|
|
<!--
|
|
|
CO_OP_TRANSLATOR_METADATA:
|
|
|
{
|
|
|
"original_hash": "9dd7f645ad1c6f20b72fee512987f772",
|
|
|
"translation_date": "2025-08-26T07:09:50+00:00",
|
|
|
"source_file": "1-getting-started/lessons/2-deeper-dive/README.md",
|
|
|
"language_code": "pl"
|
|
|
}
|
|
|
-->
|
|
|
# Głębsze spojrzenie na IoT
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
> Szkic autorstwa [Nitya Narasimhan](https://github.com/nitya). Kliknij obraz, aby zobaczyć większą wersję.
|
|
|
|
|
|
Ta lekcja była częścią serii [Hello IoT](https://youtube.com/playlist?list=PLmsFUfdnGr3xRts0TIwyaHyQuHaNQcb6-) prowadzonej przez [Microsoft Reactor](https://developer.microsoft.com/reactor/?WT.mc_id=academic-17441-jabenn). Lekcja została podzielona na dwa filmy: godzinny wykład oraz godzinne konsultacje, podczas których szczegółowo omówiono wybrane zagadnienia i odpowiadano na pytania.
|
|
|
|
|
|
[](https://youtu.be/t0SySWw3z9M)
|
|
|
|
|
|
[](https://youtu.be/tTZYf9EST1E)
|
|
|
|
|
|
> 🎥 Kliknij obrazy powyżej, aby obejrzeć filmy
|
|
|
|
|
|
## Quiz przed wykładem
|
|
|
|
|
|
[Quiz przed wykładem](https://black-meadow-040d15503.1.azurestaticapps.net/quiz/3)
|
|
|
|
|
|
## Wprowadzenie
|
|
|
|
|
|
W tej lekcji zagłębimy się w niektóre z koncepcji omówionych w poprzedniej lekcji.
|
|
|
|
|
|
W tej lekcji omówimy:
|
|
|
|
|
|
* [Komponenty aplikacji IoT](../../../../../1-getting-started/lessons/2-deeper-dive)
|
|
|
* [Głębsze spojrzenie na mikrokontrolery](../../../../../1-getting-started/lessons/2-deeper-dive)
|
|
|
* [Głębsze spojrzenie na komputery jednopłytkowe](../../../../../1-getting-started/lessons/2-deeper-dive)
|
|
|
|
|
|
## Komponenty aplikacji IoT
|
|
|
|
|
|
Dwa główne komponenty aplikacji IoT to *Internet* i *urządzenie*. Przyjrzyjmy się im bliżej.
|
|
|
|
|
|
### Urządzenie
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Część **Urządzenie** w IoT odnosi się do urządzenia, które może wchodzić w interakcję ze światem fizycznym. Są to zazwyczaj małe, niedrogie komputery, działające z niską prędkością i zużywające niewiele energii – na przykład proste mikrokontrolery z kilobajtami pamięci RAM (w porównaniu do gigabajtów w komputerach PC), działające z częstotliwością kilkuset megaherców (w porównaniu do gigaherców w komputerach PC), ale zużywające tak mało energii, że mogą działać przez tygodnie, miesiące, a nawet lata na bateriach.
|
|
|
|
|
|
Urządzenia te wchodzą w interakcję ze światem fizycznym, używając czujników do zbierania danych z otoczenia lub kontrolując wyjścia czy siłowniki, aby wprowadzać zmiany fizyczne. Typowym przykładem jest inteligentny termostat – urządzenie wyposażone w czujnik temperatury, sposób ustawiania pożądanej temperatury, np. za pomocą pokrętła lub ekranu dotykowego, oraz połączenie z systemem grzewczym lub chłodzącym, który można włączyć, gdy wykryta temperatura jest poza zakresem docelowym. Czujnik temperatury wykrywa, że w pomieszczeniu jest za zimno, a siłownik włącza ogrzewanie.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Istnieje ogromna różnorodność urządzeń, które mogą działać jako urządzenia IoT – od dedykowanego sprzętu wykrywającego jedno zjawisko, po urządzenia ogólnego przeznaczenia, a nawet Twój smartfon! Smartfon może używać czujników do wykrywania otoczenia i siłowników do interakcji ze światem – na przykład używając czujnika GPS do określenia lokalizacji i głośnika do przekazywania instrukcji nawigacyjnych.
