Arduino & Pi

В прошлом году я начал публиковать первые тесты своего компилятора WIA32 и среды разработки 3o|||sheet на различных микроконтроллерах и FPGA  (STM32, CH32, Altera Cyclone 4). Был и российский АМУР MIK32.

На одном известном ресурсе, по поводу подобных МК  были возражения типа - 16 КБ ОЗУ, что из этого можно сделать в современном мире?

Рантайм (регистровая ВМ) моей разработки выполняющая байткод на стороне железа,  требует всего 5 КБ RAM, поэтому в подобный МК как  АМУР MIK32 с 16 КБ влезает достаточно много(в сотни LD\FBD блоков, или несколько сотен ST  строк ) программы причем с изолированным выполнением. То есть, речь идет не о зависшей задаче, это  - самый легкий сценарий ,так как  планировщик все равно  задачи меняет. Речь об устойчивости к  тотальному краху данных.

Таким образом 3o|||sheet является первой(?) средой где АМУР MIK32 успел побывать полноценным  промышленным контроллером хоть и в тестовом режиме, а не игровой консолью, умным домом или мигалкой светодиода.

ПЛК на АМУР MIK32 как аналог Schneider Zelio Logic

Своему софт-процессору и набору команд дал название  - WIA32 (переводится как - широкий непосредственный адрес) который и отображается на графике синим. Тут данные по скорости выполнения программ лестничных диаграмм или функциональных блоков (ST - не тестирую, так как в документации брендов ПЛК нет данных производительности алгоритмов на ST чтоб сравнивать).

Не путать тест с бенчмарками, производительностью машинных инструкций и программ написанных на СИ.

Если б я делал ПЛК на АМУР MIK32 то получил бы аналог программного реле Schneider Zelio Logic. Это с  точки зрения производительности, хотя в данный момент  моя ВМ - трансформируется, и не оптимизирована под конкретную архитектуру. Я не производитель ПЛК и не занимаюсь глубокими оптимизациями своей ВМ под отдельный чип для  максимума.

Но в отличии от среды Schneider , у меня более продвинутые функции, так как мой компилятор WIA32 поддерживает:

Сложные данные (структуры в структурах, многомерные массивы и прочее).

Такой вид данных поддерживается моим компилятором:

Сложные структуры любого уровня можно  использовать  в лестницах и блоках.

Менеджер адресов который точно расставляет данные\инструкции в памяти, расставляет адреса и не промахнется ни на один байт среди миллиарда - отдельный шедевр мысли.

Так как у нас свой компилятор  и собственный софт процессор - есть возможность безопасно добавлять структуры данных и менять код на лету не перезагружая ПЛК вообще. Добавлять новые программы которые тут же заработают как в смартфоне установленное только что приложение с маркета.

Schneider , китайские, российские и многие другие страны создающие ПЛК (те которые  на собственной среде, а не  на  Codesys) не поддерживают работу с многомерными массивами, вытесняющими задачами, заменой кода на лету и другими возможностями для которых нужен собственный компилятор. Практика перевода языков МЭК 61131-3 (IEC 61131-3) в  язык СИ а потом прошивка в ПЛК обычным компилятором,  как это делают в Beremiz и 95% разработчиков ПЛК - дает легкий и быстрый эффект в разработке, но такие ПЛК очень деревянные/неповоротливые, и подвержены трудно уловимым ошибкам с тяжелой (или невозможной) отладкой.

Сама среда, графический движок от  Schneider - сильно уступает моим наработкам тоже. У Schneider можно создавать “строки” из 5 элементов и одной катушки, в то время как мой движок (без каких либо фреймворков - рисует примитивами) - может отображать любые разветвленные ветки и связи любой сложности, создавать собственные блоки любых размеров с любым количеством переменных и структур и описывать их программно.

Программируемые Машинные Контроллеры.

Промышленный процессор на базе микроконтроллеров с 4-6 КБ ОЗУ как MIK32 Амур или STM32G030 можно использовать не только как ПЛК, но и - Конструктор кастомного пульта - рабочее место оператора.

