RIP (računalom integrirana proizvodnja, engl. CIM) Embedded računala Internet of Things (IoT) Open source hardware i software Hardware maker movement

Транскрипт

1 RIP (računalom integrirana proizvodnja, engl. CIM) Embedded računala Internet of Things (IoT) Open source hardware i software Hardware maker movement Cloud platforme Vrednovanje : RIP (računalom integrirana proizvodnja, engl. CIM) Seminarski rad - uz dostupne komponente (min.4 različite) u laboratoriju izraditi seminarski rada prema uputama za izradu diplomskog rada. Sadržaj seminarskog rada: (samostalno izabrana tema i svrha projekta - NASLOV) Uvod; Komponente potrebne za projekt (kratki opis svake korištene komponente); Shema spajanja (koristiti Fritzing - open source, free software. ); Program (uključiti dvije do tri varijacije programa); Spajanje elemenata i provjera funkcionalnosti; Zaključak; Literatura (obavezno navesti točan navod polaznog projekta) RIP Embedded računala i Internet of Things (IoT) (Internet inteligentnih uređaja) Embedded računala embedded - ugrađen ili uklopljen. - najčešće - računala za specijaliziranu namjenu ili funkciju - osim specijalizirane namjene, često su dio kompleksne cjeline koja ne mora biti samo elektronskog dizajna, već uključuje i mehaničke dijelove. - Zanimljivo (preko 90% proizvedenih mikroprocesora - kao funkcija kompleksne cjeline) Embedded računala Karakteristike mala potrošnja energije, male dimenzije, uske operativne sposobnosti i niska cijena. ovakvi sustavi su svuda oko nas, u automobilima gdje nadziru rad motora, sigurnosne sustave, u uređajima za kontrolu temperatura, u televizorima, kamerama, dizalima. - arhitekturom su slični stolnim računalima ili laptopima (pojednostavljeno - imaju procesor ili kontroler, memoriju i niz komunikacijskih sklopova.) IoT Internet of Things pojam IoT (Internet Of Things) bazira se na embedded sustavima Internet of Things ili internet stvari je pojam kojim se opisuje mreža raznih uređaja i senzora kroz koju oni komuniciraju 1

2 IoT Internet Of Things Primjer: Pametna kuća (smart home) -stambeni prostor opremljen senzorima i uređajima, dakle embedded sustavima, koji omogućuju stanarima centralizirano upravljanje svim njezinim parametrima. (senzori za toplinu, video nadzor, motorizirani prozori i slično. Svi ti uređaji međusobno komuniciraju, što čini djelić interneta stvari, te ih je moguće s jednog mjesta kontrolirati. Osim komfora, ove funkcije donose i niz ekonomičnih funkcionalnosti, radi racionalnijeg upravljanja potrošnjom energije.) Open source hardware i software Hardware maker movement Maker movement - skupni naziv za one koji amaterski izrađuju različite elektroničke ili druge uređaje. - koriste lako dostupne komponente i alate kojima samostalno izrađuju zanimljive i korisne uređaje, a upute i rezultate svog rada dijele s drugim ljudima putem YouTubea, foruma ili društvenih mreža. - Arduino je kompanija, projekt i zajednica korisnika koja izrađuje otvorena sklopovska i programska rješenja. - Sustav se temelji na Arduino-pločici koja ima mikrokontroler, digitalne i analogne I/O pinove te USB sučelje za učitavanje programa. Cloud platforme Kad se IoT uređaji spajaju na Internet podatke treba spremiti, analizirati, agregirati, učiniti dostupnima za dohvat i izvući korisne informacije. Zahtjevi su zajednički većini aplikacija pa se mogu upotrijebiti gotova rješenja umjesto nove implementacije za svaku aplikaciju. Brojne startup tvrtke su razvile svoja rješenja za cloud pohranu i analizu podataka. Neka od tih rješenja pružaju Arkessa, Xively, ThingWorx, Evrythng i druge. Platforme su većinom besplatne za aplikacije s manjim brojem uređaja čime se potiče razvojne inženjere da se služe baš njima. 2

