atkreipti dėmesį į šį sprendimą?
Vis dažniau kalbama apie dvi revoliucines technologijas, kurios sukelia daug entuziazmo elektroninių komponentų ir duomenų analizės programinės įrangos rinkoje. Turime omenyje daiktų internetą (IoT) ir Pramonę 4.0 (Industry 4.0). IoT turės didžiulę įtaką visam mūsų gyvenimui, o Pramonė 4.0 bus naudojama pramonės įmonėse. Abi programos gauna duomenis iš jutiklių, esančių svarbiuose punktuose, tinklo ir sudėtingų algoritmų, vis dažniau taip pat išnaudoja dirbtinį intelektą (AI) vykdant analizę, sintezę, darant išvadas, remiantis informacija iš jutiklių ir kitų šaltinių. Pavyzdžiui, daiktų interneto technologija galėtų būti naudojama kuriant ir sujungiant jutiklius, kurie nuolat stebi vandens lygį upėje ir oro sąlygas mus dominčiame kelyje ir ne tik šalies teritorijoje, bet ir užsienyje. Tokiu būdu, papildomai naudojant AI, galima ne tik stebėti vandens lygį upėje, bet ir skelbti atitinkamus perspėjimus apie potvynius ir tokiu būdu paruošti miestus potvyniams ar sausrai. Panašiai su energetiko tinklais – čia jutiklių duomenys leistų lengvai gauti informaciją apie tinklo apkrovą, gedimus, planuoti aptarnavimo darbus ir kt.
Svarbu tai, kad iki šiol tokias programas galėjo įgyvendinti tik įmonės, turinčios didžiulius finansinius išteklius ir turinčios prieigą prie dažnai konfidencialių technologijų. „Arduino Pro“ platforma asmenims ir įmonėms, turinčioms daug kuklesnius finansinius išteklius suteikia galimybę įgyvendinti panašius sprendimus, o dėl atvirojo kodo buvo suteikta prieiga prie didžiulės žinių bazės ir vartotojų visame pasaulyje sukurtų sprendimų. „Arduino“ reklaminiame šūkyje sakoma, kad nesvarbu, kokia didelė yra jūsų įmonė, „Arduino Pro“ yra pasirengęs bendradarbiauti transformacijos ir plėtros klausimais.
„Arduino Pro“ plėtojimo rinkinys: ABX00011
„Arduino Pro“ – kam skirtas?
Nors „Arduino Pro“ reklaminiame šūkyje kalbama apie komponentų, programinės įrangos ir dokumentų prieinamumą bei paprastą jų naudojimą, „Arduino Pro“ gali naudoti visi, turintys idėjų ar poreikį sukurti programą, pagrįstą jutiklių tinklu. Duomenų analizei nereikia naudoti AI algoritmų – daugeliu atvejų pakanka, kad jie būtų tinkamai rodomi operatoriui ar vartotojui. Tačiau didžiausią „Arduino Pro“ naudojimo potencialą turės:
- Įmonės, pertvarkančios tradicinį produktų ar paslaugų platinimo tinklą, pagrįstą sutartiniais prekių pristatymo kiekiais pagal užsakymus naudojant IoT, atsižvelgiant į kliento poreikius.
- Gamyklos, ieškančios galimybių pagerinti gamybos efektyvumą, stebėdamos, kontroliuodamos ir analizuodamos atsargų lygį, gamybos linijas, mašinas ir įrengimus, tiekimo linijas ir kt.
- Startuoliai, ieškantys galimybių pridėti duomenų perdavimą prie esamų sprendimų.
- „Arduino“ sprendimų vartotojai, norintys atlikti savo sukurtų programų bandymus ar gaminti trumpas produktų serijas.
