Импортозамещение в образовательной сфере. Отечественный контроллер для образовательной робототехники, IOT, БАС и т.д.
Образовательный контроллер Рудирон.
Привет Хабр!
Меня зовут Юрий, руководитель отдела разработки робототехники в компании Аквариус. Расскажу о новом продукте – образовательном контроллере «Рудирон». Это первая статья про новое направление компании и в дальнейшем планируется ряд статей по особенностям использования контроллера в образовательной деятельности и не только.
Информация будет интересна учителям школьных кружков робототехнике, самодельщикам и энтузиастам отечественных решений в области импортозамещения.
Компания Аквариус приступила к массовому выпуску отечественного образовательного контроллера под торговой маркой «Рудирон». Контроллер в 2023 году прошел пилотные испытания в образовательных учреждениях России и теперь готов к поставкам в составе наборов, сформированных с учетом опыта пилотов и особенностей самого контроллера.
Контроллер "Рудирон" создавался для бесшовного преподавания ряда дисциплин от школ до вузов в областях образовательной робототехники, IOT, БАС, программирования как отечественная платформа.
При создании контроллера ставилась задача разработки своего продукта, а не клонирования еще одной версии Arduino подобных плат. Поэтому компания не позиционирует проект как убийцу чего-то там! Это самостоятельный образовательный контроллер со своей методической базой и идеологией.
Контроллер построен на микроконтроллере компании «Миландр» К1986ВЕ92FI с достаточным объемом памяти и быстродействием для использования в школах и вузах.
Ø 32-разрядный 80 МГц,
Ø 128 кБ Flash, 32 кБ ОЗУ
Ø ШИМ – 9 каналов,
Ø АЦП – 6 каналов (12 разрядов до 500 кгц),
Ø ЦАП – 1 канал (12 разрядов),
Ø Компаратор
Ø Интерфейсы – CAN, UART (2), I2C, SPI (2), USB
Ø Количество цифровых портов – 37
Ø Питание 5 В USB, 6-14 В Jack 2.5
Ø Прямое подключение – MPU6050, NRF2401, ESP8286, BMP-180 и т.д.
Ø Программирование в Arduino IDE, Visual Studio Code
Рассмотрим поподробнее контроллер :
1. Система питания контроллера:
Питание от USB – 5 вольт либо 6-14 вольт от внешнего источника питания.
На плате установлен самовосстанавливающийся предохранитель 0.75 А и защитный диод от переплюсовки напряжения питания от внешнего источника. Для питания внешних модулей напряжением 5 вольт установлен LDO с которого напряжение подается на внешние разъемы контроллера и на 2 LDO с напряжением стабилизации 3.3 вольта. Первый LDO 3.3 вольта питает микроконтроллер и внешние модули, а второй – модули беспроводной связи (ESP-01, NRF2401), которые подключаются в специально установленные на контроллер разъемы с обеспечением емкости 100 мкф непосредственно у самих выводов разъемов. Таким образом гарантируется бесперебойная работа радио-модулей при переходе из режима приема в режим передачи данных (ток потребления при этом может изменяться от единиц мА до 150 мА).
Для индикации наличия питающего напряжения на плате установлен светодиод.
2. Загрузка программного обеспечения:
Контроллер имеет два режима загрузки программного обеспечения:
▪ Посредством USB порта контроллера с использованием USB-UART преобразователя, установленного на плате "Рудирон".
Данный режим не требует внешних дополнительных программаторов и используется при разработке несложных приложений. Для визуализации фактов передачи и приема информации на плате установлены 2 светодиода по линиям RX и TX UART микроконтроллера.
▪ С помощью внешнего программатора J-Link с 20 пиновым разъемом либо программатора с поддержкой SWD с подключением к отдельному 4 пиновому разъему типа мама. При таком режиме программирования становится доступна возможность внутрисхемной отладки приложений. Данный режим для продвинутых разработчиков, студентов колледжей и вузов.
Выбор режима программирования осуществляется джампером на разъеме контроллера.
USB порт контроллера:
Контроллер имеет аппаратный порт USB. Он может использоваться для:
▪ Загрузки программного обеспечения в контроллер (при написании своего загрузчика);
▪ Для коммуникации оборудования на базе контроллера и компьютера либо иных устройств, имеющих USB порт.