То есть не пульт с вылитым корпусом на фабрике, или корпуса в которых надо что то сверлить или отвертками крутить . Имеет смысл - дизайн модулей с разным набором кнопок, ползунков и т.д с использованием настройки экосистемы и среды для  ПЛК.

Когда процессор от ПЛК может стать процессором пульта и обратно, подключая нужные наборы кнопок, джойстиков или модулей ввода/вывода.

Но идея не только в дизайне, но и подходе к надежности. В чем лично моя идея это - разработка самого надежного отказоустойчивого пульта в  промышленности, работающий по принципу  Zero Protocol.

Обычно в АСУ ТП между модулями идет общение по CAN  и подобных протоколах. Я разработал гибрид с конфигурацией на подобии идеи конфигурации FPGA:

Шина,например CAN/RS485  -  тоже есть,  для конфигурации,и низкоприоритетных задач.

Шина Zero Protocol - прямые линии- провода(в зависимости от количества  входов у процессора CPU).

Визуально это выглядит вот так:

Подключение к процессору - модулей с кнопками (на подобии модулей ввода вывода)

с нужными комбинациями энкодеров, кнопок , ползунков и т.п. С двумя шинами: протокольная (CAN\RS485) и прямая Zero Protocol.

Преимущества дизайна:

Единая среда разработки программ для ПЛК и пультов с автоматической детекцией подключаемых, типов кнопок/ползунков/энкодеров,в  единый дизайн.

Кнопки можно покупать конечно отдельно и подключать их к ПЛК, но это годится только для закрытых шкафов. Для пульта внутри машины/или управлять светом на дискотеке со сцены - не практично и не красиво. Я не просто инженер, по второму диплому (и со стажем) - преподаватель живописи и графики. Дизайн - неотъемлемая часть моего мышления, нахожу это - красивым.

Преимущества технические:

Реакция на нажатие кнопки, энкодера и т.д - нулевая задержка. Прямой провод, никакого зависания коллизий линии  и прочее.

Подтверждение (прошел сигнал/не прошел) - как второстепенная информация. Если подтверждение придет через 0.5 -1  секунд  - неважно, главное реакция на нажатие оператором - сработает 100% без зависаний.

Если оператор видит машины или механизмы своими глазами - все подтверждения по проводам - избыточны.

Если оператор не видит глазами - происходящее (задвижка какая нибудь), то задержка подтверждения  в  0.5 - 1 секунду роли никакой не сыграет для реакции человека, зато может сыграть  для критического сигнала (например кнопки STOP) 0.5  сек - это много,  и есть смысл  убрать протоколы замедляющие сигнал идущий в -> сторону машин и механизмов.

Мы имеем программируемые модули кнопок, с автоматическим отображением переменных в среде, при том сохраняя всю скорость реакции как у прямого примитивного железа.

Таким образом у нас машинный контроллер имеет три приоритета на реакции:

1) Высокий приоритет, например кнопка  STOP и подобное, работает в обход  процессора (к процессору подключен  но  только для регистрации времени события например или для сообщений в SCADA).

2) Средний приоритет - так же работает  без протокола, по прямому проводу,  но есть задержка в размер цикла (программируемая реакция, может быть добавлен алгоритм обработчик).

Это как будто бы вы подключили просто кнопку/рубильник к входу  обычного ПЛК как упоминалось ранее, но естественно эта кнопка не отобразится в обычных ПЛК  и средах,  все нужно прописывать руками. В  нашей Среде она  - отобразится автоматически (тип, название) по протокольной шине.

3) Самый низкий приоритет  - те кнопки и элементы которые полностью на линии CAN/TCP  и др., там время реакции большое:

Сигнал должен пройти все рукопожатия, контрольные суммы, побороть коллизии + быть обработан в цикле ПЛК.

Как раз на этом уровне и работают всякие модули в  ПЛК  мировых вендоров, И они это называют - надежным модулем. В моем представлении это считается самым медленным и ненадежным в сравнении с Zero Protocol.

Перефразируя коротко мою идею - это так:  обеспечить прохождение сигнала в ту сторону (до машины) без помех и риска, а обратно (от машины) - как у всех, через шину с протоколом типа CAN/RS485.

