Arduino – miért nem csak az amatőröknél válik be?
Az Arduino hatalmas népszerűségre tett szert a világon. Eleinte úgy tűnhetett, hogy főleg amatőr és hobbi szintű alkalmazási területekre való, de idővel a profik körében is elismerést nyert. Az Arduino által kínált megoldások legfontosabb előnye az ötlettől a megvalósításig tartó út egyszerű teljesíthetősége, ezért sok millió felhasználót győzött meg szerte a világon, akik ezeknek a megoldásoknak a segítségével nemcsak prototípusokat építenek, hanem kész végtermékeket is képesek előállítani. Népszerűsége alapján az Arduino platform belép az IoT-eszközök világába, és egyszerűen használható hardvert és szoftvert kínál. Ezek lehetővé teszik a Dolgok Internete applikációinak elkészítését kész megoldások felhasználásával, az ötletek alapoktól induló kidolgozásának kényszere nélkül, és sok esetben külső szakértők bevonásának mellőzhetőségével.
Arduino használata Embedded applikációkban
Az alkalmazás használatának alátámasztására számos, az interneten bemutatott embedded applikációt említhetünk. Ezek C vagy C++ nyelvű kompilátor használata nélkül jönnek létre, csak az Arduino platform és a rendelkezésre álló olyan kész modulok alapján, mint pl.: fényreklámokhoz való egyszerű vezérlők, vagy olyan
bonyolultabb vezérlők, melyek -CNC gépekhez és vezeték nélküli kommunikációs alkalmazásokhoz valók.A platform fejlesztésének kedvezett a teljes dokumentáció, valamint számos felhasználási példa közreadása, amelyek innovatív megoldások áradatát eredményezték. Ha ugyanis a platform készítői maguk nem találtak ki semmilyen felhasználást, akkor valaki más elkészítette és bemutatta saját blogján, vagy weboldalán. Ily módon számtalan bővítőmodul, úgynevezett shield (vagy magyarul - pajzs) jött létre, amelyek különféle hasznos opciókat tartalmaznak. Van egy kínai közmondás - "ez a világ olyan nagy, hogy nincs semmi, ami ne lenne meg benne". Ez jól vonatkoztatható az Arduino ökoszisztémájára is. A benne elérhető hardver modulok, könyvtárak és szoftverek alapján már számtalan projekt készült, amelyek nemcsak a megoldásokba való betekintést teszik lehetővé, hanem bázisul szolgálhatnak újabb ötletekhez is.
Azok a felhasználók, akik az Arduino platform segítségével léptek be az elektronika világába, szívesen nyúlnak ugyanazokhoz a megoldásokhoz professzionális, összetettebb projektek kidolgozásával. Ennek kedvez az Arduino open source jellege, amelyet a platformmal kapcsolatos professzionalizmus növekedésének ellenére is megőriztek. Ennek eredményeként több mint 30 millió aktív felhasználó vezetett be további újításokat, fejlesztve a környezetet, reagálva a piaci igényekre, és megoldásokat tesztelve a világ különböző helyein és különböző körülmények között. A felhasználók számára fontos kérdés továbbá a rendelkezésre bocsátási licenc díjának elmaradása és a kommunikációs protokoll használatának lehetősége.A nyílt, nyilvánosan elérhető program ellenére, ha a kommunikációs hálózatokhoz vagy szenzorokhoz való hozzáférést el kell szigetelni ", akkor titkosítási és hitelesítési mechanizmusok segítségével lehet hitelesíteni az eszközöket és titkosítani az adatátvitelt. Fontos, hogy ha ilyen igényünk van, akkor minden bizonnyal kész megoldásokat találunk az Arduino alkalmazások és modulok gazdag könyvtárában.
Arduino Pro – miért érdemes ezt a megoldást választani?