Для использования аппаратного USB необходимо отключить USB-UART преобразователь на контроллере путем установки джампера в разъеме:
-
Пользовательские элементы контроллера:
Чтобы изучить основы программирования контроллера и его взаимодействия со стандартными элементами, такими как кнопки и светодиоды, на плате контроллера установлены 4 пользовательские кнопки и два светодиода.
Одна из пользовательских кнопок служит для вывода микроконтроллера из режима пониженного энергопотребления (Кнопка пробуждения).
Пользовательские светодиоды L1 и L2 подключены к портам контроллера, которые могут генерировать ШИМ сигнал с внутренних таймеров микроконтроллера. Такое подключение дает возможность изучения программирования ШИМ сигналов по яркости свечения светодиодов. Так же эти порты выведены на внешние разъемы и к ним можно подключать внешние модули. Тогда светодиоды будут отображать состояние сигналов (светится значит есть напряжение логической 1 и не светится логический ноль), что бывает удобно в образовательных целях. Как пример, при подключении сигнала ECHO от ультразвукового датчика HC-SR04 видно, как длительность свечения светодиода напрямую зависит от расстояния до препятствия.
5. Обеспечение беспроводной связи контроллера с внешним миром:
Для обмена информацией с другими контроллерами или компьютерами предусмотрено подключение двух радио-модулей. Для этого на плате установлены 2 разъема.
Радио-модуль 2.4 гГц в виде цифрового модема NRF2401 обеспечивает передачу данных до 2 мбит с возможностью программной реализации любых протоколов и систем радиоуправления.
WI-FI модуль ESP-01 обеспечивает создание своей точки доступа либо подключение Рудирона к локальной сети интернет.
Подключение внешних устройств по шине I2C:
Для прямого подключения модулей по интерфейсу I2C выведен отдельный разъем на плате, который позволяет подключать различные модули магнитометров, акселерометров, барометров, гироскопов, памяти EEPROM без необходимости использования проводов.
-
Цифровые порты контроллера:
Все порты контроллера "Рудирон" выведены на 4 разъема, которые установлены горизонтально. Да, это не классическое расположение разъемов. Но в некоторых случаях удобно, когда устройство не растет в высоту. Конечно, имея привычное вертикальное расположение было бы привычнее. Но кто сказал, что все должны ходить в одних и тех же брюках ?!) Как говорится на вкус и цвет инженеров нет)
Порты толерантны к уровням сигналов 3.3 и 5 вольт, что дает возможность подключать любые модули без необходимости плат согласования или понижающих резисторов.
8. Средства разработки программного обеспечения для контроллера:
Для написания и прошивки программ в контроллер "Рудирон" можно воспользоваться Arduino IDE либо Visual Studio Code.
В сотрудничестве с компанией "Эремекс" поддержка контроллера "Рудирон" и микроконтроллера К1986ВЕ92FI введена в отечественный аналог STM32Cube под названием FX-Designer.
Отечественная оболочка позволяет настроить визуально шаблон проекта как у западных коллег, а в некоторых случаях и лучше.
Мы признательны компании "Эремекс" за приоритетную поддержку нашего проекта.
9, Дистрибутивы, стороннее ПО и методические материалы::
Для настройки этих двух сред мы написали скрипт инсталлятор на Python. Скачать его можно с нашего репозитария https://gitflic.ru/project/akvarius-rudiron/rudiron-distr.
По ссылке скачивается архив со скриптами после его разархивирования запускаем скрипт install.py и у нас контроллер "Рудирон" появится в Arduino IDE и будет доступно в Visual Studio Code.
В репозитарии подробные инструкции по установке на Windows и Astra Linux, а так же методические материалы по основам программирования и примеры по работе с различными модулями и блоками микроконтроллера от компании "Миландр".
Так же нами разработан монитор последовательного порта с различным функционалом, но это тема следующей статьи про контроллер "Рудирон".
Контроллер в образовании:
В сотрудничестве с Институтом информационных технологий МИРЭА – Российского технологического университета разработан курс «Интернет вещей на базе Рудирон», который позволяет не только освоить работу с данным отечественным программно-аппаратным комплексом, но и научиться его применению для разработки прикладных решений в сфере Интернета вещей.