„Arduino Pro“ buvo sukurtas paremti specialistus, skatinančius pokyčius įmonėse ir aplinkiniame pasaulyje. Platforma turi visas reikalingas dalis: debesį duomenims kaupti ir saugoti, aparatinę įrangą, programavimo aplinką, skirtą aparatinės įrangos platformoms kurti, ryšių ir padėties nustatymo sprendimai, pagrįsti geolokacijos sistemų duomenų baze, vartotojo sąsaja, duomenų vizualizacijos, algoritmai ir jų prijungimas prie esamos įmonės valdymo sistemos. Svarbu, kad daugelyje situacijų tai bus įmanoma be brangių ekspertizių ir brangių konsultavimo paslaugų, o tai įmanoma dėl open source politikos, kurios pagrindu buvo sukurtas „Arduino Pro“ ir galimybės naudoti jau patikrintus sprendimus.
„Arduino Pro“ aparatinės įrangos platforma
„Arduino Pro“ informacinė brošiūra.
„Arduino Portenta“
Pažangesniems „Arduino Pro“ platformos sprendimams siūloma „Arduino Portenta H7“ mikrokompiuterių plokštė su 2 – branduolių STM32H747 procesoriumi: „Cortex M7“ 480 MHz ir „Cortex M4“ 240 MHz. Vartotojams, įpratusiems prie plokščių su AVR procesoriais, didelė skaičiavimo galia gali atrodyti nereikalinga, tačiau kai kuriose programose tai gali būti pateisinama vidutiniu energijos suvartojimu iš maitinimo šaltinio.
„Arduino Pro“ plėtojimo rinkinys: ABX00042
Įsivaizduokite jau minėtą vandens lygio ir aplinkos jutiklių tinklą, išdėstytą palei upę. Ne visose vietose bus prieinamas elektros tinklo maitinimas. Taip pat ne visada įmanoma įvykdyti techninius reikalavimus, kad toks maitinimas būtų prieinamas. Todėl praktikoje elektros energija iš stacionaraus tinklo yra tiekiama jutiklių tinklo mazgams / vartams, kurie planuojami tose vietose, kur ji yra prieinama. Patys jutikliai yra maitinami iš baterijų, akumuliatorių ar atsinaujinančių energijos šaltinių. Kuo rečiau keičiamos baterijos ar akumuliatoriai, tuo geriau yra jutiklių požiūriu. Akumuliatoriaus keitimo dažnis yra glaudžiai susijęs su šių šaltinių ilgaamžiškumu ir energiją naudojančio prietaiso energijos suvartojimu. Todėl IoT jutiklio programos procesorius paprastai veikia miego režimu, kuris iš energijos šaltinio sunaudoja labai mažai energijos. Esant būtinumui jis periodiškai išjungiamas iš energijos taupymo režimo ir atlieka duomenų gavimo bei kodavimo į imtuvui suprantamus paketus darbą. Akivaizdu, kad tokiai užduočiai atlikti reikės daug mažiau laiko įrenginiui turinčiam greitą procesorių. Taigi, nepaisant milžiniškos skaičiavimo galios (ir visų pirma dėl jos), vidutinis greito procesoriaus energijos suvartojimas yra daug mažesnis nei lėtojo procesoriaus, taktuojamo kelių MHz dažniu, nors intuityviai atrodytų kitaip.
Niekas netrukdo naudoti „Arduino Portenta H7“ taip pat tose programose, kuriose procesoriaus maitinimui naudojamas stacionarus energijos šaltinis ir kurios dirba su vaizdų apdorojimo algoritmu, jutiklio signalo kondicionavimu ir kt.
Abu mikrokompiuterio „Arduino Portenta H7“ procesoriaus branduoliai dalijasi periferiniais moduliais, dėl kurių komunikuoja su aplinka bei tarpusavyje. Mikrokompiuteris gali dirbti su programomis:
- Parašytomis naudojant „Arduino Sketch“ – realizuojamomis „Mbed OS“ operacine sistema.
- Natyviomis programomis, skirtomis „Mbed OS“.
- Programomis, skirtomis integruotam Micro Python/Java Script vertėjui.
- Realizuojamomis remiantis „TensorFlow Lite“ platforma.
