Как маленькая плата включает вентилятор охлаждения масла по датчику температуры? Пиши программу для виртуальной платы: мигай светодиодом, читай кнопку и АЦП, управляй ШИМ и собери термостат с гистерезисом.
Компьютер общается с человеком через экран и клавиатуру, а микроконтроллер с машиной через выводы. На цифровом выводе программа может включить 5 вольт или 0, то есть зажечь светодиод или включить реле, а может прочитать, нажата ли кнопка. Аналоговый вход с АЦП измеряет напряжение от датчика и превращает его в число от 0 до 1023. ШИМ быстро щелкает выводом, и среднее напряжение получается любым от 0 до 5 вольт: так плавно меняют яркость и обороты. Программа состоит из двух частей: настройка выполняется один раз при включении, а цикл повторяется, пока есть питание.
Две части программы, перевод числа АЦП в вольты и ШИМ. Числа ниже берутся с работающей платы.
Что выполняется и когда?
После включения плата один раз вызывает настройка(): там говорят, какие выводы входы, а какие выходы. Потом вызывает цикл() снова и снова, тысячи раз в секунду, если внутри нет ждать().
Сколько вольт на входе?
АЦП сравнивает напряжение с 5 В и выдает номер ступеньки. Чтобы вернуться к вольтам, число умножают на 5 и делят на 1023. По напряжению на делителе программа находит сопротивление терморезистора, а по нему температуру.
Как сделать половину яркости?
ШИМ не умеет давать 2,5 В. Он включает 5 В на половину каждого периода и выключает на вторую половину. Глаз и мотор не успевают за щелчками и чувствуют среднее.
Arduino программируют на C++: настройка() там называется setup(), цикл() это loop(), записать это digitalWrite, аналог это analogRead, шим это analogWrite, ждать это delay. У каждой переменной пишут тип: int для целых, float для дробных, а строки кончаются точкой с запятой.
MicroPython это Python для микроконтроллеров (ESP32, Raspberry Pi Pico). Выводы там объекты: Pin(13, Pin.OUT), АЦП дает 16 бит, поэтому число сдвигают до 10 бит. Ниже перевод сделан автоматически из кода опыта; номера выводов у настоящих плат свои, их берут из схемы платы.
ЭБУ двигателя, коробки и тормозов это микроконтроллеры с той же логикой: настройка, затем цикл, в котором читаются датчики и включаются форсунки, клапаны и реле. В самосвале их десятки.
Температура масла, давление, уровень топлива приходят на АЦП как напряжение с делителя. Как устроены датчик и реле и почему обрыв провода видно как ошибку, разобрано в теме Датчики и реле.
Шкаф из десятков реле заменяет один программируемый контроллер, и логику меняют программой, а не перепайкой. Сравнение в теме Релейная схема и контроллер.
Термостат с гистерезисом, как в опыте, управляет вентилятором охлаждения масла гидросистемы, подогревом топлива и кондиционером кабины.
В мастерской на плате Arduino собирают стенд проверки форсунок или датчиков, счетчик циклов для испытаний, логгер температуры редуктора. Детали стоят копейки, а программа пишется за вечер.
Микроконтроллер с модулем связи передает температуру, давление и моточасы в диспетчерскую. Так работает телеметрия на карьерной технике, только в промышленном исполнении.
Плата учебная, в духе Arduino Uno: питание 5 В, АЦП 10 бит, ШИМ около 490 Гц на D3, D5, D6, D9. Каждая выполненная строка занимает 0,02 мс времени платы, ждать(мс) добавляет паузу; ход времени можно замедлить. Электрическая часть считается ядром конструктора схем: выход платы это источник 5 В с сопротивлением 25 Ом, красный светодиод открывается при 2 В и сгорает при токе больше 30 мА, кнопка подтянута к земле резистором 10 кОм, NTC 10 кОм при 25 °C с B = 3950 стоит в делителе с резистором 10 кОм, вентилятор 24 В включается реле, катушку которого вывод D8 включает через транзисторный ключ. Температура масла стремится к заданной с постоянной времени 6 с, вентилятор снижает цель на 18 °C. Это не точная модель гидросистемы, а наглядная.