Egyre elterjedtebben beszélnek két forradalmi technológiáról, amelyek sok zavart okoznak az elektronikus alkatrészek és az adatelemző szoftverek piacán. A Dolgok Internetéről (IoT) és az Ipar 4.0-ról (Industry 4.0) van szó. Az előbbi hatalmas hatással lesz egész életünkre, míg a másodikkal főként iparvállalatoknál fogunk találkozni. Mindkettőhöz olyan adatokra van szükség, amelyek az applikációk és az összetett algoritmusok szempontjából fontos pontokon található szenzorhálózatból származnak, és amelyek egyre gyakrabban tartalmazzák a mesterséges intelligencia (AI) technológiáját az érzékelőkből és más forrásokból származó információk feldolgozása, szintetizálása, elemzése és következtetések levonása céljából. Például az IoT technológiával olyan szenzorokat lehet létrehozni és hálózatba kapcsolni, amelyek folyamatosan figyelemmel kísérik egy folyó vízszintjét és az időjárási körülményeket az érdeklődésünkre számot tartó teljes szakaszon, akár az ország területén belül, vagy azon kívül is. Ily módon további mesterséges intelligencia használatával nemcsak a folyó vízszintjének figyelemmel kísérése lehetséges, hanem a megfelelő árvízi riasztások bejelentése, a városok aszályra vagy áradásra való felkészítése is. Hasonló a helyzet az elektromos hálózattal - itt az érzékelők adatai lehetővé tennék az információk egyszerű megszerzését a hálózat terheléséről, meghibásodásáról, a szervizmunkák tervezéséről stb.
Fontos, hogy az ilyen alkalmazásokat eddig csak hatalmas pénzügyi forrásokkal rendelkező és gyakran bizalmas technológiákhoz hozzáférő konszernek tudták megvalósítani. Az olyan platformoknak köszönhetően, mint az Arduino Pro hasonló megoldásokat lehetett megvalósítani sokkal szerényebb erőforrásokkal rendelkező emberek vagy vállalatok számára is, ráadásul a nyílt forráskódnak köszönhetően hozzáférést kaptak egy hatalmas tudásbázishoz és a felhasználók által az egész világon létrehozott megoldásokhoz. Az Arduino reklámszlogenje szerint - függetlenül attól, hogy milyen nagy vagy kicsi egy vállalat, az Arduino Pro kész együttműködni annak átalakítása és fejlesztése érdekében.
Starter kit Arduino Pro: ABX00011
Arduino Pro – kiknek szánják?
Bár az Arduino Pro reklámszlogen a vállalkozásra vonatkozik, de az alkatrészek, a szoftverek és a dokumentáció elérhetőségének és a könnyű használatnak köszönhetően az Arduino Pro-t bárki használhatja, akinek ötlete van, vagy szüksége van arra, hogy összekapcsolt érzékelők hálózatán alapuló applikációt készítsen. Nem kell egyből AI (mesterséges intelligencia) algoritmusokat igénybe venni az adatok elemzéséhez - sok esetben elegendő, ha megfelelően megmutatjuk azokat az operátornak vagy a felhasználónak. Azonban, az Arduino Pro használatának legnagyobb potenciálja az alábbi területeken van:
- Vállalkozások, amelyek termékek vagy szolgáltatások disztribúciós hálózatát transzformálják a szerződéses mennyiségeken alapuló hagyományos formától az IoT által támogatott szállításokig, a vállalkozó igényeitől függően.
- Termelőüzemek, melyek a termelés hatékonyságnövelésének lehetőségeit a készletszintek, a gyártósorok, gépek és berendezések, az ellátási útvonalak stb. monitorozásával, ellenőrzésével és elemzésével keresik.
- Startupok, amelyek a meglévő megoldásokhoz hozzáadható adatátviteli lehetőségeket keresnek.
- Az Arduino által javasolt megoldások felhasználói, akik helyszíni teszteket kívánnak végezni applikációikkal, vagy rövid terméksorozatot akarnak készíteni.
Az Arduino Pro elsősorban azon szakemberek támogatására lett kifejlesztve, akik a vállalkozások és a minket körülvevő világ változásainak mozgatórugói. A platform lefedi az összes szükséges szempontot, amelyre szükségük lehet: felhő az adatgyűjtéshez és tároláshoz, eszköz/hardver, programozási környezet, amelyet a hardveres platformok programjainak létrehozására terveztek, összeköttetési megoldások és helymeghatározás a geolokációs rendszerek adatbázisában, felhasználói interfész, adat-vizualizáció, algoritmusok és ezek összekapcsolása egy már létező vállalatirányítási rendszerhez. Fontos, hogy sok helyzetben ez drága szakértelem és drága tanácsadók bevonása nélkül is megvalósítható lesz, köszönhetően az opensource politikának, amelyre alapozva az Arduino Pro is készült, és köszönve továbbá a már bevált megoldások felhasználási lehetőségeinek.
