Вы в самом начале пути, который ведёт в освещённый электрическим светом мир электроники. Впереди вас ждёт много открытий, гениальных решений и изобретений. Но теперь наступил момент, который требует решительных действий. Занятие электроникой, как и любая технически сложная сфера, требует необходимого оборудования, которое будет вашим помощником.
В третьей части статьи я познакомлю вас с популярными платформами и инструментами — от привычной Arduino до Raspberry Pi, от универсальных лабораторных источников питания до необходимых аксессуаров и наборов для быстрого старта. Моей задачей будет не просто перечислить характеристики и описать устройства, а помочь понять, какое оборудование подойдёт для ваших задач, а также избежать типичных ошибок при покупке первой «лаборатории на дому».
Время чтения: 13 минут
Сложности с выбором средств разработки? Это ведь так просто!
XXI век — век цифровой техники. Всё, что нас окружает, в какой-то мере соотносится с цифровой техникой: про компьютеры и смартфоны и говорить не нужно, но даже в несложную бытовую технику, такой как холодильник или стиральная машина, встроен электронный цифровой блок управления, работающий по заранее запрограммированному алгоритму. Даже электрические чайники долго сопротивлялись научно-техническому прогрессу, но всё же сдались; в нынешних моделях есть и электронный контроль температуры, и подогрев воды по расписанию, и удалённое управление через Интернет.
Радиолюбительские конструкции тоже не отстают от моды и прогресса. Сегодня придумано и выпущено много разных платформ, позволяющих быстро войти в сферу цифровой электроники и программирования, и за короткий срок создать собственное и работоспособное устройство. Скорость освоения и разработки достижима определённым абстрагированием от аппаратной части проекта и упрощённой реализации программной. Но так или иначе, такие платформы как Arduino, Raspberry Pi и другие помогают научиться разрабатывать с нулевым порогом вхождения, уже через непродолжительное время стать часть сообщества разработчиков цифровых устройств и программирования. Конечно, Arduino — это лишь учебно-тренировочная платформа для несложных проектов, и коммерческие проекты выполняются на совершенно другом уровне, но новичкам к освоению рекомендуется именно она.
Arduino — это открытая платформа для физических вычислений, сочетающая в себе простое аппаратное обеспечение (микроконтроллерные платы) и удобное программное обеспечение (Arduino IDE). Она возникла в Италии в 2004 году с целью создать недорогие и доступные инструменты для прототипирования интерактивных проектов, и сегодня поддерживается обширным сообществом энтузиастов, образовательных учреждений и профессионалов.
Платы Arduino оснащены микроконтроллерами (например, ATmega328P в UNO, ARM Cortex в сериях MKR и R4) с набором цифровых и аналоговых входов-выходов, интерфейсами I²C, SPI и UART, что позволяет подключать датчики, исполнительные механизмы и другие модули.
Программная часть включает бесплатную интегрированную среду разработки Arduino IDE (версия 1.x и более современная IDE 2), которая предлагает редактор кода, компилятор, менеджер библиотек и плат, а также последовательный монитор для отладки.
Алгоритм работы платы вы определяете самостоятельно путём программирования. Для этого существует среда разработки Arduino IDE и язык программирования, очень схожий с языком Си. Есть немало интернет-сообществ разработчиков на Arduino и бесконечно большое количество полезной информации. Лёгкость платформы и обширная поддержка помогут быстро освоить разработку цифровых устройств.
Набор UNO R3 Starter Kit — это комплект для обучения и прототипирования на базе Arduino-совместимой платы UNO R3. В него обычно входит сама плата с микроконтроллером ATmega328P, USB-кабель для программирования, макетная плата, разнообразные датчики (температуры, освещённости, качества воздуха и др.), исполнительные модули (реле, моторы, серводвигатель), дисплеи, клавиатурная матрица, инфракрасный приёмник, RFID-модуль и набор пассивных компонентов (светодиоды, резисторы, кнопки, провода).
Благодаря полной совместимости с Arduino IDE и множеству уроков в комплекте (PDF-мануал, видео-уроки или CD с примерами), такой набор отлично подходит начинающим, школьникам и студентам технических специальностей.
Плюсы:
- Широкий набор компонентов, позволяющий сразу перейти от теории к практике и реализовать десятки проектов.
- Поддержка сообщества — тысячи проектов в сети, форумы Arduino и тематические группы облегчают поиск решений любых задач.
- Совместимость с дополнительными платами (Mega, Nano и др.) благодаря единому форм-фактору R3.
Минусы:
- Необходимость самостоятельной пайки — в некоторых наборах требуется припаять заголовочные контакты к модулям, что усложняет задачу начинающим.
Этот набор отлично подойдёт тем, кто хочет быстро освоить основы электроники и программирования микроконтроллеров, получив при этом готовую платформу для творчества и дальнейшего развития проектов.
Raspberry Pi была задумана в 2006 году как недорогая обучающая платформа для популяризации компьютерных наук среди школьников и студентов. Проект возглавил Эбен Аптон и группа инженеров из Кембриджа, стремясь восполнить упадок интереса к информатике после эры BBC Micro и ZX Spectrum.
Аппаратно Raspberry Pi представляет собой одноплатный компьютер на базе системы-на-кристалле Broadcom BCM2835/2711, включающей многоядерный ARM-процессор, графический ускоритель VideoCore и оперативную память от 256 МБ до 8 ГБ в зависимости от модели. Отсутствие встроенного накопителя компенсируется слотом microSD, а питание подаётся через micro-USB или USB-C (в новых моделях).