Обучение начинается с освоения основ работы с микроконтроллерами, включая их архитектуру и принципы программирования. Студенты учатся подключать различные датчики, что позволяет собирать и обрабатывать данные для разработки решений в области Интернета вещей. Эти навыки дают возможность создавать системы автоматизации технологических процессов, мониторинга параметров окружающей среды, дистанционного управления оборудованием и т.п., что является основой для умных устройств и интеллектуальных решений.
Институт радиоэлектроники и информатики МИРЭА - Российского технологического университета готовит курсы обучения по применению ОСРВ во встраиваемых системах. Используя контроллер "Рудирон" на базе отечественного микроконтроллера, студенты изучат построение встраиваемых систем на базе отечественной ОСРВ FX-RTOS от компании "Эремекс" с использованием графической среды настройки ОСРВ.
Так же заключены соглашения по развитию экосистемы Рудирон в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина),
"Дальневосточном государственном аграрном университете, где изучение контроллера "Рудирон" будет происходить сначала в профильных школах при вузах, а затем уже непосредственно на самих кафедрах университетов, обеспечиваю предложенную нами систему бесшовного обучения.
Это была общая обзорная статья про наш контроллер "Рудирон" и его вхождение в сферу образования. В дальнейшем планируем отдельные статьи по новым программным продуктам для "Рудирона" и его использованию в образовательных проектах.
Комментарии (33)
Tirarex
17.12.2024 06:45Кажется что в таком устройстве важно два пункта - цена отладочного комплекта, и простота разработки.
Если с arduino ide работает в полную силу то к простоте нет вопросов, но цена. Единственное предложение в рф находится на авито за 14990руб. Даже если там перекуп и реальная цена будет в половину, те 7500руб, это будет провал на фоне китая с контроллерами за центы, и esp8266/esp32/arduni uno по 2-3$.
rabitagorgor
17.12.2024 06:45Это легко решается не рыночными, а административными механизмами.
Tirarex
17.12.2024 06:45Ну удачи им, школьник в руках это чудо покрутит, найдет esp32 в 20 раз дешевле, быстрее, с wifi/bt, и поймет что реально юзабельно а что ему впарили.
kenomimi
17.12.2024 06:45Единственное предложение в рф находится на авито за 14990руб. Даже если там перекуп
не если, а точно. Я мониторю авито на предмет появления там байкалов (интересно поковырять), так часто перекупы продают коллекционерам всякие ушатаные б\у отечественные артефакты по х100 ценам - ИЧСХ, покупают же!
Ценник, думаю, тысяч 5-6 реальный, учитывая, что заказчик/покупатель - государство. Рыночный еще ниже, но вряли это на рынок попадет не через авито...
SIISII
17.12.2024 06:45По цене с Китаем тягаться абсолютно бессмысленно, и с этим ничего не сделаешь (не считая возможности для государства давить импорт пошлинами, а своё субсидировать).
А вот с технической точки зрения что мне не нравится на этой плате, так это необходимость выбора "или USB-UART, или USB". Получается, если я хочу отладить свой драйвер для USB на миландровском МК, используя эту плату, я автоматом лишаюсь USB-UART, а он очень часто весьма полезен. Правильней было бы сделать два USB-разъёма: один под USB-UART (его можно совместить с программатором, как это часто делается), другой под USB самого МК.
И кстати, почему светодиоды обозначены L? Всю жизнь так обозначаются катушки.
REPISOT
17.12.2024 06:45И кстати, почему светодиоды обозначены L? Всю жизнь так обозначаются катушки.
В самом деле. " Импортозамещение в образовательной сфере ", а обозначения не по ГОСТу...
РудиронРуби Рот недоволен.Скрытый текст
Да еще и подписи у элементов отсутствуют. К нему схема-то хоть прикладывается? И как по ней искать элементы?
Ulndenisovy Автор
17.12.2024 06:45Приведите пример такого использования. Стало даже интересно если вы создаете устройство работающее чисто как USB зачем при этом виртуальный порт подключенный к этому ж компьютеру?! Даже стало интересно.
SIISII
17.12.2024 06:45Да хотя бы для отладки -- чтоб через UART выводить сообщения. Не говоря о том, что UART может быть подключён к другому компу, например. В общем, странное ограничение, как по мне.