|
|
|
|
|
|
✅ Pomyśl o innych systemach wokół Ciebie, które odczytują dane z czujnika i wykorzystują je do podejmowania decyzji. Jednym z przykładów może być termostat w piekarniku. Czy znajdziesz więcej?
|
|
|
|
|
|
### Internet
|
|
|
|
|
|
Część **Internet** w aplikacji IoT obejmuje aplikacje, z którymi urządzenie IoT może się łączyć, aby wysyłać i odbierać dane, a także inne aplikacje, które mogą przetwarzać dane z urządzenia IoT i pomagać w podejmowaniu decyzji dotyczących żądań wysyłanych do siłowników urządzenia IoT.
|
|
|
|
|
|
Typowym rozwiązaniem jest korzystanie z jakiejś usługi w chmurze, z którą urządzenie IoT się łączy. Taka usługa zajmuje się kwestiami bezpieczeństwa, odbieraniem wiadomości od urządzenia IoT i wysyłaniem wiadomości z powrotem do urządzenia. Usługa w chmurze może następnie łączyć się z innymi aplikacjami, które mogą przetwarzać lub przechowywać dane z czujników, albo wykorzystywać te dane wraz z danymi z innych systemów do podejmowania decyzji.
|
|
|
|
|
|
Urządzenia nie zawsze łączą się bezpośrednio z Internetem za pomocą WiFi lub połączeń przewodowych. Niektóre urządzenia korzystają z sieci kratowych, aby komunikować się ze sobą za pomocą technologii takich jak Bluetooth, łącząc się przez urządzenie centralne, które ma połączenie z Internetem.
|
|
|
|
|
|
W przypadku inteligentnego termostatu, termostat łączyłby się z domową siecią WiFi i usługą w chmurze. Wysyłałby dane o temperaturze do tej usługi, a stamtąd byłyby one zapisywane w bazie danych, umożliwiając właścicielowi domu sprawdzenie aktualnej i przeszłej temperatury za pomocą aplikacji na telefonie. Inna usługa w chmurze wiedziałaby, jaką temperaturę chce właściciel domu, i wysyłałaby wiadomości z powrotem do urządzenia IoT za pośrednictwem usługi w chmurze, aby poinformować system grzewczy, czy ma się włączyć lub wyłączyć.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Jeszcze bardziej zaawansowana wersja mogłaby korzystać ze sztucznej inteligencji w chmurze, wykorzystując dane z innych czujników podłączonych do innych urządzeń IoT, takich jak czujniki obecności wykrywające, które pomieszczenia są używane, a także dane takie jak pogoda czy Twój kalendarz, aby inteligentnie ustawiać temperaturę. Na przykład mogłaby wyłączyć ogrzewanie, jeśli z kalendarza wynika, że jesteś na wakacjach, lub wyłączać ogrzewanie w poszczególnych pomieszczeniach w zależności od tego, które z nich są używane, ucząc się na podstawie danych, aby z czasem być coraz bardziej precyzyjną.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
✅ Jakie inne dane mogłyby pomóc w stworzeniu inteligentniejszego termostatu podłączonego do Internetu?
|
|
|
|
|
|
### IoT na krawędzi
|
|
|
|
|
|
Chociaż litera "I" w IoT oznacza Internet, urządzenia te nie muszą łączyć się z Internetem. W niektórych przypadkach urządzenia mogą łączyć się z urządzeniami brzegowymi – urządzeniami bramkowymi działającymi w Twojej lokalnej sieci, co pozwala na przetwarzanie danych bez konieczności korzystania z połączenia internetowego. Może to być szybsze, gdy masz dużo danych lub wolne połączenie internetowe, pozwala działać offline w miejscach, gdzie połączenie z Internetem nie jest możliwe, takich jak statek czy obszar dotknięty katastrofą podczas akcji humanitarnej, a także pozwala zachować prywatność danych. Niektóre urządzenia zawierają kod przetwarzający stworzony za pomocą narzędzi chmurowych i uruchamiają go lokalnie, aby zbierać i reagować na dane bez użycia połączenia internetowego do podejmowania decyzji.
