Микроконтроллеры как способ ознакомления с электроникой

Микроконтроллеры как способ ознакомления с электроникой.

Калинин Игорь, 11 класс, МАОУ СОШ №40 г. Томск

В век цифровых технологий трудно обходиться без электроники. Большинство предпочитает готовые устройства, которые можно купить в магазине. Но есть и энтузиасты категории «сделай сам». Именно они и создали платформы, обеспечивающие лёгкий способ «влиться» в мир электроники – микроконтроллеры и микрокомпьютеры. Эти маленькие по размерам устройства несут в себе немалую мощь: если не вычислительную, но творческую – точно. Цель работы – показать, насколько доступным в наше время стало обучение электронике и насколько захватывающие проекты можно делать с помощью этих простых, казалось бы, устройств.

Микроконтроллеры – микросхемы, предназначенные для управления электронными устройствами. Они не имеют большой вычислительной мощности, редко превышают порог тактовой частоты в 100 мГц. Но именно простота и незаурядность делает их лидирующими устройствами для ознакомления с электроникой. Чаще всего они встречаются в бытовой технике (гирлянды, микроволновые печи, часы и т.д.), не требующей сложных вычислений.

Микрокомпьютеры – компьютеры, имеющие небольшие физические размеры. Они, в свою очередь, гораздо более мощные и имеют на порядок больше применений. Вместе с тем они сложны в обращении и требуют немалой технической подготовки.

Raspberry Pi. Устройством, на котором основан доклад, является Raspberry Pi – одноплатный компьютер размером с банковскую карту, рекламируемый как система для обучения компьютерным наукам. Его характеристики на порядок выше таковых у микроконтроллеров и расширяют просторы для экспериментов. Порты, находящиеся на Pi известны практически всем: USB, SD карта, HDMI, 3.5 мм, аудиовыход, «тюльпан» и др.

GPIO. Самой необычной можно считать часть устройства под названием GPIO: general-purpose input/output (порты ввода и вывода общего назначения). Как следует из названия, они могут применяться для всевозможных целей. Всего их 26. Управление GPIO осуществляется либо вручную (через командную строку), либо самим заранее запрограммированным Raspberry Pi. Чтобы подать напряжение, необходимо лишь написать «gpio write 17 1» в командной строке и напряжение тут же пойдёт на семнадцатый штырёк.

PiFM. Студент одного из английских университетов сумел написать драйвера (иными словами, программу) для преобразования Raspberry Pi в радиопередатчик мощностью в ~50 милливатт. Его можно использовать с целью трансляции музыки дома, создания своей собственной маленькой радиостанции или просто для шуток над соседями и друзьями.

В ходе проведённых экспериментов мне удалось добиться распознаваемости сигнала на дальности около 300 метров. Также было установлено, что Raspberry Pi можно даже использовать для эффективного подавления сигнала других радиостанций.

Домашняя метеостанция. Наиболее масштабным проектом является собранная мною метеостанция на базе Raspberry Pi, которая функционирует и понемногу видоизменяется и по сей день. Через интернет были заказаны температурные датчики, один из которых выведен за окно. Предварительно был сделан длинный кабель в целях практичности и припаян понижающий резистор для стабилизации работы станции.

Информация с датчика посылается на сайт «Народный мониторинг», на который пользователи со всей России выкладывают информацию о влажности, температуре, давлении и других параметрах окружающей среды. Эта информация публична и пишется в лог, фиксирующий показания в то или иное время. Показания можно представлять в виде графиков и даже просматривать с телефона.

Также информация с датчика посылается на личный сайт, который тоже находится на Raspberry Pi. На сайте автоматически рисуются графики температуры за сутки, неделю, месяц и три месяца, что позволяет наблюдать температурные колебания. Помимо этого, к Raspberry Pi присоединена веб-камера, направленная на улицу, изображение с которой можно наблюдать в реальном времени. Также ежеминутно посылается одно изображение на компьютер, поэтому впоследствии можно просматривать, как выглядела погода в то или иное время.

Из всех аналогичных устройств следует отметить BeagleBone Black и серию микроконтроллеров Arduino. Первый аппарат обладает более мощной аппаратной составляющей и имеет больше входов\выходов различного назначения, но менее распространён среди любителей электроники.

Серия микроконтроллеров Arduino представлена различными размерами, более проста в обращении, больше смещена в сторону электроники, чем информатики, но имеет очень слабую аппаратную часть, которая ограничивает применение устройств.

Главная особенность микроконтроллеров и микрокомпьютеров заключается в том, что эти устройства сами ничего выдающегося из себя не представляют. По-настоящему уникальными их делает тот, кто рискнёт воплотить свои задумки в жизнь.