iОнлайн

Всем доброго времени суток, дорогие друзья. Практически каждый радиолюбитель знает что такое Ардуино и с чем его едят. На сегодняшний день платформа Arduino стала таким же нарицательным именем, как в свое время стал копировальный аппарат от фирмы Ксерокс (Xerox). Все мы помним эти времена, когда нужно было что-то отксерить. Так и Arduino как учебная платформа по конструированию и обучению программированию стала именем нарицательным. Однако, стоит отметить, что не смотря на то что на платформе ардуино разработано много полезных устройств (а сколько таких еще будет…) возможности этой платформы ограничены и увы не полетом фантазии. Стоит признать, что сетевые коммуникационные возможности микроконтроллеров Atmega оставляют желать лучшего, а низкая производительность, 8ми битная платформа и малый объем памяти сильно ограничивают применение ардуино. Но конкуренты не дремлют. В этой статье я хочу предложить вашему вниманию несколько альтернативных микроконтроллеров, которые дружат с Arduino IDE и при этом обладают большими возможностями по сравнению с Arduino на базе микроконтроллеров Atmega.

STM32  (STM32F103C8T6)

Данная отладочная плата известна также под названием проект “Blue pill”. Опенсорсное решение на базе ARM процессора. Плата призвана заменить собой платформу Arduino Nano и имеет следующие характеристики:

• Архитектура Микроконтроллера ARM Cotrex M3
• Разрядность 32 Бит
• Максимальная частота 72 Мгц
• Объем памяти программ (FLASH): 64 / 128 кБайт
• Объем памяти данных (RAM): 20 кБайт
• Выводы: 37
• UART: 3
• SPI: 2
• I2C: 2
• CAN: 1
• USB: 1
• АЦП: 2 АЦП, 10 каналов, время преобразования 1 мкс
• Напряжение питания микроконтроллера 2 … 3,6 В
• Напряжение питания платы 5 В
• Ток потребления до 50 мА

По сравнению с основным конкурентом — Arduino Nano, характеристики более чем впечатляющие. Да и зона применения этого микроконтроллера гораздо шире. Однако без нюансов не обходится. Стоит учитывать, что напряжение питания у микроконтроллера на этой плате составляет в среднем 3,3 вольта, соответственно и логика работы микроконтроллера трехвольтовая. У Arduino Nano напряжение питания 5 Вольт и логика соответствующая.

Для тех кто не в теме. Если микроконтроллер использует 5ти вольтовую логику, то при выдаче на цифровой пин логической 1 напряжение на выводе составляет 5 вольт. У микроконтроллера с 3,3-вольтовой логикой напряжение логической 1 равно 3,3 вольта, что в определенных случаях может доставить определенные сложности. Также не стоит забывать, что далеко не все устройства с логикой 3,3В толерантны (совместимы) с логикой 5В. Напряжение в 5В, поданное на цифровой вход устройства с логикой 3,3В, может привести к поломке.

Однако, не все так печально. Разработчики предусмотрели такой вариант и ряд выходов платы сделали толерантными к 5ти вольтовой логике. Данная информация представлена на изображении ниже:

При этом, если вам необходимо больше выводов, толерантных к 5ти вольтовой логике, чем может предложить данный модуль, существуют преобразователи логических уровней, которые позволяют решить данную проблему.

На китайских торговых площадках мне встречались преобразователи на 4 и 8 каналов, стоят копейки, но позволяют избавиться от головной боли :). Вот ссылка на 4х канальный преобразователь:

Преобразователь логических уровней на 4 канала. Комплект 10 штук.

Устройства на базе STM32 в последние годы все больше и больше набирают популярность. На них строят как примитивные устройства, так и квадрокоптеры. А с выходом marlin 2.0 количество 3Д принтеров на подобной платформе значительно увеличится.

Свои модули STM32  (STM32F103C8T6) я заказывал вот тут:

Плата STM32  (STM32F103C8T6)

Ну а теперь поговорим о модулях на микроконтроллерах с WIFI.

Так или иначе рано или поздно любому радиолюбителю или инженеру становится скучно и не интересно разрабатывать автономные устройства, либо обстоятельства вынуждают разрабатывать устройства взаимодействующие друг с другом или через интернет. У Адруино есть шилды, которые позволяют подружить микроконтроллер с сетью, но прогресс не стоит на месте и был разработан новый микроконтроллер уже имеющий у себя на борту интерфейс wifi. Представляю Вашему вниманию микроконтроллер ESP8266.

