элементная база - контроллеры, датчики, привода.

Контроллер

Микроконтроллер, или контроллер (МК, controller) - микросхема управления в электронике,

представляет собой однокристальный компьютер, на одном кристалле помимо микропроцессора располагается ОЗУ, ПЗУ и интерфейсы периферийных устройств. Наличие именно этих устройств в корпусе одной микросхемы отличает контроллер от микропроцессора. Наличие ПЗУ позволяет сохранять программное обеспечение непосредственно на кристалле, а наличие ОЗУ и достаточно мощного процессора делает это устройство незаменимым при конструирование сложных устройств автоматики.

Архитектура микроконтроллеров может иметь различные типы процессора, объем и тип памяти, состав периферийных интерфейсов, и т.п. К наиболее распространенной периферии МК можно отнести:

• цифровые и аналоговые порты ввода/вывода (GPIO);
• интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, SPI, CAN, USB, IEEE 1394, Ethernet;
• широтно-импульсные модуляторы (PWM);
• массивы встроенной флэш-памяти.

Необходимо отметить особенности использования памяти:
– ПЗУ (постоянно запоминающее устройство) используется для хранение неизменных (вносимых при проектирование) программ;
– ОЗУ (оперативно запоминающее устройство) временное хранилище данных используемых контроллером в процессе выполнения программ (как расширение набора регистров процессора);
– Объем ПЗУ достаточно большой по сравнению с ОЗУ.

В промышленной электронике широкое распространение получили семейства микроконтроллеров ARM, AVR и PIC, на их базе строятся системы управления и автоматики, станки с ЧПУ, бытовые устройства и различные гаджеты.

Платформа для разработки - набор аппаратных и программных средств необходимых для работы и программирования контроллера

Мы ограничимся обзором платформы Arduino на микроконтроллерах AVR (реже ARM) производства корпарации Atmel. Аппаратные средства этой платформы оснащены всей необходимой для его работы структурой. На плате расположен микроконтроллер, регулятор напряжения и USB-UART мост. Все контакты необходимые для подключения периферийных устройств выведены на разъемы расположенные по краям платы.

Платформа Arduino очень популярна среди начинающих разработчиков благодаря двум особенностям:
1. Легко начать программирование - не требуется внешний программатор, так как в микроконтроллер уже зашит загрузчик (boot loader). Подключение к компьютеру осуществляется через USB интерфейс.
2. Язык программирования Processing/Wiring, для разработки используется свободно-распространяемая среда разработки Arduino IDE.

Для решения большинства задач вполне хватает 8-битного микропроцессор ATmega Для решения более сложных задач можно использовать 32-разрядный микроконтроллер ARM Cortex M3 (ATMEL SAM3U).

Для примера Arduino Uno на микроконтроллере ATmega328 в своей архитектуре содержит: 15 GPIO портов, включая 6 ШИМ. Микроконтроллер снабжен 32Кб Flash-памяти и 2Кб RAM. Тактовая частота процессора 16МГц.

Хотелось отметить, что имеется большое количество клонов Arduino от сторонних производителей вносящих изменения в архитектуру платформы и используют другие обозначения для своих продуктов. Программная и аппаратная совместимость позволяет использовать программы и дополнительные модули написанные для Arduino. Список клонов достаточно велик и постоянно растет.

Датчик

Датчик, или сенсор (sensor) - это устройство для преобразования некоторой физической величины в электрический сигнал.

Датчики используются для преобразования физической величины (такие например как - давление, температура, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал удобный для измерения (в нашем случае электрический). Полученный электрический сигнал используется для обработки информации о состоянии объекта измерений и в соответствии с алгоритмом обрабатывается. Датчики являются, по сути, осязательной системой робота и служат для обеспечения обратной связи между контроллером и окружающим миром.

При изменении измеряемой величины чувствительный элемент меняет свои электрические характеристики, которые передаются в микроконтроллер. На основании полученных данных и в соответствии с алгоритмом происходит выдача управляющих сигналов на исполнительный орган.
При классификации датчиков в качестве основы часто используется принцип их действия, который, в свою очередь, может базироваться на физических или химических явлениях и свойствах.

1. Температурные датчики;
2. Оптические датчики;
3. Датчики давления;
4. Датчики влажности и газовые анализаторы;
5. Магнитные датчики.

Привод

Привод — совокупность устройств, предназначенных для приведения в действие машин

Составные части: редуктор, электродвигатель, система управления электродвигателем. Комплектация проводится в соответствии с потребностями вашего проекта

Система управления электродвигателем

Для управления параметрами электродвигателя и поддержания их в заданных параметрах используется система управления электродвигателем, что позволяет разграничить зону влияния микроконтроллера и ограничить ее только заданием основных параметров. Дальнейшее поддержание которых ложится на систему управления, также она позволяет ограничить воздействие силовых процессов происходящих при пуске электродвигателя на общую систему электропитания.

Двигатель (мотор)

Двигатель неотъемлемая часть робота, которая приводит в движение различные исполнительные устройства, которыми он оснащается. Используют три типа двигателя: двигатели постоянного тока с редуктором и без него, шаговые двигатели и сервомоторы. Основными параметрами при выборе двигателя являются: тип двигателя (постоянного тока или переменного), мощность, рабочее напряжение и форм фактор.

1. двигатели постоянного тока - используется для создания постоянного вращения, реверс и скорость регулируется с помощью системы управления (привода);
2. шаговые двигатели - используются в случае необходимости позиционирования исполняющих механизмов в пространстве и дискретном перемещении. Принцип работы заключается в отсчете необходимого количества импульсов (шагов) от положения репера;
3. сервомоторы - следящий привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения. В зависимости от значения управляющего параметра, стремится создать и поддерживать это значение на выходе исполнительного элемента. В качестве управляемой величины может выступать скорость, усилие или позиционирование, считываемое датчиком с исполнительного элемента.

---