Spis treści:
- 1 Arduino Portenta - evoluce pokračuje v tom nejlepším!
- 2 Arduino - jeden z lídrů hnutí open-source
- 3 Arduino Portenta H7 - obecná charakteristika modulu
- 4 Arduino Portenta H7 - kompletní technické specifikace modulu
- 5 Arduino Portentna H7 - připojení k počítači přes port USB typu C
- 6 Arduino Portenta H7 - zabezpečení dat v aplikacích IoT
- 7 Arduino Portenta X8 - pro ještě náročnější uživatele
- 8 Arduino Portenta - praktické aplikace
Hlavní tvůrci i spolutvůrci projektu Arduino rozhodně neusínají na vavřínech – seznamte se s deskou Arduino Portenta!
Arduino Portenta - evoluce pokračuje v tom nejlepším!
V tomto článku představíme Arduino Portenta, další vývojovou desku, která uživateli nabízí nový rozměr možností návrhu vestavných aplikací. Podíváme se, jaké parametry příslušenství pro desky nabízí, kde ho lze použít a kolik stojí na českém trhu.
Arduino - jeden z lídrů hnutí open-source
Arduino je jedním z nesporných lídrů v oblasti hardwaru a softwaru šířeného pod open-source licencí, se kterým se často setkáváme v projektech IoT. Důkazem toho je obrovská komunita desítek milionů uživatelů po celém světě a desítky tisíc projektů, které byly založeny na malých programovatelných elektronických deskách v modré nebo cedrové barvě – ačkoli díky otevřené licenci hardwaru a softwaru vzniklo také poměrně dost licencovaných klonů Arduina s jinou barvou PCB. V současné době se s Arduinem setkáváme jak v amatérských domácích projektech různého stupně propracovanosti, tak v profesionálních aplikacích, mezi které patří. měřicí přístroje a dokonce i vesmírný výzkum prováděný NASA. Pojďme se tedy seznámit s další etapou vývoje platformy Arduino pod názvem Portenta H7, deskou, která si odbyla svou premiéru na veletrhu Consumer Electronics Show, který se koná od 7.1.2020 do 10.1.2020 v USA, ve městě Las Vegas v Nevadě.
Arduino Portenta H7 - obecná charakteristika modulu
Arduino Portenta H7 je úvodní model řady Portenta a byl vyvinut pro náročné vestavné aplikace v průmyslu, aplikace umělé inteligence a robotiku. V konstrukci této desky je použit dvoujádrový mikroprocesor STM32H747, který umožňuje paralelní operace, takže se skvěle hodí pro zpracování vysokoúrovňového kódu v aplikacích reálného času. Můžeme například současně provádět instrukce obsažené v jednom programu vytvořeném v prostředí Arduino IDE a ve druhém programu vytvořeném v prostředí MicroPython. A co víc, dvě jádra, která současně vykonávají dvě různé úlohy, spolu mohou komunikovat a vyměňovat si všechna data potřebná i pro ty nejsložitější procesy!
Deska Arduino Portenta H7 podporuje jak prostředí Arduino IDE, tak Python (včetně MicroPythonu pro vestavné systémy) a dokonce i JavaScript, takže modul je adresovatelný pro velmi širokou škálu vprogramátorů. Dvoujádrový mikroprocesor na desce Portenta H7 obsahuje jádro Cortex M7 taktované na 480 MHz a jádro Cortex M4 taktované na 240 MHz. Komunikace mezi jádry probíhá prostřednictvím volání vzdálených procedur (RPC). Konstrukce desky je vhodná pro provoz v širokém rozsahu teplot, tj. od -45 °C do +85 °C, takže Portenta H7 je ideální pro použití v průmyslových provozech a všude tam, kde jsou okolní podmínky pro standardní elektroniku velmi nepříznivé.
Arduino Portenta H7 - kompletní technické specifikace modulu
Srdcem modulu Portenta H7 je čip ARM STM32H747XI, který zahrnuje dvě 32bitová jádra – Cortex M7 a Cortex M4, taktované na frekvencích: 480MHz a 240MHz – v porovnání s deskami jako např. Arduino UNO nebo Arduino MEGA 2560 založené na 8bitových čipech AVR, představuje použití takového mikroprocesoru významný krok vpřed a umožňuje využít mnohem vyšší výpočetní výkon pro pokročilejší úlohy. Čip dále obsahuje 2 MB paměti RAM a 16 MB paměti FLASH. Pokud jde o periferní obvody, nalezneme zde 22 časovačů spolu s čipem watchdog a čtyřnásobným rozhraním UART, které poskytují širokou škálu možností pro propojení s externími součástkami. Deska je také vybavena čipem NXP SE050C2 EdgeLock, který je zodpovědný za šifrování a zabezpečení dat pro aplikace IoT. Bezdrátovou konektivitu prostřednictvím keramické antény zajišťuje integrovaný dvoupásmový modul WiFi Murata 1DX pracující podle standardu IEEE 802.11 b/g/n s datovou propustností 65 Mb/s a také Bluetooth 5.1 BR/EDR/LE. Existuje také možnost kabelové komunikace prostřednictvím externího rozšiřujícího portu Ethernet PHY 10/100Mb/s .
