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[资讯] 爱招飞软件开发工具与 Arduino 与 ESP32 的关系

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本帖最后由 IsoFace爱招飞 于 2022-6-14 23:32 编辑

为何使用开发板进行物联网开发工作?
   国内机电产业环境大部分以硬件为主,对于软件设计人员,缺乏硬件专业训练,或是对于机械机构与机电整合原理没有概念。在学习机电整合设计时,会有很多的困扰与障碍,因为专精于软件设计者,不一定能就懂机电控制设计与机电整合。懂得机电控制的人,也不一定知道软件该如何运作,不同的机电控制或是软件开发常常都会有不同的解决方法。除非有各方面的天赋,否则很难在机电控制与机电整合这方面自习成材,进而成为专业人员。

   自从有了Arduino 与 ESP32 开发板(以下简称开发板),这些困扰大部分迎刃而解,因为这些开发板,用共通性的平台,来做很多机电控制、机电整合学习,进而将软件开发整合到机构设计之中,在这个机械、电子、电机、信息、工程等整合领域,是一个很大的福音。尤其在创意挂帅的时代,能够从创新的想法,到产品开发与整合,独立完整设计出来。更能够完全掌握与产业核心技术,整个开发过程必定可以提供思维上与实务上更多的收获。

   开发板从设计、开发、制作出完整产品并解析产品设计思维,能够从头到尾,利用范例的解说如何用开发板设计完整产品,介绍开发过程中机电控制与软件整合相关技术与范例,有如凤毛麟角,爱招飞软件开发工具基于市场需求,提供开发物联网产品范例与相关数据。由浅入深进而学习到更多的控制方法。使用自造者运动中当红的Arduino与ESP32开发板,打造出智能装置

   爱招飞软件开发工具在物联网的使用选择 Arduino 与 ESP8266 开发板,学习RS232通讯端口、WiFi、蓝芽、RS485、Modbus RTU、OPCUA、Modbus TCP、MQTT通讯协议及REST API设计理念。经由范例说明,进入智能物联网与工业4.0的领域。

工业使用开发板的条件
    开发板是非常普及的微控制器,无论监测温湿度,还是控制机器人,开发板的通用性,都在 DIY 应用项目中发挥的淋漓尽致。但是在工业运用却有些疑虑?因为在工厂作业环境中,使用的机电设备必须符合以下三个运行条件。
稳定性:PLC通常在严苛的环境中运作,例如工厂的锅炉旁、大厦电梯的底层或顶层等,必须有工业级的耐受力,开发板只能在摄氏5~55度内运作。
安全性:PLC负责企业重要的工作,经常要长年的时间、实际验证,供货商要提供多种保证,如更新服务保证、零件换替供应年限保证等。
支持多种工业通讯协议:支持多种通讯定包括 Modbus RTU、Modbus TCP、MQTT、OPC。

    例如工厂的PLC(可程序设计逻辑控制器)是最常见的的机电设备,它必须经久耐用。如果使用开发板替代工厂使用的 PLC,似乎不太现实。PLC不同于其它机电设备,它是针对工厂恶劣的工作环境所设计的。它们可以在灰尘、温度起伏以及湿气恶劣的环境下正常运行,然而开发板并不是针对这些条件设计。

爱招飞软件开发工具与开发板整合运用:
水位感测_1.png
开发板如何应用于工业中?

    虽然 PLC 是生产事业的首选,并不意味着开发板在工业产业毫无用处。它非常适合采集资料,如果需要收集温湿度资料,开发板可以针对多个传感器进行监测。协助检查机器是否有问题。可以把它看成机器的一双眼睛。所以用于小型工业项目,开发板是理想的产品。开发板拥有众多的传感器与丰富的扩展板,可用于创建 DIY 项目,包括制作数字仪表板,监测农作物及水流量,创建控制中心,甚至建立简易的自动化控制系统。

    开发板应用于物联网新创产品打样、小型DIY项目应用。具有程序设计灵活、可自选通讯协议、兼容于现有机电设备等,为工业领域带来许多好处。它们能成为普通工业设备的替代品,成本低廉且灵活,为小型传统工业系统添加远程控制和监控功能。总结归纳出以下情况,开发板可用于工业上:

制作强固的开发板,符合工作环境需求。
开发板符合DIY项目所要求的工作环境。
新创业者开发新产品,使用开发板进行调试。
监控软件开发商,使用开发板,***电设备进行联机测试。

所以DIY项目进行特别设计来确保安全性,开发板的加固版本就能够有价值、可靠的替代成熟的工业设备。

开发板工业控制方法
    工业上常用的通讯协议包括 Modbus RTU、Modbus TCP、MQTT、OPC,现在就以控制方法将控制器区分为三大类如下表,用户依据项目使用条件,选择合适的控制器。而且无论采用任何一种控制器,爱招飞软件开发工具的控制方法完全相同,开发板使用各种通讯协议,达到工业控制之目的。

  
  
控制器种类
刻录核心
控制方法
传感器连接条件
市售PLC
厂家自行设计
采用阶梯式语言,艰涩难懂维护不易
须符合PLC连接规格
自组PLC(采用Arduino)
开源PLC 模块
  
  
  
  
    
