معرفی کامل برد رباتیکی Beaglebone Blue

مقدمه

با سلام. در این جلسه قصد داریم یکی از بردهای جدید که مخصوص کارهای رباتیکی هست رو معرفی کنیم. این برد ، نسخه رباتیکی برد Beaglebone Black هست که ما قبل اون رو در سایت معرفی کرده بودیم. در این جلسه قصد داریم برد Beaglebone Blue رو معرفی کنیم که چند ماهی است وارد بازار شده است و برای کارهای رباتیکی بسیار مناسب می باشد. قبل از هر چیز ، پیشنهاد می شود اگر با برد Beaglebone Black آشنایی ندارید ، حتما جلسه زیر را مطالعه کنید تا درک بهتری از این جلسه پیدا کنید. 

• مقدمه ای کوتاه بر برد Beaglebone Black 

معرفی سخت افزار برد

قبل از هر چیز در تصویر زیر میتوانید نمایی از این برد را مشاهده کنید. 

سخت افزارهای آورده شده در شکل بالا به صورت خلاصه در زیر توضیح داده شده اند :

هسته: هسته  این برد یک  OSD3358 که یک System In Packge (به اختصار SIP) است ، می باشد.( به اختصار منظور از SIP این است که چند ماژول در یک کنار یکدیگر یک پکیج را تشکیل داده اند.) این SIP از یک پردازنده و حافظه و بخش مدیریت تغذیه و چند واحد دیگر تشکیل شده است. به همین خاطر بخش اصلی برد صرفا یک پردازنده نیست و مجموعه از پردازنده و حافظه و … تشکیل دهنده هسته اصلی آن می باشند. این OSD3358 محصول شرکت Octava Systems می باشد.  برای درک بهتر به شکل زیر دقت کنید: 

این شکل در واقع یک SIP را نشان می دهد که در آن پردازنده و حافظه و … در کنار یک دیگر جمع شده اند و یک مجموعه واحد را تشکیل داده اند. این شکل مربوط به OSD3358 می باشد که هسته اصلی برد Beaglebone Blue می باشد. 

اما اجازه دهید در مورد پردازنده موجود در این برد کمی بیشتر توضیح دهیم. 

پردازنده اصلی این برد AM3358 می باشد که محصول شرکت Texas Instrument است و فرکانس کاری 1 گیگاهرتز را دارا می باشد. این پردازنده از نسل معماری Cortex- A8 میکروکنترلرهای ARM می باشد. این پردازنده همان پردازنده ای است که در Beaglebone Black مورد استفاده قرار گرفته است. قسمت 3358 مربوط به OSD3358 نیز از نام پردازنده گرفته شده است. 

از دیگر اجزای اصلی این SIP میتوان به یک حافظه ی 512MB ، از نوع DDR3 اشاره کرد که نقش مهمی را در اجرای سیستم عامل بازی می کند. 

 بلوتوث و WiFi :   تراشه WiLink™ 8 نیز بر روی این برد قرار گرفته است که برای ما امکان ارتباط با بلوتوث و WiFi را فراهم می کند. این تراشه نیز محصول شرکت Texas Instrument می باشد. این تراشه از استاندارد 802.11 b/g/n استفاده می کند و به همین علت میتوانیم از طریق همه وسایل از قبیل موبایل ها و لپتاپ ها با این برد ارتباط برقرار کنیم. نسخه بلوتوث این چیپ نیز 4.1 می باشد و این امکان را فراهم میکند تا همه دستگاه های جدید نیز بتوانند با بلوتوث با این چیپ به تبادل اطلاعات بپردازند. 

علاوه بر این چیپ دو آنتن نیز بر روی برد قرار گرفته است که یکی از آنها مربوط به WiFi و دیگری مربوط به بلوتوث می باشد.