3 Domene primjene Doseg i broj domena primjene Interneta stvari je ogroman, no nabrojit ćemo samo neke važne i zanimljive uporabe IoT uređaja. Danas postoji sve više modnih dodataka i uređaja koje nosimo sa sobom, a spajaju se na internet i pružaju svojim vlasnicima razne korisne mogućnosti. Tako pametni satovi mogu komunicirati s mobitelima, dohvaćati vremensku prognozu, slati poruke, mjeriti broj otkucaja srca i drugo. Tu su i narukvice specijalizirane za fitness i praćenje aktivnosti. Uređaji poput Jawbone UP, Fitbit Charge, Microsoft Band, Garmin Vivosmart i drugih mogu pratiti vašu dnevnu aktivnost, pretrčanu udaljenost, potrošene kalorije, otkucaje srca, kvalitetu sna i mnoge druge vrijednosti IoT Internet Of Things Pomoću jedne inteligentne mrežne infrastrukture mogu se poboljšati operacije, povećati sigurnost i steći uvid u podatke kako biste pojednostavili automatizaciju. PROIZVODNJA ml Primjer ARDUINO Uz Raspberry Pi u svom stanu izradio zrcalo koje će mu prikazivati informacije. Raspberry Pi je spojen na ekran iza jednosmjernog zrcala, te s interneta dohvaća informacije o vremenskim uvjetima. Osim toga, prikazuje koliko je trenutno sati te poruke osobi koja se nalazi ispred. platforma otvorenog koda temeljena na jednostavnoj razvojnoj pločici s ulazno/izlaznim konektorima i besplatnom programskom podrškom s jednostavnim korisničkim sučeljem. Glavni dio : ATmega mikroupravljač koji sa bootloader-om omogućuje programiranje čipa. Programiranje uređaja izvodi se iz integriranog razvojnog okruženja koje postoji za Windows, Mac i Linux operativni sustav. Glavna namjena cijelog sustava je komuniciranje s različitim priključnim hardverom što omgućuje interakciju s okolinom, prikazivanje podataka i slično.. Hardver: osobno računalo koje služi za pokretanje Arduino/Croduino IDE (integrated development environment) softvera, Arduino/Croduino pločica i USB kabel koji odgovara priključku na vašoj pločici dodatni sklopovi, (senzori i slično). 3

4 Metoda izgradnje, Uradi sam ~ DIY (Do it yourself) - izgradnja, modifikacija ili popravljanje stvari bez izravne pomoći stručnjaka 3D-pisači - mini sustavi s numeričkim upravljanjem (NC) u tri osi (x, y i z) Metoda izgradnje, Uradi sam ~ DIY (Do it yourself) ( DIY Science & Technology Popular Science ) Open source hardware i software U srcu printera postoje Arduino pločice, matične ploče koje na neki način pokreću ovaj printer, a dio su projekta otvorenog koda Stvoren je alat koji je dostupan svima, sa kojim brzo možemo stvoriti nešto novo. PROJEKTI PROJEKTI Kickbee Hardver je dostupan a na Internetu su objavljene sve datoteke za izradu sklopa, pa se mogu preuzeti i upotrijebiti kako bi stvorili nešto novo, modificirali postojeće ili učili. Dovoljno je imati ideju, a zatim ju provesti u djelo

5 Tko ga može koristi? Drugi tipovi pločica Hackeri / Makeri Inženjeri Umjetnici Glazbenici Djeca! Nastavnic i!! Ti!!! 25 CRODUINO (hrvatska verzija) 26 Ploče za proširenja (SHILD (štitovi)) Razumijevanje ULAZ - IZLAZ Referencirane iz perspektive mikrokontrolera (elektronička pločica) Ulazi, signali / informacije koje ulaze u pločicu. Izlazi, bilo koji signal koji izlazi iz pločice. Primjeri: prekidači, senzori svjetla, senzori pokreta, senzori vlage, Senzori, temperature... Primjeri: LED, DC motor, servo motor, piezo zujalica, relej, RGB LED, Pokretanje Arduino IDE Spajanje Dvaput kliknuti na ikonu Arduino Prvi program blinkanje led diode void setup() { pinmode(13, OUTPUT); // postavi pin 13 kao izlazni pin } void loop() { digitalwrite(13, HIGH); delay(1000); digitalwrite(13, LOW); delay(1000); } // Postavi izlazni napon na pinu 13, 5V // Postavi izlazni napon na pinu 13, 0V

6 Standardne komponente: Standardne komponente: Standardne komponente: Standardne komponente: SOFTVER - ARDUINO IDE Arduino IDE softver dostupan na službenoj stranici. Nakon instalacije, pokrenemo Arduino IDE te dobijemo ovakav prozor: Setup() blok namijenjen za inicijalizaciju i izvršava se samo jednom prilikom paljenja mikroupravljača. Loop() blok je glavna beskonačna petlja u kojoj se izvršava glavni program. SOFTVER - ARDUINO IDE Pregledan User-friendly Ne ograničava Jednostavna instalacija Arduino program (ili engl. sketch) prilikom spremanja dobiva ekstenziju.ino. 6

