MCU nào là tốt nhất cho Lĩnh vực Robot trong năm 2020?

Created: Tháng Mười Hai 3, 2020
Updated: Tháng Bảy 1, 2024

Robotics là một trong những lĩnh vực cực kỳ thú vị, kết hợp các nguyên tắc thiết kế từ nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ bao gồm máy học/trí tuệ nhân tạo, tính toán biên, thị giác máy tính, điều khiển động cơ, hợp nhất cảm biến, giao tiếp không dây, và nhiều hơn nữa. Trái tim của tất cả các ứng dụng này là một MCU, SoC, FPGA, hoặc các đơn vị xử lý khác, cũng như firmware làm cho nó hoạt động.

Nếu bạn mới bắt đầu thiết kế hệ thống robotics và bạn muốn theo hướng MCU, có lẽ bạn đã bắt đầu tìm kiếm MCU tốt nhất cho các ứng dụng robotics. Không có một MCU nào là tốt nhất một cách khách quan cho mọi hệ thống robotics, nhưng một số thông số kỹ thuật quan trọng hơn trong các loại robot khác nhau. Hãy xem một số MCU phổ biến cho các robot nhỏ và những thông số kỹ thuật bạn nên chú ý khi chọn MCU.

Tìm MCU tốt nhất cho Robotics

Trong khi không có một MCU nào là tốt nhất cho robotics, một số MCU sẽ tốt hơn cho các loại robot khác nhau. Tất cả phụ thuộc vào việc khớp thông số kỹ thuật của MCU với yêu cầu của hệ thống hoặc hệ thống phụ. Trước khi chọn một MCU cho ứng dụng của bạn, bạn nên tự hỏi một số câu hỏi sau:

Hệ thống chính hay hệ thống phụ? Nếu bạn đang thiết kế một robot đơn giản với số lượng cảm biến và phụ kiện hạn chế, một MCU duy nhất sẽ làm được việc. Bạn cũng có thể sử dụng một máy tính bảng đơn (SBC) (Raspberry Pi và BeagleBone là những lựa chọn phổ biến). Nếu bạn đang thiết kế phần chính của một hệ thống robotics, có thể sẽ dễ dàng hơn khi sử dụng SBC, và các hệ thống phụ có thể sử dụng các MCU nhỏ hơn.

Số lượng I/O và giao diện cần thiết. Tùy thuộc vào cách bạn muốn MCU của mình giao tiếp với các phụ kiện hoặc điều khiển động cơ trong robot của bạn, bạn sẽ cần kiểm tra số lượng I/O và các giao diện tốc độ thấp/cao có sẵn.

Tốc độ xung nhịp. Điều này trở nên quan trọng hơn khi robot của bạn cần xử lý nhiều dữ liệu trên thiết bị. Hiện tại, các thiết bị nhúng chỉ chạy các phép tính đơn giản trên thiết bị; phần còn lại được chạy trong môi trường đám mây. Các mô hình ML đơn giản có thể được chạy với một MCU nhanh, nhưng bạn sẽ có nhiều tài nguyên tính toán hơn nếu bạn sử dụng thứ gì đó mạnh mẽ hơn (xem bên dưới).

SDK và hỗ trợ nhà phát triển. Bạn sẽ cần lập trình MCU của mình, vì vậy bất kỳ thành phần nào bạn chọn nên có SDK có sẵn từ nhà sản xuất. Không bao giờ là thừa khi mua một bảng phát triển và thử nghiệm ứng dụng của bạn trong quá trình phát triển.

Khả năng kết nối không dây. Robot của bạn có thể cần giao tiếp với một mạng lớn hơn qua WiFi, Bluetooth, LoRaWAN, hoặc giao thức khác. Một số MCU bao gồm bộ thu phát tích hợp cần thiết để hoạt động trên các giao thức này và các giao thức khác.

Có một loạt các MCU thỏa mãn một số hoặc tất cả các yêu cầu trên, nhiều trong số đó cung cấp các mức độ hỗ trợ nhà phát triển khác nhau (cả từ nhà sản xuất và cộng đồng mã nguồn mở). Arduino có lẽ là dòng bảng MCU phổ biến nhất cho các robot đơn giản. Một bảng Arduino hoặc một bảng phát triển cho MCU cụ thể của bạn là một nơi tốt để bắt đầu phát triển ứng dụng của bạn trong khi bạn thiết kế phần cứng tùy chỉnh của mình.

Vi điều khiển ESP32 từ Espressif là một lựa chọn xuất sắc cho các hệ thống robot đơn giản hơn (bo mạch phát triển được hiển thị ở đây).

Không nhiều linh kiện được quảng cáo cụ thể cho việc sử dụng trong robot, chủ yếu vì ngành công nghiệp này vẫn đang phát triển. Tuy nhiên, các MCU và bộ xử lý khác được tiếp thị cho việc sử dụng trong ô tô hoặc tự động hóa công nghiệp là lý tưởng cho việc sử dụng trong robot. Các linh kiện cho các ứng dụng này được xây dựng theo các tiêu chuẩn độ tin cậy cao và bao gồm các tính năng an toàn lý tưởng cho các hệ thống robot.

