Материал: 1697

сбрасывающего устройства, в противном случае необходимо было разраба-

тывать специальную стойку для снятие используемых пипеток, что усложня-

ет конструкцию и техническое решение.

В результате был получен полностью работоспособный проект с воз-

можностью модификации изначальной конструкции и возможностью изме-

нения базовых функций

3 ВЫБОР АППАРАТНОЙ ЧАСТИ

В основе проекта главной задачей был выбор аппаратной части, кото-

рая была бы достаточно мощной для выполнения поставленных задач, имела возможность работы с внешними устройствами и механизмами, была легко-

доступна как сама платформа, так и комплектующие. Также рассматрива-

лось, что проект будет мобильным и будет иметь возможность дополнения функций, поэтому платформа должна была быть легко расширяемой и доста-

точно компактной. При отсутствии работы с подобными устройствами одним из основных критериев была легкая обучаемость и простота работы.

В настоящее время предоставляется большое количество возможных платформ и микропроцессорами для решения подобных задач, но это либо сложные дорогостоящие устройства, либо с ограниченным функционалом.

После рассмотрения нескольких вариантов за основу проекта была вы-

брана аппаратная платформа Ардуино, которая является достаточно распро-

страненной платформой для реализации проектов, связанных с участием управления и приведения в действия различных механизмов. За счет своей популярности имеет большое количество комплектующих и плат расшире-

ния, а так же возможность работать и с любым другим оборудованием, не предназначенным для данной платформы.

3.1 Аппаратная вычислительная платформа Ардуино

Ардуино – это электронный конструктор и удобная платформа быстрой разработки электронных устройств. Платформа пользуется огромной попу-

лярностью во всем мире благодаря удобству и простоте языка программиро-

вания, а также открытой архитектуре и программному коду, которая позво-

ляет легко работать с электромеханическими устройствами. Плата програм-

мируется через USB без использования программаторов.На рисунке 5 изоб-

ражена платформа ардуино.

Рисунок 5 – Платформа Aduino Uno

Ардуино позволяет компьютеру выйти за рамки виртуального мира в физический и взаимодействовать с ним. Устройства на этой базе могут полу-

чать информацию об окружающей среде посредством различных датчиков, а

также могут управлять различными исполнительными устройствами.

Ардуино и Ардуино-совместимые платы спроектированы таким обра-

зом, чтобы их можно было при необходимости расширять, добавляя в устройство новые компоненты. Эти платы расширений подключаются к Ар-

дуино посредством установленных на них штыревых разъёмов. Существует ряд плат с унифицированным конструктивом, допускающим конструктивно жесткое соединение процессорной платы и плат расширения в стопку через штыревые линейки. Кроме того, выпускаются платы уменьшенных габаритов

(например, Nano, Lilypad) и специальных конструктивов для задач робото-

техники. Независимыми производителями также выпускается большая гамма всевозможных датчиков и исполнительных устройств, в той или иной степе-

ни совместимых с базовым конструктивом Ардуино.

Воснове аппаратной платформы лежит микропроцессор ATmega328p

стактовой частотой 16 МГц, обладает памятью 32 кБ и имеет более 20 кон-

тролируемых контактов ввода и вывода для взаимодействия с внешним ми-

ром. Так же имеются более производительные платы с большим количеством выходов и большей памятью, но при решении данной задачи представленный контроллер является наиболее подходящим.

Все микроконтроллеры построены по одной схеме. Система управле-

ния, состоящая из счетчика команд и схемы декодирования, выполняет счи-

тывание и декодирование команд из памяти программ, а операционное устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций;

интерфейс ввода/вывода позволяет обмениваться данными с периферийными устройствами; и, наконец, необходимо иметь запоминающее устройство для хранения программ и данных. Обобщённая структура микроконтроллера изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Обобщенная структура микроконтроллера Порты ввода-вывода микроконтроллеров оформлены в виде штыревых

линеек. Никакого буферизирования, защиты, конвертации уровней или под-

тяжек, как правило, нет. На платформе расположены 14 контактов (pins), ко-

торые могут быть использованы для цифрового ввода и вывода. Какую роль исполняет каждый контакт, зависит от вашей программы. Все они работают с напряжением 5 В, и рассчитаны на ток до 40 мА. Также каждый контакт име-

ет встроенный, но отключённый по умолчанию резистор на 20 - 50 кОм. Не-

которые контакты обладают дополнительными ролями:

serial: 0 и 1. Используются для приёма и передачи данных по USB;

внешнее прерывание: 2 и 3. Эти контакты могут быть настроены так,

что они будут провоцировать вызов заданной функции при изменении вход-

ного сигнала;

PWM: 3, 5, 6, 9, 10 и 11. Могут являться выходами с широтно-

импульсной модуляцией (pulse-width modulation) с 256 градациями;

LED: 13. К этому контакту подключен встроенный в плату светодиод.

Если на контакт выводится 5 В, светодиод зажигается; при нуле светодиод гаснет.

Помимо контактов цифрового ввода/вывода на Ардуино имеется 6 кон-

тактов аналогового ввода, каждый из которых предоставляет разрешение в

1024 градации. По умолчанию значение меряется между землёй и 5 В, однако возможно изменить верхнюю границу, подав напряжение требуемой величи-

ны на специальный контакт AREF.

Кроме этого на плате имеется входной контакт Reset. Его установка в логический ноль приводит к сбросу процессора. Это аналог кнопки Reset

обычного компьютера.

Помимо портов на платах микроконтроллеров иногда устанавливается периферия в виде интерфейсов USB или Ethernet. Опциональный набор внешней периферии на модулях расширения включает в себя:

USB Device (чаще всего как виртуальный COM порт через FTDI FT232,

имеются также версии с эмуляцией USB HID Class клавиатур и мышек);

проводной и беспроводной Ethernet как на основной плате, так и на платах расширения;