Arduino Pro eszköz-platform
Arduino Portenta
Az Arduino Pro keretein belül, fejlettebb megoldások bázisául ajánlott az Arduino Portenta H7 mikrokomputer 2-magos STM32H747 processzorral szerelt alapkártyája, ami a következő egységeket tartalmazza: 480 MHz órajelű Cortex M7, valamint 240 MHz órajelű Cortex M4 processzor. Az AVR processzoros kártyákhoz szokott felhasználók számára a nagy számítási teljesítmény szükségtelennek tűnhet, de egynémely közepes teljesítményfelvételű alkalmazásban indokolt lehet a használata.
Starter kit Arduino Pro: ABX00042
Képzeljük el a korábbiakban említett vízszint- és környezeti szenzorok hálózatát egy folyó mentén. Nem lesz mindenhol elérhető tápfeszültség hálózat, vagyis vezetékes áram. Nem mindig sikerül megfelelni a műszaki követelményeknek, hogy ezt megszerezhessük. A gyakorlatban ezért az elektromos áramellátást azokhoz a csomópontokhoz/szenzorhálózati kapukhoz vezetik, amiket emiatt ezekre a rendelkezésre állási helyekre terveztek. Magukat a szenzorokat viszont elemek, akkumulátorok vagy megújuló energiaforrások táplálják. Az érzékelőket alkalmazó felhasználó szempontjából annál jobb, minél ritkábban kell cserélni ezeket az elemeket vagy akkumulátorokat. Az elemcsere gyakorisága szorosan összefügg ezen források tartósságával és a megtáplált eszköz energiafogyasztásával. Emiatt az IoT érzékelő applikáció-processzora általában alvó üzemmódban működik, ami nagyon kevés energiát vesz fel az áramforrásból. Ezután, időszakosan kikerül az energiatakarékos módból, és elvégzi az adatok begyűjtését, és azoknak a vevő számára érthető csomagokba történő kódolását. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen feladat sokkal kevesebb időt vesz igénybe egy nagy sebességű processzor egység esetén. Tehát a hatalmas számítási teljesítmény ellenére (és leginkább annak köszönhetően), egy gyors processzor átlagos energiafogyasztása jóval alacsonyabb, mint egy néhány MHz órajelű lassú processzoré, bár tűnhet úgy, hogy ez másként van.
Természetesen semmi akadálya annak, hogy az Arduino Portenta H7 lehetőségeit olyan alkalmazásokban is kiaknázzuk, melyeknél a processzor kiépített elektromos hálózatról van megtáplálva, és pl. képfeldolgozó és kiértékelő algoritmussal, jel-kondicionálással és egyéb folyamatokkal foglalkozik.
Az Arduino Portenta H7 mikrokomputer processzorának mindkét magja megosztja a perifériás modulokat, amelyek segítségével egymással és a környezettel is kommunikálnak. A mikrokomputer az alábbi programokat tudja végrehajtani:
- Arduino Sketch segítségével írt programok – Mbed OS operációs rendszer felügyelete alatti parancsfájlok.
- Natív applikációk Mbed OS számára készített
- Integrált Micro Python/Java Script számára tervezett programok.
- TensorFlow Liteplatformon megvalósuló programok
A vezeték nélküli kommunikációt szolgáló, integrált modul egyidejűleg biztosít Wi-Fi és Bluetooth kapcsolatot. Az Arduino Pro platform Wi-Fi interfésze működhet hozzáférési pontként, állomásként vagy kettős (hozzáférési pont és állomás) üzemmódban is, és 65 Mb/s sebességig biztosítja az adatátvitelt. A Bluetooth interfész Bluetooth 2.0 és BLE üzemmódokban működhet. Az Arduino Portenta H7 mikrokomputer kártyája kompatibilis az Arduino MKR formátummal, de nagysűrűségű, 80-tüskés csatlakozóval lett szerelve.