Desku lze napájet třemi způsoby – buď přes vestavěný port USB typu C (který je také zodpovědný za komunikaci modulu s hostitelským počítačem), nebo přímo z externího zdroje 5 V – samotná elektronika modulu vyžaduje ke své funkci napětí 3,3 V, které je zajištěno pomocí vestavěného regulátoru. Při použití modulu v bezdrátových aplikacích je vyžadován 3,7V lithium-polymerový akumulátor s minimální kapacitou 700 mAh – modul má vestavěný nabíjecí obvod. Spotřeba proudu modulu v režimu spánku je pouhých 2,95 μA při vypnuté paměti SRAM a zapnutých hodinách RTC spolu s nízkofrekvenčním kvadrantem hodin LSE (32,768 kHz).
Modul umožňuje připojení externího displeje prostřednictvím konektorů MIPI DSI a MIPI D-PHY a také připojení modulu externí kamery s rozlišením 320 × 320 px. O grafiku se stará čip Chrom-ART. S ohledem na aplikace, které využívají velké množství dat, výrobce zahrnul také možnost připojení externí karty micro SD prostřednictvím externího rozšiřujícího portu. Rozsah provozních teplot desky Portenta H7 je -40 °C až +85 °C a -10 °C až +55 °C při použití vestavěných bezdrátových modulů. S ohledem na periferie zodpovědné za měření a zvuk je deska Arduino Portenta H7 vybavena trojitým ADC s 16bitovým rozlišením a vzorkovací frekvencí 3,6MS/s spolu se schopností multiplexovat až 36 kanálů, stejně tak jako duální D/A převodník zaručující 12bitové rozlišení a schopnost zpracovávat signály až do frekvence 1 MHz. Modul může pracovat se štíty Arduino MKR a má 80 vodičů pro připojení k periferiím, z nichž 22 lze připájet pomocí drátů nebo goldpinů. Mezi nimi najdete také standardní komunikační rozhraní, tj. UART, SPI, I2C a programovatelné digitální I/O piny, z nichž deset umožňuje generování PWM signálu.
Arduino Portentna H7 - připojení k počítači přes port USB typu C
Použití portu USB typu C na modulu Portent se dalo očekávat – stejný standard používají dnešní mobilní zařízení, což umožňuje rychlé nabíjení baterie i vyšší datovou propustnost při přeflashování modulu. K tomuto portu můžeme také připojit a napájet externí zařízení (USB-OTG) a připojit monitor s konektorem Display-Port, který se převede na USB typu C.
Arduino Portenta H7 - zabezpečení dat v aplikacích IoT
Moduly Portent byly vyvinuty především pro profesionální použití, kde je bezpečnost dat prioritou. Každé zařízení připojené k internetu je více či méně zranitelné vůči kybernetickým útokům. Z tohoto důvodu je deska Portenta H7 vybavena čipem NXP SE050C2, který zvyšuje bezpečnost používání desky a odstraňuje riziko neoprávněného přístupu k důležitým datům. Rozsah funkcí čipu, který je zodpovědný za šifrování a zabezpečení dat, zahrnuje funkce, jako je ověřování datového mraku, ověřování softwaru, ověřování externího příslušenství, ochrana duševního vlastnictví a šifrování zpráv. Modul Portenta H7 je tak nejen univerzálním rámcem pro projekty IoT, ale také zajišťuje bezpečnost provozu aplikací na velmi vysoké úrovni, čímž účinně brání aktivitám kyberzločinců.
Arduino Portenta X8 - pro ještě náročnější uživatele
V roce 2022 byl vydán další díl řady Portenta Arduino s označením X8. Většina hardwarových specifikací tohoto modulu se překrývá s modulem Portenta H7, ale důležitým detailem je srdce desky – kromě dvoujádrového mikrokontroléru STM32H747XI zde najdete také mikroprocesor založený na čtyřech jádrech ARM Cortex-A53 taktovaných na 1,8 GHz spolu s jádrem Cortex-M4, jehož frekvence je 400 MHz. Za zmínku stojí také vestavěný paměťový čip RAM DDR4 2 GB a paměť FLASH eMMC, která pojme až 16 GB dat.. Na desce je navíc předinstalován systém Linux. Tyto schopnosti umožňují využití modulu Portenta X8 v aplikacích umělé inteligence a strojového učení, jakož i při řízení obzvláště složitých technologických procesů.
Navíc nelze přehlédnout ani integrovaný grafický čip s akcelerátorem Chrom-ART. Uživatel z toho má řadu výhod – Arduino Portenta X8 lze zabudovat do externího obrazového monitoru, a vytvořit tak samostatný osobní počítač s operačním systémem Linux, což donedávna nebylo možné, protože pro spolupráci obrazového monitoru s počítačem bylo nutné připojit externí grafický akcelerátor.
Arduino Portenta - praktické aplikace
Moduly Arduino řady Portenta představují skutečný technologický skok vpřed. Stejně jako byl donedávna název “Arduino” obvykle spojován s hobby a vzdělávacími aplikacemi, řada Portenta představuje jakousi evoluci na základě řady MKR, její rozsah použití nyní zahrnuje i komerční projekty profesionálního charakteru. Přestože moduly Portenta lze stále používat jako hobby, stejně jako desky Arduino založené na 8bitových mikrokontrolérech AVR, jejich možnosti umožňují mnohem více. Příklady aplikací pro moduly Portenta zahrnují propojení s PLC, řízením laboratorních přístrojů, HMI, řízením průmyslových robotů, rozpoznáváním obrazu a dalšími zákaznickými aplikacemi. Důležitou výhodou desek Portenta je také jejich plná kompatibilita s moduly Arduino MKR.
