МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫЙ КОМПЛЕКС ARDUINO КАК СРЕДА В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ. СОЛНЕЧНЫЙ ТРЕКЕР

Микроконтроллеры широко используются в изделиях которые содержат всю систему целиком исключительно в одной миниатюрной микросхеме, часто называемой микросборкой. Например «чиповая» кредитная карточка содержит микроконтроллер внутри в пластиковой основе. Таблетка домофона так же внутри себя содержит микроконтроллер. И примеров использования и применения микроконтроллеров настолько обширен в современном мире, что легко обнаружить наличие контроллера в любом мало-мальски интеллектуальном устройстве от детской игрушки до беспроводной гарнитуры сотового телефона.

В процессор Arduino можно загрузить программу, которая будет управлять всеми этими устройствами по заданному алгоритму. Таким образом можно создать бесконечное количество уникальных классных гэджетов, сделанных своими руками и по собственной задумке. Для того, чтобы понять идею, взгляните на иллюстрацию. Она не отражает и миллионной доли всех возможностей, но всё же даёт первичное представление:

Рисунок 1. Расширенная архитектура микроконтроллерной системы Arduino

Программы для Arduino можно писать на обычном C++, дополненным простыми и понятными функциями для управления вводом/выводом на контактах. Если вы уже знаете C++ — Arduino станет дверью в новый мир, где программы не ограничены рамками компьютера, а взаимодействуют с окружающим миром и влияют на него. Рассмотрим пример микроконтроллерной реализации солнечного трекера. В качестве сенсоров выступают фоторезисторы ( рисунок 2).

Рисунок 2. Схема солнечного трекера

Рисунок 3. Схема подключения солнечного трекера к Ардуино

Схема состоит из одного сервопривода и 2-х фоторезисторов. Фоторезисторы меняют свое сопротивление в зависимости от падающего света, далее происходит сравнение этих двух величин. И в зависимости от того где полученное цифровое значение больше туда и происходит поворот сервопривода.

Поворот осуществляется до тех пор, пока цифровое значение  света обоих фоторезисторов не уровняется. Другими словами сервопривод солнечного трекера перестанет поворачиваться, когда свет будет одинаково падать на оба фоторезистора. Ниже приведен небольшой код трекера из которого все понятно, что происходит.

Полученные значения сохраняются в переменные val1 и val2, далее происходит их сравнение. Если они равны то солнечный трекер находиться в покое, а если их разница больше или меньше нуля, то сервопривод начинает работать.

Фоторезисторы подключены по схеме делителя напряжения, через дополнительное сопротивление в 10 кОм подключенные к земле. При изменении сопротивления фоторезисторов, меняется напряжение на вывода A0 и A1 платы Arduino. Ниже приведен код программы

#include  Servo myservo;

int pos = 90;   // initial position

int sens1 = A0; // LRD 1 pin

int sens2 = A1; //LDR 2 pin

int tolerance = 2;

 void setup()

{

  myservo.attach(9);  // attaches the servo on pin 9 to the servo object

  pinMode(sens1, INPUT);

  pinMode(sens2, INPUT);

  myservo.write(pos);

  delay(2000); // a 2 seconds delay while we position the solar panel

} 

 void loop()

{

  int val1 = analogRead(sens1); // read the value of sensor 1

  int val2 = analogRead(sens2); // read the value of sensor 2

   if((abs(val1 - val2) <= tolerance) || (abs(val2 - val1) <= tolerance)) {

    //do nothing if the difference between values is within the tolerance limit

  } else {   

    if(val1 > val2)

    {

      pos = --pos;

    }

    if(val1 < val2)

    {

      pos = ++pos;

    }

  }

   if(pos > 180) { pos = 180; } // reset to 180 if it goes higher

  if(pos < 0) { pos = 0; } // reset to 0 if it goes lower

  myservo.write(pos); // write the position to servo

  delay(50);

}

Для  удобства работы с Arduino существует бесплатная официальная среда программирования «Arduino IDE», работающая под Windows, Mac OS и Linux. С помощью неё загрузка новой программы в Arduino становится делом одного клика, только лишь подключите плату к компьютеру через USB. Хотя для более пытливых умов возможна работа и через Visual Studio, Eclipse, другие IDE или командную строку.

Таким образом, микроконтроллерный комплекс Arduino предоставляет широкие возможности для экспериментатора и позволяет создавать из- мерительные комплексы, обеспечивающие не только сбор данных, но и организацию обратной связи для управления экспериментальным макетом. При этом данный комплекс отличает низкая цена, наличие бесплатного программного обеспечения, возможность быстрого освоения за счет использования упрощенных языков программирования, минимальные требования к наличию дополнительных элементов.

Список литературы:

1. Белов А.В. Микроконтроллеры AVR: от азов программирования до создания практических устройств, Санкт-Петербург: Издательство «Наука и Техника», 2016
2. Марк Геддес 25 крутых проектов с Arduino. Эксмo, 2018
3. Макаров С. Л. Arduino Uno и Raspberry Pi 3. От схемотехники к интернету вещей, 2019