Интересные факты:
- Raspberry Pi занимает третье место в мире по количеству проданных компьютеров после Apple Mac и ПК на Windows.
- С момента запуска в 2012 году продано более 60 млн устройств.
- Платы Raspberry Pi применяются в промышленности: от зарядных станций для электромобилей до информационных табло в аэропортах.
- Сообщество проекта насчитывает тысячи активных участников, форумов и региональных клубах (Pi Juice, Pi Wars и т. д.).
- Raspberry Pi участвовал в экспериментах на Международной космической станции, демонстрируя надёжность в экстремальных условиях.
Эта уникальная платформа продолжает развиваться, предлагая новые модели, аксессуары и программные решения, объединяя энтузиастов, педагогов и инженеров по всему миру.
Это четвёртое поколение одноплатных микрокомпьютеров от Raspberry Pi Trading, представленное 24 июня 2019 г. В основе платы лежит 64-битный чип Broadcom BCM2711 с четырьмя ядрами ARM Cortex-A72 частотой 1,5 ГГц (на ревизии C0 — до 1,8 ГГц), что даёт заметный рост производительности по сравнению с предыдущими моделями. Устройства снабжаются 1 ГБ, 2 ГБ, 4 ГБ или 8 ГБ LPDDR4 @ 3200 МГц оперативной памяти, причём вариант с 8 ГБ был выпущен год спустя после старта продаж.
Raspberry Pi 4 Model B демонстрирует производительность настольного уровня, сравнимую с бюджетными x86-ПК, благодаря сочетанию современного CPU и высокоскоростных интерфейсов USB 3.0 и Gigabit Ethernet. Поддержка двух 4K-мониторов на 60 fps и аппаратное декодирование видео делают её отличным выбором для домашних медиастартеров и рабочих станций начального уровня.
Лабораторные источники питания
Электронике для работы требуется питание. Все электронные приборы, что нас окружают, снабжены либо батареями (аккумуляторами) или же сетевыми блоками питания. Даже старые детекторные радиоприёмники, которые работали без батарей, получали электроэнергию для питания от радиоволн.
При работе с электронными устройствами нужно стабилизированное электропитание с заданными параметрами. А ещё важна защита самого источника питания в случае нештатной ситуации в исследуемом устройстве, к примеру, короткого замыкания. Таким образом, источник питания обязан поддерживать возможность регулировки выходного напряжения и установки ограничения тока. Сетевые адаптеры, зарядные устройства и даже сложные компьютерные блоки питания не обладают ни первой, ни второй возможностью. Вот тут и приходят на помощь радиолюбителям лабораторные источники питания.
Большинство современных лабораторных источников питания строится с применением импульсной схемотехники (смотри статью «ТОП-10 типовых узлов в схемотехнике блоков питания»). Громоздкие линейные трансформаторные блоки питания ушли в прошлое.
Все лабораторные источники питания поддерживают функцию установки выходного напряжения и ограничение силы тока. Многие имеют 2, 3 и более независимых канала, позволяющих организовать питание исследуемого устройства несколькими напряжениями или создать двухполярное питание, к примеру, для схем на операционных усилителях (смотри статью «Что такое операционный усилитель?»). Также есть программируемые ЛБП, позволяющие иметь несколько предустановленных значений выходного напряжения и тока и нажатием кнопки переключаться между ними.
Для домашней мастерской начинающего специалиста по ремонту или инженера по созданию электронных устройств рекомендуется иметь одно- или двух-канальный источник питания с выходным напряжением 30 вольт и силой тока 5–10 ампер. Таких параметров достаточно для питания большинства бытовых электронных устройств и радиолюбительских схем.
Простой и надёжный одноканальный импульсный лабораторный источник питания. Выходное напряжение и ограничение силы тока устанавливаются с помощью ручек «грубо» и «точно», поддерживающих точность установки ±0.1 вольта/ампера. Выходное напряжение устанавливается в диапазоне 0÷32 вольт, а сила тока 0÷10 ампер. Блок питания оснащён электронными вольтметром и амперметром для отслеживания и точной настройки выходных параметров, контроля потребления запитываемого устройства. За безопасность отвечают встроенные защиты от перенапряжения, перегрузки по току и перегрева. Уровень пульсаций выходного напряжения не превышает 20 мВ.
Плюсы:
- Отличная цена.
- Качество и надёжность.
- Наличие всех необходимых защит.
- Низкий уровень пульсации выходного напряжения.
Минусы:
- Низкое качество кабеля для подключения исследуемого устройства (небольшое сечение провода и недостаточно хороший контакт в местах обжима). Придётся купить или изготовить кабель.
Как коллега спешу вас поздравить, как минимум, с тем, что вы дочитали эту статью до конца. Уверен, вы ещё только решаетесь встать на путь мастера по ремонту или инженера по разработке электроники, и только собираетесь приобрести необходимое оборудование, чтобы через него получить что-то гораздо более важно, а именно — опыт.
Помните, что любые технические барьеры и сложности растворяются перед упорством и желанием учиться. Начав с базового оборудования, вы сможете постепенно расширять свою «лабораторию», добавляя специализированные модули и совершенствуя программное обеспечение. В конечном счёте ваше любопытство и настойчивость определят, какими станут ваши проекты — от домашних гаджетов до профессиональных решений.
Ваш опыт и ваши знания — это то, что нельзя количественно определить с помощью денег. Опыт и знания бесценны. А опыт и знания + необходимое оборудование — основа успеха как в домашней лаборатории, так и на серьёзном производстве электронного оборудования. Успехов вам в ваших творческих начинаниях! С уважением, команда магазина Суперайс.