Integruotas belaidžio ryšio modulis leidžia vienu metu prisijungti per Wi-Fi ir Bluetooth. „Arduino Pro“ platformos Wi-Fi sąsaja gali veikti kaip prieigos taškas, stotis arba dvigubu režimu (prieigos taškas / stotis) ir leidžia perduoti duomenis iki 65 Mb/s greičiu. Bluetooth sąsaja veikia Bluetooth 2.0 ir BLE režimais. „Arduino Portenta H7“ mikrokompiuterio plokštė suderinama su „Arduino MKR“, be to ji turi 80-pinų didelio tankio jungtį.
„Arduino MKR“ ir „Arduino Pro“
Jutikliai ir komunikaciniai moduliai gali būti kuriami naudojant „Arduino MKR“ šeimos produktus. Jie apima plokštes su „Cortex-M0+“ branduolių procesoriais ir įvairias komunikacines sąsajas, dėl kurių galima lengvai keisti programų dydį. Verta paminėti, kad šie moduliai yra gerai žinomi ir naudojami kitų, su IoT nesusijusių įrenginių, kūrimui.
„Arduino MKR“ šeimos modulių dokumentacijoje taip pat siūlomi sprendimai, kuriuose juos galima naudoti. Panašu, kad šis pasiūlymas susijęs su procesoriaus galia ir įranga su lustais, praplečiančiais procesoriaus funkcionalumą. Pvz., „MKR WIFI 1010“ moduliai, siūlomi Beginner (pradedantiesiems) lygiu turi Wi-Fi ir Bluetooth LE sąsajas, kurių diapazonas gana siauras – pagal gamintojo medžiagas jie leidžia įgyvendinti patalpose veikiančias automatikos programas, veikiančias pastatų viduje. Plokštė yra pagrįsta ATSAMD21 procesoriumi su „Cortex-M0+“ branduoliu ir Wi-Fi/BLE ryšio moduliu iš u-blox NINA-W102. Intermediate (vidutinio sudėtingumo) lygiu siūlomi MKR moduliai leidžia kurti tinklus, kurių nuotolis yra daug kilometrų (Sigfox, LoRa, Narrowband IoT) arba globaliu (GSM) nuotoliu. Jie siūlomi žemės ūkiui, transportui, pramonei, aplinkos būklės stebėjimui, išmaniesiems miestams, wearables technologijoms ir kt.
„Arduino Pro“ plėtojimo rinkinys: ABX00023
„MKR Vidor 4000“ plokštė siūloma Advanced (išplėstiniu) lygiu be ATSAMD21 procesoriaus taip pat turi „Cyclone“ šeimos 10LC016 FPGA lustą. Atsižvelgiant į tai, kad „Arduino“ siūlo šią plokštę programoms, kurioms reikalingas vaizdo ir/arba garso apdorojimas, jose yra Wi-Fi/BLE sąsajos, palaikančios komunikaciją su vietiniu kompiuteriu, planšetiniu kompiuteriu ar išmaniuoju telefonu, veikiančiu kaip vartotojo sąsaja.
„Arduino Pro“ plėtojimo rinkinys: ABX00022
„Arduino Nano 33“
Profesionaliam naudojimui siūlomos dvi pagrindo plokštės: „Arduino Nano 33 BLE“ ir „Arduino Nano 33 BLE Sense“. Jų įranga buvo apgalvota taip, kad jas būtų galima naudoti wearables prietaisuose arba montuoti ant dronų ar autonominėse transporto priemonėse. Miniatiūrinių plokštelių matmenys (tik 45 mm × 18 mm) leidžia nedidelėje erdvėje pastatyti paruoštą, labai galingą mikrokompiuterį ir naudoti jo skaičiavimo galią bei sąsajas, leidžiančias palaikyti ryšį su aplinka. Gamintojas teigia, kad tai mažiausi produktai, kurių skaičiavimo galia yra tokia didelė, kad dėl jų galima naudoti dirbtiniu intelektu AI pagrįstą programinę įrangą.