Arduino MKR és Arduino Pro
Az érzékelők és a kommunikációs modulok elkészíthetők az Arduino MKR családból származó termékek használatával. Ezek között vannak Cortex-M0+ magos processzorral szerelt kártyák, valamint különféle kommunikációs interfészek, amelyeknek köszönhetően az elkészített applikációk könnyen paraméterezhetők. Érdemes megemlíteni, hogy ezeket a modulokat jól ismerik és hasznosítják az IoT-hez nem kötődő konstruktőrök és egyéb berendezések gyártói is.
A gyártó a Arduino MKR családból származó saját moduljainak bemutatásakor szuggerálni kívánja azt a szintet is, amelyen ezek a megoldások használhatók. Úgy tűnik, hogy ez a szuggesztió összefügg a számítási teljesítménnyel, valamint a processzor funkcionalitásait bővítő integrált áramkörökkel. Például a Beginner (kezdők) szintjén javasolt [MKR WIFI 1010] (/ {LOCALE} / részletek / abx00023 / arduino-solutions / arduino / arduino-mkr-wifi-1010 /) modulok meglehetősen kicsi hatótávolságú Wi-Fi és Bluetooth LE interfészekkel vannak ellátva - a gyártói ismertetők szerint jellemzően beltéri épület-automatizálási applikációk összeállítására alkalmasak. Kártyájuk a Cortex-M0+ magos ATSAMD21 processzorra és az [u-blox] (/ {LOCALE} / linecard / p, u-blox_1320 /) cég NINA-W102 kapcsolatú kommunikációs moduljára épül. A Intermediate (közepesen fejlett) szinten javasolt MKR modulok lehetővé teszik sok kilométeres (Sigfox, LoRa, Narrowband IoT) vagy akár globális (GSM) hálózatok kiépítését is. Olyan alkalmazásokhoz javasolják őket, amelyek kiterjedhetnek a mezőgazdaságra, a közlekedésre, az iparra, a környezeti monitoringra, az intelligens városokra, a wearables technológiára és egyéb területekre is.
Starter kit Arduino Pro: ABX00023
Az Advanced (fejlett) szinten ajánlott MKR Vidor 4000 kártya processzora az ATSAMD21 processzoron kívül a Cyclone családba tartozó 10LC016 típusú FPGA IC-vel is fel van szerelve. Abból eredően, hogy az Arduino ezt a kártyát javasolja a magas követelményszintű kép- és hangtranszformációs applikációkhoz, ellátták azt Wi-Fi/BLE interfészekkel is, melyek mindenek előtt azzal a lokális PC komputerrel, tablettel vagy okostelefonnal folytatott kommunikációt fogják biztosítani, melyek biztosan a felhasználói interfész funkciót fogják betölteni.
Starter kit: ABX00022
Arduino Nano 33
A professzionális applikációkhoz kettő ajánlott bázis-kártya van, úm.: Arduino Nano 33 BLE valamint Arduino Nano 33 BLE Sense. Ezek felszereltségét úgy gondolták át, hogy alkalmasak legyenek wearables (hordozható) típusú berendezésekben való használatra, vagy drónokba vagy akár autonóm járművekbe történő beszerelésre és használatra. Az alaplemezek (kártyák) miniatűr (alig 45 mmx18 mm-es) méretei lehetővé teszik egy kész, nagyon erős, kicsi térigényű mikrokomputer elhelyezését és számítási teljesítményének és a környezettel kommunikációt folytató interfészei lehetőségeinek kihasználását. A gyártó deklarálja, hogy ezek az ő legkisebb méretű, de olyan számítási teljesítményű termékei, hogy használni lehessen velük a Al-en alapuló szoftvereket.