|
|
|
|
|
|
Przykładem może być inteligentne urządzenie domowe, takie jak Apple HomePod, Amazon Alexa czy Google Home, które nasłuchuje Twojego głosu za pomocą modeli AI wytrenowanych w chmurze, ale działających lokalnie na urządzeniu. Urządzenia te "budzą się", gdy wypowiesz określone słowo lub frazę, i dopiero wtedy przesyłają Twoją mowę przez Internet do przetworzenia. Urządzenie przestaje przesyłać mowę w odpowiednim momencie, na przykład gdy wykryje pauzę w Twojej wypowiedzi. Wszystko, co powiesz przed obudzeniem urządzenia za pomocą słowa kluczowego, i wszystko, co powiesz po tym, jak urządzenie przestanie słuchać, nie zostanie przesłane przez Internet do dostawcy urządzenia, a zatem pozostanie prywatne.
|
|
|
|
|
|
✅ Pomyśl o innych scenariuszach, w których prywatność jest ważna, więc przetwarzanie danych byłoby lepsze na krawędzi niż w chmurze. Podpowiedź – pomyśl o urządzeniach IoT z kamerami lub innymi urządzeniami obrazującymi.
|
|
|
|
|
|
### Bezpieczeństwo IoT
|
|
|
|
|
|
W przypadku każdego połączenia z Internetem bezpieczeństwo jest ważnym zagadnieniem. Istnieje stare powiedzenie, że "litera S w IoT oznacza bezpieczeństwo" – w IoT nie ma litery "S", co sugeruje, że nie jest ono bezpieczne.
|
|
|
|
|
|
Urządzenia IoT łączą się z usługą w chmurze, a zatem są tak bezpieczne, jak ta usługa w chmurze – jeśli Twoja usługa w chmurze pozwala na połączenie dowolnego urządzenia, może dojść do przesyłania złośliwych danych lub ataków wirusowych. Może to mieć bardzo realne konsekwencje, ponieważ urządzenia IoT wchodzą w interakcję i kontrolują inne urządzenia. Na przykład [robak Stuxnet](https://wikipedia.org/wiki/Stuxnet) manipulował zaworami w wirówkach, aby je uszkodzić. Hakerzy wykorzystali również [słabe zabezpieczenia, aby uzyskać dostęp do monitorów dla dzieci](https://www.npr.org/sections/thetwo-way/2018/06/05/617196788/s-c-mom-says-baby-monitor-was-hacked-experts-say-many-devices-are-vulnerable) i innych urządzeń monitorujących w domach.
|
|
|
|
|
|
> 💁 Czasami urządzenia IoT i urządzenia brzegowe działają w sieci całkowicie odizolowanej od Internetu, aby zachować prywatność i bezpieczeństwo danych. Jest to znane jako [air-gapping](https://wikipedia.org/wiki/Air_gap_(networking)).
|
|
|
|
|
|
## Głębsze spojrzenie na mikrokontrolery
|
|
|
|
|
|
W poprzedniej lekcji wprowadziliśmy mikrokontrolery. Teraz przyjrzyjmy się im bliżej.
|
|
|
|
|
|
### CPU
|
|
|
|
|
|
CPU to "mózg" mikrokontrolera. Jest to procesor, który uruchamia Twój kod i może wysyłać dane do oraz odbierać dane od podłączonych urządzeń. CPU może zawierać jeden lub więcej rdzeni – w zasadzie jeden lub więcej procesorów, które mogą współpracować, aby uruchamiać Twój kod.
|
|
|
|
|
|
CPU opiera się na zegarze, który tyka miliony lub miliardy razy na sekundę. Każde tyknięcie, czyli cykl, synchronizuje działania, które CPU może wykonać. Przy każdym tyknięciu CPU może wykonać instrukcję z programu, na przykład pobrać dane z urządzenia zewnętrznego lub wykonać obliczenie matematyczne. Ten regularny cykl pozwala na zakończenie wszystkich działań przed przetworzeniem kolejnej instrukcji.