7 SOFTVER SOFTVER - POSTAVKE Nakon instalacije Arduino IDE možemo priključiti pločicu na USB port na računalu. Kad se upravljački program instalira, biramo verzije pločice: Alati -> Pločica -> Nano, i odabir USB porta: Alati -> Port -> ime USB porta na kojem je priključen Arduino (kod nas COM3) SOFTVER - POSTAVKE Obavezno provjerite tip pločice koji je odabran ARDUINO NANO Pojašnjenje dijelova Arduino IDE-a Ukoliko ste uspješno odradili sve korake, sada možete testirati svoju pločicu. Najjednostavnije je uploadati već napisan Blink primjer koji pali i gasi LED diodu koja se nalazi na samoj pločici. On se nalazi Datoteka -> Primjeri -> 01.Basics -> Blink. Pritiskom na Strelicu(Prenesi) ili kraticom [Ctrl+U] program se prenosi na vašu Arduino/Croduino pločicu. 7

8 OPEN SOURCE -ZAJEDNICA ARDUINO U HRVATSKOJ Arduino.cc reference ARDUINO PROJEKTI Pregled pinova i detalja u vezi Croduino Basica Korištenje LED diode Svjetleća ili LED (engl. Light Emitting Diode) dioda je poluvodički element koji pretvara električni signal u optički (svjetlost). Pad napona je oko 1,95V (crvena., zelena, žuta...) dok je kod plave 2,76V, a bijele 2,78V. Prilikom rada potrebno je ograničiti struju koja prolazi kroz nju (obično oko 20 ma), i osigurati dovoljan napon da svijetli. PAZI! Ledica će svijetliti na manjim strujama, ali ne i naponima! Korištenje LED (LIGHT EMITING DIODE) diode - dioda koja zrači svjetlost kada je propusno polarizirana Na izlaznim pinovima imamo ili 0 ili 5V. Pomoću ohmovog zakona možemo izračunati potreban otpor kako bi nam pad napona na ledici bio 1,95V i odgovarajuća struja tekla kroz krug. U - napon napajanja U LED - napon na diodi pri propusnoj polarizaciji I LED - struja kroz diodu Podatke o naponu propusne polarizacije i struji kroz diodu najbolje je pronaći za svaku LED diodu. Karakteristične vrijednosti za su 2,7-3,3 V, a za 3-20 ma pri čemu za napon napajanja od 5V dobijemo vrijednost potrebnog otpora otpornika od Ω 8

9 Korištenje LED diode Omov zakon je jedan od temeljnih zakona u elektrotehnici i glasi ovako: Nakon što smo izračunali predotpor, spajamo ledicu. Na pinu 13 je već spojena ledica s odgovarajućim predotporom. Bitno je da pazimo kako ju spajamo. Ledica ima dva izvoda: anodu i katodu. Anodu prepoznajemo po tome što ima duži izvod, a katodu tako da je kod nje dioda (ovaj plastični dio) poravnata(vidi sliku iznad). Kako bi svijetlila anoda mora biti na većem potencijalu nego katoda i to onog iznosa koliko je potrebno da dođe u područje rada u kojem svijetli (ranije spomenutih 1,95V). KARAKTERISTIKE I BOJE LED dioda EKSPERIMENTALNA PLOČICA - (eng. solderless breadboard) je pomagalo pri spajanju privremenih električkih strujnih krugova. sastoji se od plastičnog kućišta na čijoj se gornjoj strani nalazi mnoštvo rupica namijenjenih za umetanje nožica različitih komponenti. Rupice su u unutrašnjosti pločice međusobno povezane prema određenom pravilu. Najčešće su uz svaku tračnicu nalaze dvije linije, crvena i crna (plava) zajedno sa simbolima (+) i (-). Na većini pločica rupice unutar jedne linije nisu spojene po cijeloj dužini, nego su prekinute na sredini (ponekad i na više mjesta) što treba provjeriti prije korištenja. Boje otpornika i označavanje vrijednosti otpora Otpornik se postavlja tako da mu je zlatna ili srebrna boja na desnoj strani. Označavanje otpornika bojom, 1. boja s lijeve strane je vrijednost otpora, 2. boja je drugi broj, 3. boja je multiplikator tj. Određuje koliko nula treba dodati nakon prva dva broja. 4. boja je tolerancija vrijednosti otpora. Većina ugljenih otpornika ima zlatnu boju, tj. vrijednost unutar +/- 5%, nazivne vrijednosti. 9

10 Primjer 1. Spojiti ledicu na Croduinov pin 13 (isti princip i za bilo koji drugi pin) i prepraviti Blink sketch tako da blinka samo vanjska ledica. OPREZ! Moramo preračunati predotpor za ledicu. Materijal: LED dioda, predotpor za ledicu 220R 10