Arduino Nano 33 BLEArduino Nano 33 BLE, Arduino Nano 33 BLE Sense
Mindkét kártya az nRF52840-es rádió IC-be beépített, 64 MHz órajelű ARM Cortex-M4 processzormag teljesítményét használja ki. Az Arduino Nano 33 BLE-t egy 9-tengelyes IMU szenzorral látták el, a 33 BLE Sense-nek ezen kívül van még hőmérséklet, páratartalom és nyomásérzékelője, rendelkezik beépített mikrofonnal és mozgás-, közelítés- és fényerősség szenzorokkal is. Ez igazán imponáló felszereltség egy ilyen kisméretű kártya esetében, amivel nem csak wearables berendezések állíthatók össze, hanem pl. építőiparban vagy tudományos kísérletekben használt, lokális, kis kommunikációs hatótáv igényű, érzékelő hálózatok is.
Bővítő modulok Arduino Portenta H7-hez
Az Arduino Portenta H7-tel kompatibilis, legfejlettebb bővítő modulok közé tartozik a Portenta Vision shield, amelyre fel van szerelve egy 324 × 324 pixel felbontású és nagyon alacsony energiafogyasztású kamera. A szerény energiaigénynek köszönhetően ez a modul olyan képalkotó alkalmazásokban is használható melyek tápfeszültség ellátása folyamatos, és akkumulátorról történik. A CMOS típusú képérzékelő nagyon érzékeny, és lehetővé teszi a gesztusfelismerést, a környezeti fény mérését, a távolság felmérését és az objektumok azonosítását. A modul kettő, 360°-os mikrofonnal is rendelkezik, melyeknek digitális interfésze van. A kép a hanggal együtt MicroSD kártyára rögzíthető. Az adatok a modulból Ethernet vagy LoRa interfészen keresztül küldhetők ki. A modulhoz való applikációk elkészítését elősegíti az OpenMV függvénykönyvtár elérhetősége, amely Python nyelven áll rendelkezésre.
Az MKR termékcsalád meglehetősen nagy modulválasztékot tartalmaz, amelyek kibővítik az alaplap funkcionalitásait. Ezek között nem csak kiegészítő elektronikai komponensekkel ellátott kártyákat találunk, hanem egyszerű adaptereket is, amelyek lehetővé teszik a környezetből érkező jelek behozatalát szabványos ipari csatlakozók segítségével. A funkcionalitást bővítő kártyák közül érdemes megemlíteni számos interfész kártyát (MKR 485 – RS485, MKR CAN – CAN Bus, MKR ETH – Ethernet), egy relékártyát, a 4db DC kimenettel, és az analóg érzékelőkhöz 4db bemenettel rendelkező motorvezérlőt, egy hatalmas mennyiségű adat helyben tárolására alkalmas MicroSD memória-foglalatos kártyát, egy környezeti paraméter szenzorokat tartalmazó kártyát, az RGB diódás matrica-kártyát, valamint egy 9-tengelyű giroszkóppal/gyorsulásérzékelővel ellátott, hőmérséklet-érzékelős kártyát.
Szoftver - Arduino IoT Cloud, Arduino IoT API, Arduino IDE Pro, Arduino CLI
Még a legfejlettebb számítógép is haszontalan ha nem rendelkezünk hozzá való szoftverekkel. Az Arduino Pro megalkotói az IoT applikációk készítésére rendeltetett eszköz ajánlásakor megfelelő szoftvereket is kínálnak, amelyek nem csak az applikációk létrehozására alkalmasak, hanem lehetővé teszik az adatok biztonságos begyűjtését, tárolását és konvertálását is.
Arduino IoT Cloud
Az Arduino IoT Cloud egy egyszerű, biztonságos mód a távérzékelők bekötésére egy üzemi menedzsment applikációhoz vagy egy olyan felülethez, amely lehetővé teszi a felhasználók millióinak az adatokhoz való hozzáférést, például térkép, grafikon vagy más grafikus ábrázolás formájában. Ezenkívül az Arduino IoT Cloud/Felhő lehetővé teszi, hogy felhasználó interfészről megcímezhessünk és hozzáférhessünk egy olyan konkrét lokalizációhoz, amely valamilyen okból ellenőrzést vagy szerviztevékenységet igényel. A hozzáférés a világ bármely pontjáról lehetséges, ahol van kapcsolatunk a felhővel, akár PC-n, akár mobil eszközön keresztül. Fontos, hogy az ilyen alkalmazások fejlesztése iránt érdeklődők több ezer kódsorozathoz férhetnek hozzá, amelyek készen állnak a saját megoldásukban történő felhasználásra, bemutatva a különféle típusú érzékelők és végrehajtó egységek kezelését.