|
|
|
|
|
|
Im szybszy cykl zegara, tym więcej instrukcji można przetworzyć w ciągu sekundy, a zatem tym szybszy jest CPU. Prędkości CPU mierzy się w [hercach (Hz)](https://wikipedia.org/wiki/Hertz), standardowej jednostce, gdzie 1 Hz oznacza jeden cykl lub tyknięcie zegara na sekundę.
|
|
|
|
|
|
> 🎓 Prędkości CPU często podaje się w MHz lub GHz. 1 MHz to 1 milion Hz, 1 GHz to 1 miliard Hz.
|
|
|
|
|
|
> 💁 CPU wykonuje programy za pomocą [cyklu pobierania-dekodowania-wykonywania](https://wikipedia.org/wiki/Instruction_cycle). Przy każdym tyknięciu zegara CPU pobiera kolejną instrukcję z pamięci, dekoduje ją, a następnie wykonuje, na przykład używając jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU) do dodania dwóch liczb. Niektóre instrukcje wymagają wielu cykli do wykonania, więc kolejny cykl rozpoczyna się przy następnym tyknięciu po zakończeniu instrukcji.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mikrokontrolery mają znacznie niższe prędkości zegara niż komputery stacjonarne, laptopy czy nawet większość smartfonów. Na przykład Wio Terminal ma CPU działający z prędkością 120 MHz, czyli 120 000 000 cykli na sekundę.
|
|
|
|
|
|
✅ Przeciętny komputer PC lub Mac ma CPU z wieloma rdzeniami działającymi z prędkością kilku gigaherców, co oznacza, że zegar tyka miliardy razy na sekundę. Sprawdź prędkość zegara swojego komputera i porównaj, ile razy jest szybszy od Wio Terminal.
|
|
|
|
|
|
Każdy cykl zegara zużywa energię i generuje ciepło. Im szybsze tyknięcia, tym więcej zużywanej energii i więcej generowanego ciepła. Komputery PC mają radiatory i wentylatory do odprowadzania ciepła, bez których przegrzałyby się i wyłączyły w ciągu kilku sekund. Mikrokontrolery często nie mają ani jednego, ani drugiego, ponieważ działają znacznie chłodniej, a zatem znacznie wolniej. Komputery PC działają na zasilaniu sieciowym lub dużych bateriach przez kilka godzin, mikrokontrolery mogą działać przez dni, miesiące, a nawet lata na małych bateriach. Mikrokontrolery mogą również mieć rdzenie działające z różnymi prędkościami, przełączając się na wolniejsze rdzenie o niskim poborze mocy, gdy obciążenie CPU jest niskie, aby zmniejszyć zużycie energii.
|
|
|
|
|
|
> 💁 Niektóre komputery PC i Maci przyjmują podobne podejście, łącząc szybkie rdzenie o wysokiej wydajności z wolniejszymi rdzeniami o niskim poborze mocy, przełączając się, aby oszczędzać baterię. Na przykład chip M1 w najnowszych laptopach Apple może przełączać się między 4 rdzeniami wydajnościowymi a 4 rdzeniami efektywnościowymi, aby zoptymalizować żywotność baterii lub prędkość w zależności od wykonywanego zadania.
|
|
|
|
|
|
✅ Zrób małe badanie: Przeczytaj o CPU w [artykule na Wikipedii o procesorach](https://wikipedia.org/wiki/Central_processing_unit).
|
|
|
|
|
|
#### Zadanie
|
|
|
|
|
|
Zbadaj Wio Terminal.
|
|
|
|
|
|
Jeśli używasz Wio Terminal w tych lekcjach, spróbuj znaleźć CPU. Znajdź sekcję *Hardware Overview* na [stronie produktu Wio Terminal](https://www.seeedstudio.com/Wio-Terminal-p-4509.html), aby zobaczyć zdjęcie wnętrza, i spróbuj znaleźć CPU przez przezroczyste plastikowe okienko z tyłu.
|
|
|
|
|
|
### Pamięć
|
|
|
|
|
|
Mikrokontrolery zazwyczaj mają dwa rodzaje pamięci – pamięć programu i pamięć o dostępie swobodnym (RAM).