Основные характеристики ESP8266 следующие:

• Тактовая частота 80 МГц с возможностью разгона до 160 МГц без гарантии стабильности работы
• Платформа 32 Бит
• Поддержка Wifi стандартов b/g/n
• Количество портов GPIO 14, из них доступно 11
• Количество аналоговых входов 1
• АЦП 10 Бит
• Питания от 2,6 до 3,6 В
• Потребляемая мощность до 215 мА в режиме передачи, 100 мА в режиме приема, 70 мА в режиме ожидания.
• Поддерживаются три режима пониженного потребления, все без сохранения соединения с точкой доступа: Modem sleep (15 мА), Light sleep (0.4 мА), Deep sleep (15 мкА)

Имеются следующие интерфейсы:

• UART
• SPI
• I2C

Источник: Википедия

Вот основные особенности данного микроконтроллера. Как видим, есть свои достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести:

• Производительная платформа
• Наличие Wifi
• Наличие поддержки самых востребованных интерфейсов
• Наличие режимов низкого энергопотребления
• Совместимость со средой Arduino IDE

К недостаткам можно отнести следующее:

• Мало количество портов GPIO
• Только один аналоговый вход
• Высокое энергопотребление в режиме передачи

Однако, недостатки не такие уж и критичные и для ряда проектов просто несущественные.

За счет своей функциональности микроконтроллер ESP8266 приобрел широкую популярность в среде разработчиков устройств и модулей для умного дома и интернета вещей. О чем свидетельствует популярность модулей Sonoff, обзоры которых я делал ранее. (Обзоры модулей Sonoff). Также данные микроконтроллеры используются во всяких устройствах с Wifi на борту, таких как кондиционеры, роботы-пылесосы и т.д.

Модули на базе ESP8266

Согласитесь, что сам по себе голый чип нам мало интересен, а раз мы любим ардуино, а не сам микроконтроллер atmуga, то нам интересны готовые модули на базе чипа ESP8266. Итак приступим.

На базе данного микроконтроллера разработан ряд модулей с маркировками от ESP-01 до ESP-13. В большинстве модули похожи друг на друга. Я же коснусь в своем рассказе только тех модулей, с которыми имел дело :)

Итак, самый младший представитель линейки – ESP-01.

Этот модуль знаком тем, кто пытался прикрутить к своему проекту на Arduino Wifi. Забавно, что зачастую проект мог бы и без ардуино обойтись :)

Итак, в данном модуле пользователю/разработчику доступно только 4 GPIO вывода. Не много, но для метеостанции или какого-нибудь датчика вполне сгодится.

Приобрести такой модуль можно по ссылкам ниже:

ESP-01 от RobotDyn

ESP-01 из магазина Greatwall

И там и там модули хорошего качества.

Ну а мы пойдем дальше. На очереди довольно интересный и необычный модуль ESP-07

Модуль представляет собой миниатюрную плату с возможностью установки на большую плату под пайку.Обратите внимание, шаг контактов 2 мм, не 2,54, а именно 2. В обычную макетку этот модуль впихнуть проблематично.

На первый взгляд отличительной особенностью данного модуля является наличие керамической антенны, а также разъема для подключения внешней антенны. На плате доступны все GPIO выводы за исключением выводов, отвечающих на SPI шину.

Модуль считается не первой свежести, но в большинстве проектов не теряет своей актуальности.

Приобрести данный модуль на Али можно по ссылке ниже:

ESP-07 у продавца Greatwall

Стоит признать, что некоторые считают, модуль ESP-07 несколько устаревшим, так как ему на смену пришли модули ESP-12

Плата модуля рассчитана под пайку, либо установку на гребенку с шагом контактов 2 мм, однако из существенных отличий – наличие выводов шины SPI.

Широкое распространение получили модули ESP-12E и ESP-12F, отличающиеся друг от друга объемом FLASH памяти.

В отличие от модуля ESP-07, Модули на базе ESP-12 не имеют возможности подключения внешней антенны и используют посредственную встроенную антенну, которая представляет собой дорожку на плате.

Распиновка у модулей ESP-12 одинакова.

Приобрести данные модули можно по ссылке ниже:

ESP-12 у продавца Greatwall

Подробную информацию по подключению и прошивке данных модулей вы можете получить на ресурсе посвященном микроконтроллерам ESP8266.ru

Учтите, что для прошивки и заливки скетчей в модули ESP-01 … ESP-12 необходим программатор. Подробнее о программаторах вы можете почитать в статье “Программаторы для Arduino, 3Д принтеров и не только”

Все эти модули хороши, однако кроме ESP-01 в готовом виде их применять не получится, т.к. нужна обвязка. Поэтому мы плавно переходим к готовым модулям, родоначальником которых стала плата ESP-12

Готовые модули на базе платы ESP-12

И так, как я уже говорил ранее, выход в свет модуля ESP-12 породил целую серию различных ARDUINO совместимых плат яркими представителями среди которых стали платы Wemos и платы Nocemcu (Lolin).

Первые известны под названием Wemos D1 и по форм фактору являются совместимыми с платами на базе Arduino UNO. Однако в виду того, что такой форм-фактор мне был мало интересен за счет своих больших габаритов, меня заинтересовала разновидность Wemos D1 Mini.

Это упрощенная миниатюрная версия модуля, построенная на базе сборки ESP-01 или ESP-12. В зависимости от производителя поставляется в двух вариантах:

• На плате распаян модуль ESP-12 с USB-TTL преобразователем, а также имеет минимальную необходимую обвязку для работы модуля
• На плате распаяна микросхема ESP8266 с USB-TTL преобразователем и минимальной обвязкой.