依用途自组
  
Arduino
  
控制器
Modbus RTU
    
依项目用途自行刻录专属通讯协议
    
脚本语言,符合常用习惯,编写容易
    
上千种传感器,只要与Arduino 兼容都能使用
Modbus TCP
MQTT
OPC
蓝芽
串口
WiFi

开发板与爱招飞软件开发工具在工业控制器的运用:
Arduino工业控制_2.png
上图三种控制设备说明如下:
①   在市面销售的各种 PLC品牌(例如三菱、西门子..)
②   Arduino开发板配合扩充模块,并刻录PLC控制软件。使用方法与市售PLC相同。
③   使用Arduino 兼容开发板,依项目用途自行刻录专属通讯协议。

    这三种控制设备所要达成的控制目的,完全相同。只有在编写程序的方法不同,③Arduino 控制器采用更方便、快速的方法与监控开发软件相结合。它也是爱招飞软件开发工具仿真教学的必备品。爱招飞团队以开源的 Arduino 开发板,搭配价格实惠的传感器模块,自制低成本的③Arduino 控制器,并透过爱招飞软件开发工具Scada 方案,自行编辑手机控制界面,学习业界常用的工业通讯协议,以接轨控制实务,搭配温湿度感测、红外线控制、PWM控制等,做出独一无二的智能控制系统。

    所有的工业通讯协议,以Modbus为可程序设计逻辑控制器(PLC)最广泛应用的通信协议,主要原因包括工业应用开发、免费公开、易于使用、安装和维护,以及对供货商的限制很少。Modbus允许多个不同的设备连接到同一个网络共同通信,无论是什么OEM(原型设备制造商)。来自不同厂商的不同设备之间进行通信的需求变得比第四次工业革命的到来还要重要;工业4.0和工业IoT给了Modbus第二次生命。本文先以Modbus TCP 说明,Arduino 在工业控制的方法。其它协议只是交换通讯方法,基本原理都是相同的。

    爱招飞团队,基于工业通讯协开发的图控系统,针对Android、Windows、网页系统都有相对应的开发工具,用于崁入式设备,开发低成本,高性能方案。如果采用浏览器作为客户端,还具备高度可移植性,因此可以在 Windows 或 Linux操作系统的计算机上执行,也可以使用树莓派(Raspberry Pi)与其它新兴低成本高性能的崁入式Linus开发板上执行,不需要繁复的安装过程,是最佳的崁入是网页图控方案。

    爱招飞软件开发工具可连接大部分标准的 Modbus TCP设备,包括 PLC、智慧电表、智能传感器、智能驱动器等设备,本身具备浏览器功能,可做为人机接口,是Modbus标准设备快速完成客制化网页图控系统最经济选择。

    以上诸多特质,在Arduino 开发板更是如鱼得水,强烈建议您采用 Arduino 开发板做为新创产品的基础,再逐步往上发展。无论在新品打样、产品测试、整合运作。Arduino 开发板都与工业控制设备,无太多差异,反而是 Arduino 开发板更方便、快捷。

    或许Arduino开发板兼容品来源很多,很多业界先进有系统不稳定的印象。其实经过可靠的硬件设计与功能验证,Arduino开发板也能成为不错的控制核心,至少在学习与验证上,Arduino开发板大幅降低进入门坎。以下图形列举一般工业上使用控制设备,与采用③Arduino控制器的比较。图上方是一般工厂采用的做法,图下方是采用Arduino 控制器的方法。无论采用何种做法,爱招飞软件开发工具运用设计方法完全相同。只要在Arduino控制器运作无误,就能迅速转移、无缝接轨转移到一般工业设备上使用。

Arduino开发板与爱招飞软件开发工具,简化软硬整合验证流程
    Arduino开发板简化了硬件验证流程,让开发者利用现成的硬件工具,在短时间内就能进行测试是否可行。Arduino开发板最大好处是提供了很多现成的控制程序库,像是以读取温度值功能为例,Arduino开发板已提供了最底层的硬件控制函式,软件开发者使用高阶程序语言就能直接呼叫,取得传感器回传的温度值。如果没有这些现成的链接库,软件开发者就得要先从最底层程序开始写,反而增加许多不必要的繁琐流程。

    除此之外,对于不谙硬件的软件开发人员来说,Arduino开发板进入门坎也不高,它的操控方式简单,接上电源后,利用Arduino开发板提供的硬件通讯接口,就能够操控。软件开发人员只需具备基本的电子电路概念就能轻易上手,是与硬件接轨的最快管道。

    紧接着利用爱招飞软件开发工具,与管理实务相结合,设计开发使用于创新产品的管理软件,让终端用户透过它,更便捷使用新创产品,提高用户满意度。

    例如使用Arduino开发板实作产品雏型,实作后发现成本过高,不符市场需求。或者与管理软件搭配使用,问题层出不穷。因为Arduino开发板,设计产品雏型的成本很低,就可以很快决定放弃这产品,转而开发另一项新产品。所以 Arduino开发板与爱招飞软件开发工具,简化硬件产品开发的模式,等于能让硬件测试像软件一样有弹性,可以协助判断创新产品概念能否成功,如果不行就再寻找其他可行的软硬件设计,以此加快产品的开发速度。这也是许多新创公司,比传统大公司更能具备速度和弹性的关键之一。


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