Я больше склоняюсь к RS485 (и с ним экспериментирую ) так как такой модуль кнопок  можно обеспечить на совсем примитивных и дешевых  микроконтроллерах с UART и 1-2 кб  ОЗУ и получить надежность превышающую дорогие пульты называющие себя - отказоустойчивыми.

Вот такой был тест MIK32 AMUR  и мое масштабное видение применения слабого железа к своим наработкам.

Пишите критические мысли в  комментарии или на почту zoshytlogic@gmail.com

И я подумал: а что если собрать это в моём симуляторе PinPort и заодно прокачать проект?

Сразу про честность:

• Схему я подсмотрел у автора. Это его идея, ему спасибо.

• Код мой, новый. Из поста я его не брал, писал с нуля.

Три версии одного проекта

Одну и ту же теплицу я сделал в трёх вариантах, от простого к навороченному:

1. Автополив и фитолампа на Arduino Nano: классика, меню на энкодере, экран, часы.

2. Автополив и фитолампа на ESP32 с веб-админкой: то же самое, плюс страничка, с которой всё настраивается.

3. Автополив и фитолампа на ESP32: веб-админка и MQTT: то же самое, плюс связь с брокером, чтобы данные летали в облако.

Как и у автора, меню управляется энкодером. В новых версиях к нему добавились веб-интерфейс и MQTT.

Что в схеме

• ESP32 в роли мозга.

• Три реле на 10 А: два для насосов, одно для лампы.

• Цепь 12 В: блок питания, два тумблера и два насоса по 6 Вт.

• Цепь 230 В: ввод, автомат, выключатель и сама фитолампа.

• Датчик температуры и влажности, часы, экран и энкодер KY-040.

В реальной жизни 230 В в теплице штука опасная. В симуляторе можно спокойно набивать шишки: перепутал провод, увидел, что не работает, поправил. Дым из монитора не идёт.

Веб-админка

Самое приятное в версии с ESP32 поднимает свою страничку, где видно:

• время, температуру и влажность;

• статус MQTT («на связи», брокер MQTT);

• состояние фитолампы: горит или нет, по какому расписанию;

• обратный отсчёт до следующего полива каждого насоса;

• кнопки «Полить сейчас».

А ещё там настраивается всё расписание: во сколько включать и выключать лампу, сколько секунд качать, раз в сколько дней поливать, в каком часу. Нажал «Сохранить», и пошло.

Сейчас, например, лампа работает с 7:00 до 21:00. Насос P1 качает 100 секунд раз в 3 дня в 20:00, а P2 качает 60 секунд раз в 2 дня в 8:00. Всё это меняется в два клика, без перепрошивки.

Что пришлось доработать в самом симуляторе

Чтобы такое вообще собрать, пришлось научить PinPort гибридным схемам. Раньше были отдельно лаборатории с контроллерами, отдельно с 12 В и 230 В. Теперь в одной схеме могут жить плата, цепь на 12 В и цепь на 230 В, и всё это связано реле.

Так что проект получился не только про автополив, но и хорошим тестом для самого симулятора. Ну и заодно ещё раз убедился, что вайбкодинг работает: код писали вместе с нейросетью, а я гонял и ругался.

Попробовать самому

Автополив и фитолампа на Arduino Nano

Автополив и фитолампа на ESP32 с веб-админкой

Автополив и фитолампа на ESP32: веб-админка и MQTT

Все три проекта открываются без регистрации, гостем: заходите по ссылкам выше, жмите «Старт» и смотрите, как оно работает. Можно подсмотреть, как соединены детали, и заглянуть в код.

Свои схемы собирать пока могут только зарегистрированные, а регистрация закрыта. Если хочется собрать что-то своё, напишите в личку или в комментарии, и я дам доступ в личный кабинет.

Расскажите, что бы вы автоматизировали в первую очередь. Огурцы, рассаду, аквариум? И как всегда: помидоры принимаются, желательно спелые. 🍅

Проект: pinport.ru

Да, это вайбкодинг, я не скрываю!

Сразу признаюсь: проект сделан вайбкодингом. Я придумывал, что и как должно работать, объяснял это нейросети, она писала код, а я тестировал, ругался и просил переделать. Получилось что-то среднее между программированием и режиссурой.