در شکل زیر محل قرار گیری چیپ WiFi و بلوتوث به همراه آنتن های آنها را مشاهده می کنید:

 جک ورودی تغذیه : 

برای تغذیه این برد راه های مختلفی وجود دارد که یکی از راه های آن استفاده از جک ورودی تغذیه می باشد که باید ولتاژ ورودی از نوع DC و بین 9 تا 18 ولت باشد. طبیعی است که اگر ولتاژ ورودی از این مقدار بیشتر شود به برد آسیب می رسد. پیشنهاد خود شرکت ، استفاده از آداپتور 12 ولت با جریان 3 آمپر می باشد. 

  شارژر باتری لیتیم پلیمر : 

بر روی این برد یک کانکتور باتری لیتیم پلیمر نیز قرار گرفته است که میتوان با آن باتری های لیتیم پلیمر دو سلولی را شارژ کرد و در مواقع مورد نیاز از آن نیز برای تغذیه برد استفاده کرد.  آیسی که برای شارژ کردن این باتری در نظر گرفته شده است MP2615  می باشد. در کنار این کانکتور چند عدد LED نیز قرار گرفته شده است که وضعیت شارژ شدن و میزان شارژ باتری را نشان می دهد. 

 خروجی موتور سروو و یا ESC : 

یکی از قابلیت های بسیار مناسب این برد خروجی های مربوط به موتور سروو یا اسپیدکنترلرها می باشد که از آن میتوان برای راه اندازی بازوها و یا ربات های پرنده 4 موتوره ، 6 موتوره و یا 8 موتوره استفاده کرد. بدون آن که به سخت افزار اضافی نیاز باشد. به همین دلیل در سطح وب نیز پروژه هایی از راه اندازی کوادکوپتر با Beaglebone Blue وجود دارد که البته حضور یک IMU ( که در ادامه در مورد آن توضیح خواهیم داد ) این کار را میسرتر کرده است. 

 خروجی موتورهای DC  : 

علاوه بر خروجی موتورهای سروو ، 4 خروحی نیز برای موتورهای DC در نظر گرفته شده است که میتوان موتورهای DC را به صورت مستقیم به آن متصل نمود. توجه داشته باشید که برای راه اندازی موتورهای DC متصل شده به این برد به هیچ درایوری نیاز ندارید. چون بر روی خود برد دو عدد درایور موتور DC قرار گرفته است. این دو درایور ، آیسی های TB6612FNG می باشند که هر کدام توانایی راه اندازی دو موتور DC را دارند. تصویری از این دو آیسی به همراه خروجی های موتورهای DC در زیر آورده شده است : 

نکته ی دیگری که باید به آن توجه کنیم این است که به این 4 کانکتور میتوان موتورهایی که ولتاژ مصرفی آن ها تا 15 ولت میباشد را متصل کرد و البته جریان خروجی آنها نیز 1.2 آمپر می باشد که این جریان در زمان های پیک جریان میتوان برای یک لحظه تا 3.2 آمپر نیز افزایش یابد. 

 ورودی های انکودر:  از دیگر قابلیت های این برد میتوان به 4 ورودی انکودر اشاره کرد که میتوانیم با آن 4 انکودر را به آن وصل کنیم و از آن برای مقاصدی چون اندازه گیری سرعت موتور استفاده کرد. 

در شکل زیر کانکتورهای مربوط به موتور سروو و DC و انکودر نشان داده شده است : 

   کانکتورهای برای اتصال سنسورها و وسایل خارجی ( کانکتورهای آنالوگ و سریال ) :

یکی از قابلیت های خوب برد Beaglebone Black که در Beaglebone Blue نیز وجود دارد همین پایه های زیاد برای اتصال سنسورها و دیگر قطعات است. از این کانکتورها میتوانید برای اتصال IMU ها ، GPS ، سنسورهای آنالوگ ، میکروکنترلرها و … استفاده کنید. علاوه بر این ها 4 عدد ADC برای اتصال سنسورهای آنالوگ نیز قرار گرفته است. شکل مربوطه در زیر آورده شده است :

