Εισαγωγή στα ενσωματωμένα συστήματα

Το σύστημα στο οποίο ενσωματώνεται αποκλειστικός σκοπός του λογισμικού σε ένα σχεδιασμό υλικού είναι γνωστό ως ενσωματωμένο σύστημα. Αυτό το σύστημα μπορεί να είναι είτε ένα ανεξάρτητο σύστημα είτε ένα μεγαλύτερο σύστημα. Το λογισμικό συνήθως ενσωματώνεται μονάδες μνήμης ως ROM και δεν χρειάζεται δευτερεύουσα μνήμη όπως σε υπολογιστή. Τηλεπικοινωνίες, έξυπνες κάρτες, βλήματα, δικτύωση υπολογιστών, ψηφιακά καταναλωτικά ηλεκτρονικά και οι δορυφόροι είναι μερικές από τις εφαρμογές ενσωματωμένων συστημάτων.

Εφαρμογές ενσωματωμένων συστημάτων

Εφαρμογές ενσωματωμένων συστημάτων περιλαμβάνουν ρομποτική, ψηφιακή κάμερα, παιχνίδια πολλαπλών εργασιών, συστήματα μαγειρέματος και πλυσίματος, βιοϊατρικά συστήματα, χειριστήρια πλήκτρων, κινητά και έξυπνα τηλέφωνα, υπολογιστικά συστήματα, ηλεκτρονικό σύστημα εμφάνισης έξυπνου βάρους και συστήματα ψυχαγωγίας, όπως βίντεο, παιχνίδια, μουσικό σύστημα βιντεοπαιχνίδια και ούτω καθεξής.

Διαδικασία σχεδιασμού ενσωματωμένου συστήματος μπορεί να γίνει πρώτα με προσομοίωση, η οποία χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του κυκλώματος επειδή η αλλαγή υλικού γίνεται πολύ δύσκολη εάν το κύκλωμα δυσλειτουργεί. Εάν τα αποτελέσματα ταιριάζουν με τα επιθυμητά, η διαδικασία θα σχεδιαστεί μόνιμα με διαδοχικές διαδικασίες γκοφρέτας.

Βασικά στοιχεία των ενσωματωμένων συστημάτων

Τα ενσωματωμένα συστήματα έχουν σχεδιαστεί για την εκτέλεση συγκεκριμένων εργασιών, αλλά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υπολογιστές γενικής χρήσης για την εκτέλεση διαφορετικών εργασιών. Το λογισμικό για ενσωματωμένο σύστημα αναφέρεται συνήθως ως υλικολογισμικό, το οποίο μπορεί να αποθηκευτεί σε δίσκο ή σε ένα μόνο τσιπ. Τα δύο κύρια στοιχεία των συστημάτων είναι:

Υλικό ενσωματωμένου συστήματος
Λογισμικό ενσωματωμένου συστήματος

Υλικό και λογισμικό ενσωματωμένου συστήματος

Υλικό ενσωματωμένου συστήματος : Ένα ενσωματωμένο σύστημα απαιτεί μια πλατφόρμα υλικού για αλληλεπίδραση με διάφορες εισόδους και εξόδους ή μεταβλητές σε πραγματικό χρόνο. Το υλικό περιλαμβάνει ελεγκτή όπως μικροελεγκτής ή μικροεπεξεργαστής , μονάδες μνήμης, διασυνδέσεις εισόδου / εξόδου, συστήματα προβολής και μονάδες επικοινωνίας κ.λπ.

Λογισμικό ενσωματωμένου συστήματος : Αυτό το λογισμικό επιτρέπει τον προγραμματισμό με τον επιθυμητό τρόπο ώστε να ελέγχει διάφορες λειτουργίες. Είναι γραμμένο σε μορφή υψηλού επιπέδου, μεταγλωττίζεται σε κώδικα και στη συνέχεια απορρίπτεται σε ελεγκτές υλικού.

Ενσωματωμένα συστήματα σε πραγματικό χρόνο είναι συστήματα υπολογιστών που εκτελούν τις ενέργειες, όπως παρακολούθηση, απόκριση και έλεγχος εξωτερικής κίνησης. Το εξωτερικό περιβάλλον συνδέεται με το σύστημα του υπολογιστή μέσω Αισθητήρες , ενεργοποιητές και διασυνδέσεις I / O. Ένα πραγματικό σύστημα υπολογιστή ενσωματωμένο με ένα σύστημα υπολογιστή είναι γνωστό ως ενσωματωμένο σύστημα σε πραγματικό χρόνο. Ένα ενσωματωμένο σύστημα σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιείται σε διάφορους τομείς όπως στρατιωτικός, κυβερνητικός τομέας και ιατρική.

Ρομποτικά έργα σε πραγματικό χρόνο σε ενσωματωμένα συστήματα

Ενσωματωμένα συστήματα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές από τις εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο, όπως αυτοκίνητα, ρομποτική, βιομηχανίες κ.λπ. Τα ακόλουθα Τα έργα σε πραγματικό χρόνο σχετίζονται με την τεχνολογία ρομποτικής .