Идея и решения мои, а код делала нейросеть. Судить, что вышло, вам.

Пять лабораторий в одной вкладке

Что хотите собрать, то и открываете:

• ESP32: Wi-Fi, датчики, дисплеи, код.

• Arduino: Uno, Nano, Mega.

• 12 В: реле, лампы, моторы, автоэлектрика.

• 230 В: щиток, автоматы, УЗО, кабель, нагрев.

• Электроника: транзисторы, RC-цепи, осциллограф.

Что внутри

• Схемы мышкой. Детали таскаешь на холст, выводы соединяешь проводами. Схема хранится обычным текстом, её можно скопировать, положить в git или скинуть коллеге.

• Настоящий код. Прошивка собирается настоящим arduino-cli, а работает в браузере. Пишешь на C++, жмёшь «Старт», и оно едет.

• Осциллограф и логический анализатор. Двухканальный осциллограф с курсорами и логический анализатор, чтобы смотреть сигналы во времени.

• Ток, напряжение, мощность в каждой ветке. Перегрузка и короткое замыкание считаются честно, а не по табличке.

• Тепловая карта. Видно, какой кабель греется и где вот-вот запахнет. Виртуальный дым из монитора, правда, не пахнет.

• Wi-Fi без интернета. ESP32 умеет веб-сервер и HTTP-запросы прямо в симуляторе.

• Ошибки на русском. Ошибки компилятора переведены, а разбор схемы находит перепутанные SDA и SCL ещё до запуска.

Галерея: 367 готовых примеров

Любой проект можно открыть, запустить и сделать своей копией. У каждого есть разбор: что на схеме, какие библиотеки нужны и что делает код. Примеры разложены по платам и темам: ESP32, Arduino, 12 В, 230 В, электроника. Есть и всякая экзотика, вроде фильтров на одних данных или разбора трёх фаз в офисном щитке.

Уроки и калькуляторы

Для тех, кто начинает с нуля, есть уроки с проверкой прямо в модели: 38 уроков и 73 задачи. Не получилось, и проверка скажет, что именно не сходится. Есть подсказки и баллы, как в игре, только про электронику.

Курсы такие:

• ESP32 с нуля

• Arduino с нуля

• Автоэлектрика 12 В

• Электрика в квартире

• Основы электроники

• От схемы к устройству

Ещё есть калькуляторы: резистор для светодиода, закон Ома, делитель напряжения, цветовая маркировка резисторов, сечение кабеля, автомат по мощности, падение напряжения на 12 В. Любой результат можно открыть готовой схемой и посмотреть на приборах, врёт калькулятор или нет.

А чем отличается от Wokwi?

Честно: Wokwi зрелый и мощный проект, и я не пытаюсь его «убить». Просто у PinPort другой набор фишек:

• Русский интерфейс и русскоязычные материалы.

• Цепи на 220 В. Насколько я знаю, в Wokwi такого нет, а мне хотелось безопасно потренироваться и с сетевым напряжением.

• Живые схемы в блоге. Статья и симуляция в одном месте, без копирования проекта к себе.

Если вы уже пользуетесь Wokwi, зайдите и сравните. Мне будет очень интересно услышать, чего не хватает.

Кому пригодится

• Новичкам, которые хотят понять Arduino и ESP32 до покупки набора.

• Студентам, у которых лабораторная завтра, а стенд занят.

• Тем, кто хочет проверить код «на коленке» перед сборкой железа.

• Всем, кто любит ковыряться в схемах ради удовольствия.

Как попробовать

Прямо сейчас регистрация временно отключена: зайдите на сайт как гость и запускайте любые проекты из галереи. Можно смотреть, как работают схемы, жать «Старт» и подглядывать, как всё собрано.

Свои схемы могут собирать только зарегистрированные пользователи, а регистрация закрыта: проект молодой, и я хочу спокойно его дорабатывать без наплыва народа. Но если хочется собрать что-то своё, напишите мне в личку или в комментариях, и я выдам доступ в личный кабинет.

А ещё скажите, чего не хватает: каких датчиков, модулей и плат добавить в первую очередь? Читаю всё.

Проект: pinport.ru

P.S.

И да, не все еще работает. Знаю, чиним.