„Arduino Nano 33 BLE“
„Arduino Nano 33 BLE Sense“
Abi plokštės naudoja „ARM Cortex-M4“ branduolį, taktuojamą 64 MHz dažniu, įmontuotą į nRF52840 radijo lustą. „Arduino Nano 33 BLE“ turi 9-ašių IMU jutiklį, o „33 BLE Sense“ taip pat turi temperatūros, drėgmės, slėgio jutiklius, įmontuotą mikrofoną bei gestų, artumo ir šviesos intensyvumo jutiklius. Tai įspūdinga įranga, leidžianti ją naudoti ne tik kuriant wearables prietaisus, bet ir jutiklių tinklus, naudojamus statybose ar moksliniuose eksperimentuose, reikalaujančius ryšio su mažu, vietiniu diapazonu, tokioje mažoje plokštėje.
Išplėtimo moduliai skirti „Arduino Portenta H7“
Vienas pažangiausių, suderinamų su „Arduino Portenta H7“ išplėtimo moduliais, yra „Portenta Vision“ priedas. Jame įmontuota kamera, kurios skiriamoji geba – 324×324 pikseliai ir energijos suvartojimas yra labai mažas. Dėl nedidelio energijos poreikio šis modulis taip pat gali būti naudojamas įvairiose vaizdavimo programose, veikiančiose nenutrūkstamai, maitinamose akumuliatorių. CMOS tipo vaizdo jutiklis yra labai jautrus ir leidžia atpažinti gestus, matuoti aplinkos šviesą, įvertinti atstumą ir identifikuoti objektus. Modulyje taip pat yra du įvairiakrypčiai mikrofonai su skaitmenine sąsaja. Vaizdą ir garsą galima įrašyti į MicroSD kortelę. Duomenys iš modulio gali būti siunčiami per Ethernet arba LoRa sąsają. Modulio programos vykdymą palengvina OpenMV funkcijų bibliotekos, suderinamos su Python kalba, prieinamumas.
MKR produktų grupėje yra gana didelis modulių pasirinkimas, praplečiantis pagrindinės plokštės funkcionalumą. Jie apima ne tik plokštes su papildomais elektroniniais komponentais, bet ir paprastus adapterius, leidžiančius tiekti aplinkos signalus, naudojant standartines pramonines jungtis. Tarp funkcionalumą plečiančių plokščių verta paminėti daugybę sąsajos plokščių (MKR 485 – RS485, MKR CAN – CAN Bus, MKR ETH – Ethernet), relės plokštę, variklių pavarą su 4 nuolatinės srovės išėjimais ir 4 analoginiams jutikliams skirtais įėjimais, plokštę su MicroSD atminties lizdu, kurioje galima saugoti didžiulį duomenų kiekį, plokštę su aplinkos parametrų jutikliais, plokštę su RGB diodų matrica, temperatūros jutiklių plokštę ir 9-ašių giroskopu/akcelerometru.
Programinė įranga – „Arduino IoT Cloud“, „Arduino IoT API“, „Arduino IDE Pro“, „Arduino CLI“
Net pats pažangiausias kompiuteris nebus naudingas, jei jame nėra tinkamos programinės įrangos. Arduino Pro kūrėjai, siūlantys įrangą, skirtą daiktų interneto programoms kurti, taip pat pristatė atitinkamą programinę įrangą ne tik programoms kurti, bet ir saugiai gauti, saugoti bei apdoroti duomenis.
„Arduino IoT Cloud“
„Arduino IoT Cloud“ yra paprastas, saugus būdas prijungti nuotolinius jutiklius prie įmonės valdymo programos ar sąsajos, leidžiančios milijonams vartotojų pasiekti duomenis, pavyzdžiui, žemėlapių, grafikų ar kitų grafinių formų pavidalu. Be to, „Arduino IoT Cloud“ leidžia iš vartotojo sąsajos pasiekti tam tikrą vietą, kuriai dėl kokių nors priežasčių reikalinga apžiūra ar aptarnavimas. Prieiga galima iš bet kurios pasaulio vietos, kur mes turime ryšį su debesimi, naudodami kompiuterį ar mobilųjį įrenginį. Svarbu tai, kad besidomintys tokių programų kūrimu turi prieigą prie tūkstančių kodo eilučių, paruoštų naudoti savo sprendime, demonstruojant įvairių tipų jutiklių ir pavarų veikimą.