Как правило, в обоих вариантах на борту имеется DC-DC преобразователь, понижающий напряжение до 3,3 вольт. Имеется возможность питания как напряжением 5 В так и напряжением 3,3 вольта.

Выглядят модули следующим образом. Ху из ху отличить проблемы не составит.

Wemos D1 Mini

Wemos D1 Mini Robotdyn

Еще, модули могут отличаться объемом памяти и моделью микросхемы USB-TTL преобразователя.

На рисунке выше представлена распиновка модуля. Как видно, все сделано по упрощенной схеме. Также стоит отметить, что у данного модуля SPI порты не разведены. Учитывайте это.

Но для ряда проектов этого вполне достаточно :)

В качестве примера могу представить Вашему вниманию метеостанцию собранную на указанном модуле.

Итак, данные модули в интернете вы можете приобрести по ссылкам, указанным ниже. Как и всегда, я указываю ссылки на товары и магазины, где сам закупаюсь.

Wemos D1 Mini от Rorotdyn

Wemos D1 Mini от Greatwall

Как я уже упоминал выше, кроме Wemos D1 mini существуют модули NodeMCU или как их еще называют Lolin. Насколько я понимаю, изначально они разрабатывались для написания прошивок на Lua скриптах, однако, они прекрасно прошиваются и с помощью Arduino IDE, причем без лишних телодвижений. Т.е. хочешь пиши прошивку на LUA и заливай в микроконтроллер, хочешь на Arduino IDE. На сегодняшний день в продаже имеются модули под маркировкой NodeMCU v3. Выглядят платы следующим образом:

Как и Wemos D1 mini модули отличаются схемотехникой, объемом памяти, а также моделью микросхемы USB-TTL преобразователя. Однако, от модулей D1 NODEMCU имеют полный набор GPIO выводов с разведенной SPI шиной и как следствие – плата у NodMCU значительно больше (этак раза в два).

В остальном, по функционалу модули ни чем не отличаются.

Выводы делайте сами :)

Ну а купить такие платы можно по следующим ссылкам:

NodeMCU в магазине Greatwall

NodeMCU в магазине Wavgat

NodeMCU от RobotDyn

Ну и как Вишенка на торте, пара слов о гораздо более мощном 32х битном двухъядерном микроконтроллере, который называется ESP-32.

Ну а теперь давайте поговорим о характеристиках данных модулей.

Аппаратные характеристики:

• Процессор Tensilica Xtensa LX6 двухъядерный (или одноядерный) 32-разрядный процессор, с тактовой частотой 160 или 240 МГц и производительностью до 600 DMIPS (Dhrystone MIPS)
• Сопроцессор с ультранизким энергопотреблением
• Память: 520 КБ памяти SRAM, до 64 мб FLASH памяти
• Wi-Fi: 802.11 b / g / N
• Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE

Интерфейсы:

• 12-разрядный АЦП до 18 каналов
• 2 × 8 бит ЦАПа
• 10 × портов для подключения емкостных датчиков (измеряющие ёмкость GPIO)
• Датчик температуры[источник не указан 282 дня]
• 4 × SPI мастер-интерфейса (ведущие устройства)
• 2 × I²S мастер-интерфейса
• 2 × I²C мастер-интерфейса
• 3 × UART интерфейса
• SD/SDIO/CE-ATA/MMC/ eMMC хост-контроллер
• SDIO/SPI слейв-контроллеры (ведомые устройства)
• Ethernet MAC interface с выделенным DMA и IEEE 1588 Precision Time Protocol support
• CAN bus 2.0
• ИК дистанционное управление (передатчик/приемник, до 8 каналов)
• Возможность подключения двигателей и светодиодов через ШИМ-выход
• Датчик Холла
• Аналоговый пред усилитель низкого энергопотребления

Таким образом, пользователю доступно до 34 GPIO портов различного назначения. В купе с кучей плюшек и специфических портов, а также наличием большого набора различных интерфейсов, модуль обладает большим потенциалом для практического применения.

Уже сейчас на базе ESP-32 китайцы предлагают огромный набор готовых модулей различных компоновок. Тут и модули с возможностью подключения различных аккумуляторов, модулей с экранами, модулей с LORA, да и много еще с чем. Перечисленные модули я видел в продаже. Вообщем, кому интересно, можете посмотреть вот тут.

Базовые модули можно приобрести вот тут:

Модули ESP-32 без обвязки:

Модуль ESP-32 в магазине WavGAT

Модуль ESP-32 в магазине Greatwall

Модуль ESP-32 в магазине RobotDYN

Шилд для прошивки и программирования модуля без обвязки (Greatwall)

Готовые платы с модулем ESP-32

Готовый модуль ESP-32 в магазине Greatwall

Готовый модуль ESP-32 в магазине WavGAT

Готовый модуль ESP-32 с камерой

Готовый модуль ESP-32 с возможностью подключения источника резервного питания

Вот такие вот современные замены ардуино существуют в мире. Возможно, есть и другие варианты на других микроконтроллерах. Я описал те, о которых знал и которые покупал сам. Ссылки опубликованы на проверенных продавцов. Буду рад, если статья оказалась вам интересной. Инженерных и творческих успехов :)