  کلیدهای برد : 

بر روی این برد همچنین 5  کلید وجود دارد که 2 تا از این کلیدها برای استفاده کاربر است و کاربر میتواند از آنها برای مقاصد مورد نظر خود استفاده کند. علاوه بر آن یک کلید ریست  که برای ریست کردن برد می باشد  و یک کلید تغذیه ( کبرای روشن و خاموش کردن برد )   و یک کلید بوت نیز قرار گرفته شده است. از کلید بوت برای تعیین مد بوت استفاده می شود. یعنی این که مشخص کنیم سیستم عامل از روی eMMC بالا بیایید یا از روی کارت SD .  

  شش LED ها برای استفاده های کاربر : 

در کنار کلیدها ، 6 LED نیز وجود دارد که میتوان از آنها در قسمت های مختلف برنامه استفاده کرد و به کمک آنها عمل Debug کردن را انجام داد. 

در شکل زیر کلیدها و LED های موجود بر روی این برد را مشاهده میکنید:

 پورت USB Host 

مشابه با Beaglebone Black بر روی این برد نیز یک عدد USB از نوع Host قرار گرفته است و میتوان برای اتصال دستگاه های خارجی مثل فلش ، کیبورد و ماوس  از آن استفاده کرد. 

  سنسور MPU9250 و فشار سنج  BMP280: 

یکی از قابلیت های جذاب این برد استفاده از سنسور MPU9250 که یک IMU کامل است ، می باشد. این سنسور از یک ژیروسکوپ ، یک شتاب سنج و یک قطب نما تشکیل شده است که در کارهای رباتیک بسیار مورد استفاده می باشند. در صورتی که میخواهید اطلاعات دقیقتری در این مورد بدست آورید پیشنهاد میشود جلسات مربوط به MPU6050 و MPU9150 را که قبلا در سایت منتشر شده است و شباهت زیادی به این IMU دارد ، را مطالعه کنید : 

•  آشنایی با MPU6050 
•  آشنایی با MPU9150

البته اگر هنوز با شتاب سنج و ژیروسکوپ نیز آشنایی ندارید به شدت پیشنهاد می شود جلسات مربوط به شناخت شتاب سنج و ژیروسکوپ را که با زبانی بسیار ساده بیان شده است ، مطالعه کنید :

• آشنایی با شتابسنج و اصطلاح رایج آن
• ژیروسکوپ به زبان ساده 

علاوه بر MPU9250 ، یک عدد فشارسنج BMP280 نیز بر روی برد قرار گرفته که از آن میتوان برای بدست آوردن ارتفاع استفاده کرد.

سنسورهای گفته شده و پورت USB Host در شکل زیر نشان داده شده است : 

  قسمت پشت برد : کانکتور Micro USB از نوع Client و کانکتور Micro SD و حافظه eMMC : 

در قسمت پشت برد ، دو کانکتور Micro USB و Micro SD قرار گرفته است. با استفاده از کانکتور Micro SD میتوانید ، سیستم عامل خود را بر روی یک کارت SD بریزید و آن را به برد متصل کنید و از روی آن سیستم عامل را اجرا کنید. همچنین از کانکتور Micro USB میتوانید برای ارتباط با این برد و البته تغذیه آن استفاده کنید. ( برای استفاده کامل از این برد حتما پیشنهاد می شود که از آداپتور استفاده کنید و استفاده از کانکتور Micro USB ، برای تغذیه صرفا برای اجرای کدهای ساده می باشد. )

حافظه eMMC نیز ، حافظه پیش فرض برد است که سیستم عامل بر روی آن قرار گرفته است. 

نمایی از این قسمت ها را در شکل زیر مشاهده می کنید :

خوب دوستان. برای این جلسه کافی است. مثل همیشه میتوانید ما را در تلگرام و یا اینستاگرام دنبال کنید :