Arduino和樹莓派該怎麼選?單板計算機入門指南

2020-12-17 專門網

市面上有大量單板計算機(single-board computers)可供選擇,從超緊湊型可攜式開發板(ultra-compact portable developer boards),到基本可以看作是有各種接口的微型計算機的強大系統,現在讓我們深入了解一下:我們可以選擇怎樣的單板計算機,我們可以用單板計算機做些什麼。

軟體和硬體

過去幾十年,開發軟體變得越來越容易,為自己的項目定製軟硬體成了一件傳統意義上的巨大挑戰。在微晶片上編程並非易事,往往還需要特殊設備。2012年單板計算機開始在市場站穩腳跟,定製這些硬體項目變得更容易也更便宜,一切都開始改變。

在這篇文章中,我們希望一窺單板計算機的世界,為你提供當前產品的概覽,並為你在產品選擇上提供一些建議。為了明確起見,我們可能應該首先解決「單板計算機」的定義:就本文而言,單板計算機是指那些用於傳感器和執行器的模擬和數字I / O的系統,這些傳感器和執行器在製造領域非常受歡迎。

開發板

開發板(Developer boards)是這樣一類單板計算機,它們作為其他系統的控制器,要比當作獨立系統運行更好。例如,一個Arduino開發板永遠不會被用作家庭影院的視頻解碼器,而使用樹莓派(Raspberry Pi)對LED燈帶進行與運動有關的控制會顯得多餘。

一塊典型的Arduino開發板

當談到開發板時,Arduino是你的首選系統。要知道,Arduino不僅是一系列開發板,同時也是一個開放的硬體平臺。基於Arduino的單板計算機,可以使用多種硬體,也有大量現成的軟體項目、應用程式和廉價的Arduino複製品可用。

每個Arduino開發板的核心都是一個基於Atmel-AVR的微控制器,其功能與一個像樣的計算器一般強大。根據不同的品牌和型號,你可以有許多埠來連接外部傳感器和執行器,甚至可以連接像揚聲器或是特製顯示器這樣的輸出設備。

根據尺寸的不同,傳感器和執行器可以通過排針連接,從而使匹配的帶狀線纜的連接變得尤為容易,或者通過較小型號的PCB中的針孔連接。在這兩種情況下,強烈建議使用插腳板,連接線纜時要嚴格遵守規範。

大多數初學者都不會太在意可用的引腳和連接器數量,兼容性反而更重要。我們也強烈建議你使用兼容Arduino的設備,例如Arduino UNO或ELEGOO Uno R3。另一個選擇是更小的Arduino Nano或與其兼容的第三方替代產品,例如特別小的Digispark Mini。

另一個重要因素是通信模塊,默認情況下,Arduino必須通過USB連接。但是,如果你想在不連接PC的情況下獨立使用一個USB,可以用移動電源或電池供電,並通過可選的Wi-Fi模塊進行通信。一些開發板帶有充電電路、Wi-Fi,甚至具備藍牙兼容性。

傳感器,執行器和輸出選項

一旦定義了所有的獨立輸入和輸出,我們就可以在軟體中進行訪問。從觸摸傳感器到電位器,從溼度傳感器到近程傳感器,甚至陀螺儀,各種傳感器都可以使用。輸出選項則包括LED,揚聲器和顯示器。還有更複雜的模塊可用,並且大部分都可以從中國以便宜的價格買到。

訪問那些更複雜的傳感器或輸出設備要通過所謂的程序庫,這些程序庫包含了與設備和傳感器進行通信的那些例程。這不僅可以節省開發人員大量的開發工作,也有助於簡化他們的項目。

效果

Arduino系列開發板適用於各種複雜層級的項目,包括家庭自動化,也可以包含進現有的智能家居環境中去。某些情況下,使用高度專業化的商用傳感器可以為你節省許多資金。

初學者可以從一些文檔豐富的項目中獲益,這些項目旨在教授類C語言和適應IDE(集成開發環境)。即使你完全不懂這項技術,也可以在一個下午的時間獲得巨大成功。例如,通過組合近程傳感器和LED創建一個碰撞檢測系統。你也可以用溼度傳感器替換近程傳感器,創建一個土壤水分含量指示器,這是全自動花盆項目的第一步。

類似於PC的單板計算機

不同於開發板,類似於PC的單板計算機(PC-like single-board computers)就像真正的計算機一樣,因為這種單板計算機可以運行同帶有圖形用戶界面的典型作業系統,並且理論上有潛力替代成熟的計算機。這類設備通常有數倍於開發板的性能。

這個領域最受歡迎且最重要的競爭者無疑是樹莓派。第四代樹莓派擁有四核Cortex A72 CPU、高達4GB的內存以及能夠解碼4K視頻的GPU。因為支持USB、乙太網和Wi-Fi,安裝了microSD卡和Linux作業系統的樹莓派,就可以像普通Linux PC一樣運行。

完全無需作任何改造,單板計算機,比如樹莓派,就可以用作網絡存儲設備或媒體伺服器,另一個非常流行的領域是做舊遊戲模擬器,像Arduino設備一樣,你也可以可以連接各種傳感器和執行器。

如今,單板計算機(有些是針對非常專門的應用領域的)的數量可能會造成很大混亂,比如Orange Pi、Banana Pi和華碩 Tinker Board。用戶應該特別注意一款開發版的軟體支持和社區規模。通常情況下,大型社區在解決驅動問題上會更有幫助。還有一類兼容X86的開發板,這就是一個很小的品類了。

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