آشنایی با میکروکنترلرها و کاربرد آنها در ساخت ربات

در یک ربات، میکرو کنترلر به‌عنوان مغز سیستم و یا مرکز کنترل شناخته می‌شود و این نامگذاری به این دلیل است که این وسیله کلیه محاسبات، تصمیم‌گیری‌ها و ارتباطات مربوطه در ربات را به انجام می رساند. دانش آموزان علاقه مند به مفاهیم رباتیک می توانند با شرکت در دوره آموزشی پردازنده ربات و یا خرید بسته آموزشی پردازنده ربات با کاربرد قطعه مهم و کاربردی میکروکنترلر که در حقیقت پردازنده ربات‌ها است آشنا شوند و برنامه ربات خود را بنویسند. در این مقاله قصد داریم به معرفی کوتاه میکروکنترلرها و کاربرد آنها در ساخت ربات بپردازیم و جزئیات مربوط به آن را مورد بررسی قرار دهیم پس تا انتها با ما همراه باشید.

میکروکنترلر چیست؟

میکروکنترلر مانند یک کامپیوتر کوچک است که شامل پردازنده، حافظه و پین‌های ورودی و خروجی و بسیاری المان های دیگر است. این قطعه یکی از مهم ترین و کاربردی ترین قطعات در ساخت ربات است.

میکروکنترلر با داشتن تعدادی پین متوالی با سایر وسایل ارتباط برقرار می کند. با برنامه نویسی میکروکنترلر می توان مقادیر این پین ها را به یک و یا صفر تنظیم کرد. در حقیقت پس از برنامه ریزی، این پین ها به حالت روشن یا خاموش تنظیم می شوند. از این پین‌ها می توان برای خواندن سیگنال‌های الکتریکی نیز  استفاده کرد.

اکثر میکروکنترلرهای مدرن از طریق سیگنال‌های ولتاژ آنالوگ و با استفاده از مبدل مربوط به آنالوگ به دیجیتال اندازه‌گیری‌های مربوطه را انجام می‌دهند.

اجزای مختلف میکروکنترلر

اجزای میکروکنترلر بسیار شبیه یک کامپیوتر است و از مهم ترین قطعات آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پردازنده
• حافظه
• پین های ورودی و خروجی
• مبدل آنالوگ به دیجیتال
• مبدل دیجیتال به آنالوگ
• تایمر
• کنترل کننده

کاربرد میکروکنترلر

میکروکنترلرها کاربردهای مختلفی دارند که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

اولین مورد این است که این وسایل را می‌توان برای کنترل سایر وسایل الکتریکی مورداستفاده قرارداد. همچنین برای دستگاه‌های ذخیره‌سازی و اتصالات مربوط به وای‌فای و یا همچنین بلوتوث از آنها استفاده می شود.

این وسایل برای عملکردی که دارند، به هیچ‌گونه دستگاه جانبی احتیاج ندارند و این مورد نشان می‌دهد که برای انجام کار به قطعات سخت‌افزاری خاصی نیاز ندارند.

میکروکنترلرها فقط به‌صورت یک دستگاه دیجیتال که دارای ورودی و خروجی است در نظر گرفته نمی‌شوند و البته می‌توانند محاسبات مربوط به ریاضیات و تصمیم‌گیری‌ها را انجام دهند. بسیاری از میکروکنترلرها از پروتکل‌های ارتباطی به‌خوبی پشتیبانی می کنند.

برخی از میکروکنترلرها نیز در بردی که در آن‌ها است رگولاتور ولتاژ دارند که این مورد می‌تواند باعث شود تا میکروکنترلر، مقدار ولتاژ دقیقی را به سمت بخش خروجی بفرستد و بدون استفاده از منبع تنظیم شده خارجی، انرژی مربوط به سنسورها و سایر قطعات میکروکنترلر را نیز به‌خوبی تأمین کند.

میکروکنترلرها در ساخت ربات ها برای کنترل حرکت ربات، پردازش داده‌های حسگرها، کنترل بیسیم و هماهنگی دستورات کاربرد دارند.

کاربرد میکروکنترلر در ساخت ربات

میکروکنترلرها که در حقیقت مغز ربات ها هستند اطلاعات را از دستگاه های ورودی مختلف مانند سنسورها و سوئیچ ها دریافت و پردازش کرده، سپس برنامه ای را اجرا می کنند و مطابق با آن دستگاه های خروجی مانند موتور، چراغ و غیره را کنترل می کنند. این قطعه مهم به عنوان واحد کنترل مرکزی اجزای مختلف یک ربات را مدیریت کرده و نقش مهمی در رباتیک ایفا می کند.

برخی کاربردهای کلیدی میکروکنترلرها در رباتیک عبارتند از:

1. کنترل و پردازش

میکروکنترلرها الگوریتم هایی را اجرا می کنند که نحوه رفتار ربات را تعیین می کند. آنها ورودی های حسگرها را پردازش کرده و بر اساس داده ها تصمیم گیری می کنند.

2. یکپارچه سازی حسگر

آنها با حسگرهای مختلف (مانند دما، اولتراسونیک، مادون قرمز) برای جمع آوری اطلاعات در مورد محیط ربات ارتباط برقرار می کنند. این اطلاعات برای تشخیص موانع و اجرای کار ضروری است.

3. مدیریت محرک

میکروکنترلرها دستوراتی را به محرک ها (مانند موتورها) می فرستند تا کارهایی مانند جابجایی، بلند کردن یا چرخاندن قطعات ربات را انجام دهند.

4. ارتباطات

آنها ارتباط بین اجزای مختلف ربات و همچنین با دستگاه های خارجی را تسهیل می کنند. این می تواند شامل اتصالات سیمی یا ارتباطات بی سیم (مانند بلوتوث، Wi-Fi) باشد.

5. مدیریت انرژی

میکروکنترلرها اغلب به مدیریت توزیع انرژی در داخل ربات کمک می کنند و اطمینان حاصل می کنند که قطعات انرژی لازم را دریافت می کنند و در عین حال عمر باتری را بهینه می کنند.

6. عملیات در زمان واقعی

بسیاری از میکروکنترلرها برای پردازش بلادرنگ طراحی شده‌اند و به ربات‌ها اجازه می‌دهند تا به سرعت به تغییرات محیط خود واکنش نشان دهند.

7. برنامه نویسی و انعطاف پذیری

میکروکنترلرها را می توان برای انجام طیف وسیعی از وظایف برنامه ریزی کرد و آنها را با کاربردهای مختلف روباتیک، از پروژه های ساده سرگرمی گرفته تا ربات های صنعتی پیچیده، سازگار کرد.

نتیجه گیری

به طور خلاصه، میکروکنترلرها برای عملکرد، انعطاف‌پذیری و هوشمندی سیستم‌های روباتیک ضروری هستند. آنها ربات ها را قادر می سازند تا محیط خود را درک کنند، تصمیم بگیرند و اقدامات را به طور موثر انجام دهند.