Ulndenisovy Автор
17.12.2024 06:45Ну если у Вас и так USB обмен идет кто мешает Вам его и использовать?! Для школьников писать USB устройство недоступная технология по сложности кода (ну кроме особо талантливых, но их единицы). Написание USB это колледж и ВУЗ, а там предполагается использовать программаторы с внутрисхемной отладкой где и по шагам исполнить можно и увидеть состояние всех регистров, памяти и т д. Потому, что это инструмент инженера. Вывод отладочной информации через уарт ну это уровень все таки больше Ардуино для школьников. Но если вы ходите только уарт, то сам уарт то не отключен вы можете преобразователь любой копеечный подключить к боковому разъему или к разъему вертикальному так как аппаратных 2 уарта у нас.
REPISOT
17.12.2024 06:45своего продукта, а не клонирование еще одной версии Arduino подобных плат
Программирование в Arduino IDE
Ясно.
Особенно порадовало обоснование угловых разъемов:
Да это не классическое расположение разъемов и в некоторых случаях это удобно
Поэтому пусть все остальные мучаются!
Ну и описание SWD программирования:
Данные режим для продвинутых разработчиков, студентов колледжей и вузов.
ST свой ST-Link по-умолчанию ставили даже на самые дешевые Discovery за 100 р.(да, я покупал плату с F100 за 100р.)
VirRus77
17.12.2024 06:45Прямое подключение – MPU6050, NRF2401, ESP8286, BMP-180 и т.д.
Для прямого подключения модулей по интерфейсу I2C выведен отдельный разъем на плате, который позволяет подключать различные модули магнитометров, акселерометров, барометров, гироскопов, памяти EEPROM без необходимости использования проводов..
Вопрос, зачем? Если эти платы легко подключаются по I2C или SPI? Или вывод 2х специализированных планок подключенных к определенным ногам даст знания о том, что можно эти ноги сменить?
"Меньше знаешь, крепче спишь."
Для написания и прошивки программ в контроллер "Рудирон" можно воспользоваться Arduino IDE либо Visual Studio Code.
Я что-то не заметил иконки platformio... Т.е. приоритетные технологии вы хотите в массы?
И как говорят комментаторы, не бюджетная платка... Если вы хотите в массы, то цена 2 x esp32 с нормальной поддержкой platformio даст задуматься о поддержке отечественного производителя.
П.С. Если впаривать в школы за гос. бюджет её основное предназначение то она не нужна.
П.С.С. Мы не забыли историю про мониторы LightCom с чипом от Миландр.
Ulndenisovy Автор
17.12.2024 06:45Зачем использовать platformio если можно писать напрямую?!
Как было написано в статье не только для школ, но и для колледжей и вузов.
И вот в высшем образовании и инженерной деятельности platformio не является стандартом)
И если вы прочитали про компанию Эремекс, то их решение построено на создании проекта приложения для IDE Eclips.
Во многих вузах и на предприятиях используют Keil как основная среда разработки для Миландровских микроконтроллеров!
SIISII
17.12.2024 06:45Мы пока Кейл используем; в конце концов сползём, наверное, на VSC + GCC, но, в любом случае, никаких тебе платформио и прочего, весь низкоуровневый код -- свой собственный.
kenomimi
17.12.2024 06:45Плата в целом интересная, но...
Я бы сделал ее чуток больше, и добавил бы пины для совместимости с ардуино. Вот эти жирные разъемы-гребенки это конечно круто, но есть куча шилдов от ардуино, которые туда подключать неудобно.
Мини-экранчик на плате. В опте стоит центов 30, но удобство огромное. Тем более, что в этой железке экономику не считают до цента.
Пищалка, разъем uSD, пару мест под типовой 24c01, место под SPI flash, место снизу под модуль esp32, места под гребенки типовых модулей с али: гироскоп, акселерометр, барометр - они годами не меняются. Копеечные или бесплатные добавки, но удобства в обучении добавляют сильно.
slog2
17.12.2024 06:45Зачем пины для совместитмости с ардуино, если можно просто взять ардуино. За примерно в 50 раз меньшую цену.