Arduino IoT API
Amint említettük, az érzékelők adatai valós időben grafikusan megjeleníthetők, vagy azok átküldhetőek egy adatbázisba. Számos példa található erre, melyek a Google Sheets, az Amazon Alexa asszisztens vagy más szoftvergyártók termékeinek segítségével készültek. Az Arduino IoT API használatával saját egyedi applikációkat is kifejleszthetünk. A felhőszoftver ingyenesen kipróbálható - egyetlen MKR vagy Portenta kártya csatlakoztatásával a teljes funkcionalitás elérhető. További eszközök csatlakozásához már előfizetést kell vásárolni. Itt van egy fontos megjegyzés: Az ingyenes változat csak az Arduino termékekkel működik, míg a kereskedelmi változat lehetővé teszi más mikrokomputerek – pl. Raspberry Pi, az ESP8266-os modulok stb. - csatlakoztatását is a felhőhöz.
A felhővel folytatott teljes kommunikáció SSL protokoll használatával van titkosítva. Az Arduino Portenta és Arduino MKR családok kártyái integrált kriptográfiai egységekkel rendelkeznek, amelyek támogatják a valós idejű kommunikációt ezen a protokollon keresztül. Ezenkívül hitelesítési mechanizmussal vannak ellátva, amelyet egy X.509-el kompatibilis kulcsot tartalmazó további áramkör támogat.Újdonság az Arduino kínálatában a SIM-kártya. Ezek a kártyák lehetővé teszik a felhővel kommunikáló érzékelők hálózatának létrehozását a mobil hálózat bázisállomásainak segítségével, amelyeket roaming módban használnak, több mint 100 ország területén.
Arduino IDE Pro
A perifériás eszközök szoftverét az Arduino IDE Pro segítségével lehet elkészíteni. Ez a programozói környezet megörökölte a jól ismert Arduino IDE jellemzőit, így felhasználóinak nem kell sok szokást megváltoztatniuk, és nem kell újratanulniuk a műveleteket. A szenzorhálózatokat érintő szoftverek kifejlesztésének leggyorsabb módja a webszerkesztő használata. Napjainkban ez egy olyan megoldás, amelyet sok szoftvergyártó használt. Előnye, hogy a kompilátort bizonyos mértékig függetleníti attól a hardvertől, amelyen dolgozunk, valamint annak számítási teljesítményétől és operációs rendszerének típusától. Felhasználóként hozzáférünk a legújabb oktatóanyagokhoz és példákhoz, valamint a folyamatban lévő frissítésekhez és javításokhoz is. A forráskódot külön számunkra tárolják a szerveren, és minden bizonnyal jobb biztonságban vannak így, mint egy hordozható laptopon vagy akár egy irodában álló asztali számítógépen. Ennek azonban az a hátránya, hogy állandó internet-hozzáférést igényel, ami nem mindig lehetséges. Ezért egy másik javaslat a felhasználók számára az IDE verzió, amelyet asztali számítógépes telepítésre terveztek. Ez - amint az a open source programhoz illik - elérhető Windows, Linux (64 bites) és Mac OS X rendszerekhez is.
Arduino CLI
Haladó felhasználók számára a Arduino CLI command interpreter-t ajánlják, amely konzol (parancssori) módban dolgozik. Ez tartalmaz egy kompilátort, lehetővé teszi a kártyák, és függvénykönyvtárak, eszközök programozását, be- és kikapcsolását és még sok egyebet. Az Arduino CLI használható ARM vagy Intel által gyártott processzorokon alapuló platformokon, vagyis, ennek köszönhetően szintén jól beválik PC-n, de Raspberry Pi mikrokomputereken is.
Érdekes volt számodra az Arduino Pro-ról szóló cikk? Olvasd el az Arduino használata mikrovezérlőként és a TME kínálat Arduino termékeinek áttekintése című ismertetőinket is.