1. Ρομποτικό όχημα ελεγχόμενο με φωνή με αναγνώριση ομιλίας μεγάλης απόστασης

Ο στόχος αυτού του έργου είναι να ελέγξει ένα ρομποτικό όχημα με φωνητικές εντολές για απομακρυσμένη λειτουργία. Ενα 8051 μικροελεγκτής χρησιμοποιείται με μια μονάδα αναγνώρισης ομιλίας για την εκτέλεση της επιθυμητής λειτουργίας. Χρησιμοποιεί έναν μικροελεγκτή 8051, μια μονάδα αναγνώρισης ομιλίας, ένα μπουτόν, μια μονάδα RF, έναν κωδικοποιητή, έναν αποκωδικοποιητή, ένα IC οδηγού κινητήρα, κινητήρες DC, μπαταρίες και άλλα διάφορα εξαρτήματα.

Ρομποτικό όχημα ελεγχόμενο με φωνή - πομπός

Οι κινήσεις του οχήματος όπως αριστερά, δεξιά, πάνω και κάτω μπορούν να πραγματοποιηθούν χρησιμοποιώντας κουμπιά ή φωνητικές εντολές από μια μονάδα αναγνώρισης ομιλίας που είναι διασυνδεδεμένη με τον μικροελεγκτή. Εδώ, ένας κωδικοποιητής χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση των εντολών που δίνονται στον μικροελεγκτή χρησιμοποιώντας ο πομπός RF για τη μετάδοση των σημάτων στη συχνότητα των 433 MHz.

Επομένως, όταν λαμβάνονται σήματα που εμφανίζονται με το πάτημα των κουμπιών ή τα σήματα φωνητικής εντολής που αντιστοιχούν στην κίνηση από τον μικροελεγκτή, στέλνει σήματα ελέγχου στο κύκλωμα δέκτη μέσω της μονάδας πομπού.

Ρομποτικό όχημα-δέκτης φωνητικού ελέγχου

Ρομποτικός δέκτης οχήματος ελεγχόμενος με φωνή

Κατά τη λήψη αυτών των σημάτων, ένας δέκτης RF μεταφέρει αυτά τα σήματα σε ένα κύκλωμα αποκωδικοποιητή όπου τα δυαδικά δεδομένα μετατρέπονται σε σήμα επιπέδου μικροελεγκτή. Επομένως, ο μικροελεγκτής εκτελεί την επιθυμητή κίνηση από το κύκλωμα πομπού. Η μονάδα λέιζερ είναι διασυνδεδεμένο με τον μικροελεγκτή για την ανίχνευση των λειτουργιών που εκτελούνται από το ρομπότ ακόμη και σε σκοτεινά μέρη.

2. Τηλεχειριστήριο ρομποτικού οχήματος με βάση την οθόνη αφής για διαχείριση καταστήματος

Αυτό το έργο περιλαμβάνει τον έλεγχο ενός ρομποτικού οχήματος χρησιμοποιώντας μια οθόνη αφής μονάδα για απομακρυσμένη λειτουργία. Ένας πίνακας οθόνης αφής τοποθετείται στο άκρο του πομπού, και a ρομπότ pick-n-place τοποθετείται στο άκρο του δέκτη για να εκτελέσει μια εργασία απαντώντας στα σήματα. Τα εξαρτήματα υλικού που χρησιμοποιούνται σε αυτό το έργο περιλαμβάνουν έναν μικροελεγκτή 8051, έναν πίνακα οθόνης αφής, κεραίες (πλευρά πομπού-δέκτη), έναν κωδικοποιητή, έναν αποκωδικοποιητή, κινητήρες DC, ένα ρομποτικό σώμα, μια μπαταρία κ.λπ.

Ρομποτικό όχημα - Πομπός με οθόνη αφής

Όπως συζητήθηκε στη μονάδα αναγνώρισης ομιλίας του παραπάνω έργου, σε αυτό το έργο επίσης μια μονάδα οθόνης αφής στέλνει τα σήματα ελέγχου που αντιστοιχούν στην κίνηση του οχήματος στον μικροελεγκτή. Ο ελεγκτής στη συνέχεια στέλνει αυτά τα σήματα στον κωδικοποιητή και μετά στον πομπό που τελικά μεταδίδει τα σήματα στο κύκλωμα δέκτη.

Ρομποτικός δέκτης οχημάτων με οθόνη αφής

Η κεραία που τοποθετείται στο άκρο του δέκτη λαμβάνει τα σήματα RF από την κεραία εκπομπής, και αποκωδικοποιεί τα δεδομένα και στη συνέχεια στέλνει τα δεδομένα στον μικροελεγκτή. Αυτή η διάταξη έχει τέσσερις κινητήρες διασυνδεδεμένους με τον μικροελεγκτή: δύο κινητήρες για την κίνηση του βραχίονα και της λαβής και τους άλλους δύο για την κίνηση του αμαξώματος. Όλοι αυτοί οι κινητήρες κινούνται από ένα IC οδηγού κινητήρα που λαμβάνει συνεχώς τις εντολές από τον μικροελεγκτή.

Αυτά είναι τα δύο εφαρμογές ενσωματωμένων συστημάτων στον τομέα της ρομποτικής. Τα παραδείγματα σε πραγματικό χρόνο των ενσωματωμένων συστημάτων μπορεί να σας έχουν δώσει μια καλύτερη κατανόηση της έννοιας των ενσωματωμένων συστημάτων. Εάν έχετε περαιτέρω αμφιβολίες σχετικά με την εφαρμογή αυτών των έργων, μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί μας σχολιάζοντας παρακάτω.

Φωτογραφικές μονάδες