Ulndenisovy Автор
17.12.2024 06:45Спасибо за пожелания. Все, что вы перечислили уже сделано в виде плат расширения. В следующем году они выйдут в свет.
saag
17.12.2024 06:45Дроны в школах собирать затея
Kandimus
17.12.2024 06:45К дрону так то плата автопилота еще нужна. А на этой пилить автопилот та еще затея, тут сурьезные фирмы годами свой автопилот допиливают
Ulndenisovy Автор
17.12.2024 06:45На Рудироне уже летает дрон) Годами ничего пилить не пришлось причем прошивка своя, а не адаптированный оперсорс как обычно все демонстрируют)
smart_alex
17.12.2024 06:45Если контроллер для образовательных учреждений, то вопросов нет.
Если контроллер для рынка, то против Ардуино и китайцев (читай мощнейшей индустрии с миллионами пользователей) у Рудирона шансов нет.
leonidv
17.12.2024 06:45Больше разных решений для обучения процессорам, это хорошо. Для работы в форм-факторе Arudino есть Elbear Ace Uno с MIK32 АМУР (к1948вк018) (RISC-V). Теперь есть отечественное решение на Cortex-M3 (не официально, как я догадываюсь).
Если к данному форм-фактору платы будет разработано достаточно периферии для решения задач робототехники - будет отлично.
Ulndenisovy Автор
17.12.2024 06:45Ну перечисление некорректное) Наш продукт появился в 2023 году и уже тестировался в школах и кванториумах. А еще годом ранее выиграл грант Фонда Содействия Инноваций! А то, что перечислено сейчас и появилось только в этом году и не обладает тем еще функционалом поддержки как наша плата.
slog2
17.12.2024 06:45Признайтесь себе, что смысл вашей деятельности выигрывать гранты. Тут у вас есть потенциал. А конкурировать с ардуино, с китайцами, подсадить много разработчиков добровольно перейти на какой-то эксклюзивный проц - тут у вас шансов ноль.
RedIngener
17.12.2024 06:45В том и смысл чтобы обучать детей/студентов работать с технологиями, которые активно используется на производстве. Сам микроконтроллер производится уже много лет и расходится большими партиям. В частности он используется в двигателе ПД-14 (там стоит таких более 10 штук, а не один, что и очевидно).
Так что ничего уникального в нем нет.
А про грант было упомянуто не в качестве доказательства "успешности" разработанного продукта, а чтобы показать что контроллер Рудирон разрабатывался сильно заранее выше перечисленных контроллеров.
xtraroman
17.12.2024 06:45Конфигуратор к плате сделан на EMXControls. Это продукт для быстрой разработки приложений для windows mac и Linux (включая российские). Его делает в России наша команда. Если вам нужно быстро сделать красивый UI - мы поможем https://eremexcontrols.ru/
everis
Стоимость макетки доступна для простых поделок, любительских?
Или как и остальное импортозамещение нацелено на использование только в "бюджетной" сфере?
Yuriy_krd
на Авито за 15К продают ) так что пусть такое "чудо" покупают другие.
HabraReaderZH
Читайте внимательно программно-аппаратный комплекс для образовательных учреждений. Для любительских поделок есть море других плат.
slog2
Какой смысл изучать то, что в дальнейшем будет недоступно? Учись на ардуине и не будет проблем хоть с любительскими поделками, хоть с нелюбительскими. Хотя учиться на ардуино (любых) так себе идея.
HabraReaderZH
Список поддерживаемых микросхем почитайте. Недоступным кому?
Ulndenisovy Автор
В статье написано Школа- Колледж-Вуз. Школьник придя в Вуз начнет на этой плате реализовывать более серьезные проекты с инженерными инструментами. И так как состав и характеристики микроконтроллера он изучит в школе и научится работать с ними на высоком уровне ему намного легче и быстрее будет научиться серьезным профессиональным вещам. В этом суть проекта, а не выбросить на рынок еще один клон ардуино. Промышленности нужны кадры знающие свою элементную базу и умеющие с ней работать.
slog2
Знание элементной базы дело десятое. Любая элементная база осваивается быстро, было бы что осваивать. Промышленности нужна элементная база с хорошей документацией и поддержкой, легкодоступная, дешевая, без привязки к единственному производителю. Ничего этого тут нет и не предвидится. Учиться на ардуино (любом)? Ну разве что первые 2 месяца, а дальше выкинуть его и копать глубже.