„Arduino IoT API“
Kaip jau buvo paminėta, jutiklio duomenys gali būti rodomi realiu laiku grafiniu pavidalu arba perkelti į duomenų bazę. Yra daugybė jų naudojimo pavyzdžių, naudojant „Google“, „Amazon Alexa“ ir kitą programinę įrangą. Naudojant „Arduino IoT API“ galima kurti savo unikalias programas. Cloud programinę įrangą galima išbandyti nemokamai – pridėjus vieną MKR arba Portenta plokštę galima naudotis visomis funkcijomis. Norint prisijungti prie daugiau įrenginių, būtina įsigyti prenumeratą. Čia viena svarbi pastaba. Nemokamas variantas veikia tik su Arduino produktais, o komercinis variantas leidžia prie debesies prijungti kitus mikrokompiuterius, tokius kaip „Raspberry Pi“, modulius su ESP8266 ir kt.
Visa komunikacija su debesimi yra šifruojama naudojant SSL protokolą. „Arduino Portenta“ ir „Arduino MKR“ šeimų plokštėse yra įmontuoti kriptografiniai įrenginiai, palaikantys ryšį realiuoju laiku naudojant šį protokolą. Be to, juose yra autentifikavimo mechanizmas, palaikomas papildomos sistemos, turinčios raktą, suderinamą su X.509.
„Arduino“ pasiūlymo naujovė yra SIM kortelės. Šių kortelių naudojimas leidžia jums sukurti jutiklių tinklą, palaikantį ryšį su debesimi, naudojant mobiliojo ryšio tinklų bazines stotis, naudojamas tarptinklinio ryšio režimu daugiau nei 100 šalių.
„Arduino IDE Pro“
Programinė įranga krašto įrenginiams gali būti kuriama naudojant „Arduino IDE Pro“. Ši programinės įrangos terpė paveldi gerai žinomos Arduino IDE ypatybes, todėl jos vartotojams nereikia keisti savo įpročių ir iš naujo mokytis ja naudotis. Vienas greičiausių būdų pradėti kurti jutiklių tinklų programinę įrangą yra Web redaktoriaus naudojimas. Tai sprendimas, kurį šiandien naudoja daugelis programinės įrangos gamintojų. Jo pranašumas yra tai, kad kompiliatorius tam tikru mastu tampa nepriklausomas nuo aparatinės įrangos, kurioje dirbame, skaičiavimo galios ir operacinės sistemos tipo. Vartotojai taip pat gauna atnaujinimus realiu laiku ir pataisymus bei prieigą prie naujausių mokymo programėlių ir pavyzdžių. Šaltinio kodas yra saugomas mums skirtoje vietoje serveryje ir tikrai yra geriau apsaugotas negu mūsų nešiojamame kompiuteryje ar netgi stacionariame, stovinčiame biure, kompiuteryje. Tačiau tokia situacija turi ir trūkumų, nes reikalauja nuolatinės prieigos prie interneto, o tai ne visada įmanoma. Todėl yra dar vienas pasiūlymas – IDE versija, skirta stacionariems kompiuteriams. Tai taip pat open source – prieinamas „Windows“, „Linux“ (64 bitų) ir „Mac OS X“.
„Arduino CLI“
Pažengusiems vartotojams siūlomas „Arduino CLI“ komandinis vertėjas, dirbantis konsolės (komandinės eilutės) režimu. Jame yra kompiliatorius, leidžiantis valdyti plokšte ir funkcijų bibliotekomis, programuoti įrenginius, juos įjungti / išjungti ir t. t. Arduino CLI galima naudoti platformose, pagrįstose ARM arba „Intel“. Todėl jį galima naudoti tiek asmeniniame kompiuteryje, tiek „Raspberry Pi“ mikrokompiuteryje.
Originalus informacijos šaltinis – TME.eu.