MCU so với FPGA so với MPU so với GPU cho Robot

Trừ khi bạn đang thiết kế một robot tương đối đơn giản với số lượng cảm biến hoặc hệ thống phụ trợ hạn chế, bạn sẽ không sử dụng một MCU duy nhất để kiểm soát hệ thống của mình. Các MCU khác sẽ tham gia cung cấp khả năng kiểm soát và xử lý cho các hệ thống phụ trợ khác nhau. Nếu bạn đang thiết kế toàn bộ hệ thống, thay vì chỉ là một hệ thống phụ trợ, bạn sẽ cần chọn một MCU chính để nhận dữ liệu từ các hệ thống phụ trợ khác và cung cấp các chức năng chỉ huy và kiểm soát. Đối với các ứng dụng có khả năng thương mại, có thể bạn sẽ không sử dụng MCU; chúng đơn giản không cung cấp đủ sức mạnh tính toán.

SRAM-based hoặc Flash-based FPGA là một lựa chọn thay thế cho MCU vì chúng vẫn có thể được lập trình lại khi cần thông qua cổng giao tiếp bên ngoài. FPGA cũng có số lượng I/O cao và đồng hồ nhanh, làm cho chúng trở thành một lựa chọn tốt cho việc xử lý cấp cao dữ liệu nhận được từ các hệ thống phụ trợ khác. Ví dụ, Xilinx đã phát triển một dòng FPGA cụ thể cho robot, mặc dù những sản phẩm này có giá cao và tốt nhất được sử dụng cho việc xử lý và kiểm soát cấp cao.

Vi mạch Xilinx XC7Z030-1FBG676C được thiết kế cụ thể cho các hệ thống robot. Linh kiện này bao gồm nhiều giao diện tốc độ cao (CSI, PCIe, DDR) và hoạt động lên đến 1 GHz.

Một lựa chọn tuyệt vời khác thay thế cho FPGA hoặc MCU để có khả năng xử lý cấp cao là sử dụng MPU, chẳng hạn như dòng bộ xử lý Sitara từ Texas Instruments. Dòng Sitara bao gồm một loạt các lựa chọn cung cấp sức mạnh xử lý cấp cao cần thiết cho các hệ thống robot phức tạp. Các MPU trong dòng này hoạt động lên đến 1.5 GHz và bao gồm nhiều giao diện tốc độ cao mà bạn mong đợi thấy trong một máy tính đơn bảng. Chúng cũng có giá thấp hơn so với FPGA tương đương.

Máy tính trên mô-đun cho AM3352BZCZ080 từ Texas Instruments.

Một lựa chọn khác cho khả năng xử lý trong các hệ thống phụ của robot là GPU, đặc biệt là khi tích hợp thị giác máy tính và ứng dụng học máy/trí tuệ nhân tạo. Theo ý kiến của tôi, nền tảng Jetson của NIVIDIA chiếm lĩnh vị trí hàng đầu trong lĩnh vực này và đã trở nên phổ biến trong cộng đồng người làm sản phẩm cho các ứng dụng AI liên quan đến thị giác máy tính (nhận dạng đối tượng, phân đoạn hình ảnh, theo dõi đối tượng, v.v.). Cũng có rất nhiều hỗ trợ từ cộng đồng mã nguồn mở để giúp các nhà thiết kế bắt đầu với nền tảng Jetson.

Các thành phần khác cho Robot

Mọi robot sẽ yêu cầu một loạt các hệ thống phụ để kích hoạt mọi thứ từ điều chỉnh nguồn điện đến giao tiếp không dây. Dưới đây là một số thành phần khác bạn sẽ cần trong các hệ thống phụ cho robot lớn và nhỏ:

Khi ngành công nghiệp robot phát triển và một số ứng dụng bắt đầu trở nên nổi bật, bạn sẽ có thể thấy một loạt các SoC không dựa trên FPGA được các nhà sản xuất linh kiện lớn tung ra. Khi các SoC mới cho robot được phát hành, Octopart sẽ ở đây để giúp bạn tìm và mua các linh kiện bạn cần.

Nếu bạn đang tìm kiếm MCU tốt nhất cho robot hoặc bất kỳ linh kiện nào khác bạn cần cho hệ thống robot, hãy thử sử dụng các tính năng tìm kiếm và lọc nâng cao trên Octopart để tìm các linh kiện bạn cần. Công cụ tìm kiếm linh kiện điện tử của Octopart cung cấp cho bạn một giải pháp quản lý chuỗi cung ứng và nguồn cung điện tử đầy đủ, và bạn có thể dễ dàng lọc qua các kết quả tìm kiếm theo vòng đời, thông số kỹ thuật, và giá cả. Hãy xem trang mạch tích hợp của chúng tôi để có khả năng xử lý mà robot của bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.