|
|
|
|
|
|
Pamięć programu jest nieulotna, co oznacza, że to, co zostało do niej zapisane, pozostaje, gdy urządzenie jest wyłączone. To właśnie w tej pamięci przechowywany jest Twój kod programu.
|
|
|
|
|
|
RAM to pamięć używana przez program do działania, zawierająca zmienne przydzielone przez Twój program i dane zebrane z urządzeń peryferyjnych. RAM jest ulotna – gdy zasilanie zostanie odłączone,
|
|
|
🎓 Pamięć programu przechowuje Twój kod i pozostaje nawet po odcięciu zasilania.
|
|
|
🎓 RAM jest używana do uruchamiania programu i resetuje się, gdy nie ma zasilania
|
|
|
|
|
|
Podobnie jak w przypadku CPU, pamięć w mikrokontrolerze jest o rzędy wielkości mniejsza niż w komputerze PC lub Mac. Typowy komputer PC może mieć 8 gigabajtów (GB) RAM, czyli 8 000 000 000 bajtów, gdzie każdy bajt to wystarczająca ilość miejsca na przechowanie jednej litery lub liczby od 0 do 255. Mikrokontroler ma zazwyczaj tylko kilobajty (KB) RAM, gdzie kilobajt to 1 000 bajtów. Wspomniany wcześniej terminal Wio ma 192 KB RAM, czyli 192 000 bajtów - ponad 40 000 razy mniej niż przeciętny komputer PC!
|
|
|
|
|
|
Poniższy diagram pokazuje względną różnicę wielkości między 192 KB a 8 GB - mała kropka w środku reprezentuje 192 KB.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pamięć na programy również jest mniejsza niż w komputerze PC. Typowy komputer PC może mieć dysk twardy o pojemności 500 GB na przechowywanie programów, podczas gdy mikrokontroler może mieć tylko kilobajty lub może kilka megabajtów (MB) pamięci (1 MB to 1 000 KB, czyli 1 000 000 bajtów). Terminal Wio ma 4 MB pamięci na programy.
|
|
|
|
|
|
✅ Zrób małe badanie: Ile RAM i pamięci ma komputer, którego używasz do czytania tego tekstu? Jak to się ma do mikrokontrolera?
|
|
|
|
|
|
### Wejście/Wyjście
|
|
|
|
|
|
Mikrokontrolery potrzebują połączeń wejścia i wyjścia (I/O), aby odczytywać dane z czujników i wysyłać sygnały sterujące do siłowników. Zazwyczaj zawierają one kilka uniwersalnych pinów wejścia/wyjścia (GPIO). Piny te można skonfigurować w oprogramowaniu jako wejście (czyli odbierają sygnał) lub wyjście (wysyłają sygnał).
|
|
|
|
|
|
🧠⬅️ Piny wejściowe służą do odczytu wartości z czujników
|
|
|
|
|
|
🧠➡️ Piny wyjściowe wysyłają instrukcje do siłowników
|
|
|
|
|
|
✅ Dowiesz się więcej na ten temat w kolejnej lekcji.
|
|
|
|
|
|
#### Zadanie
|
|
|
|
|
|
Zbadaj terminal Wio.
|
|
|
|
|
|
Jeśli używasz terminala Wio w tych lekcjach, znajdź piny GPIO. Znajdź sekcję *Pinout diagram* na [stronie produktu terminala Wio](https://www.seeedstudio.com/Wio-Terminal-p-4509.html), aby dowiedzieć się, które piny są które. Terminal Wio jest dostarczany z naklejką, którą można zamontować z tyłu z numerami pinów, więc dodaj ją teraz, jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś.
|
|
|
|
|
|
### Rozmiar fizyczny
|
|
|
|
|
|
Mikrokontrolery są zazwyczaj małe, a najmniejszy, [Freescale Kinetis KL03 MCU, jest wystarczająco mały, aby zmieścić się w wgłębieniu piłki golfowej](https://www.edn.com/tiny-arm-cortex-m0-based-mcu-shrinks-package/). Sam procesor w komputerze PC może mieć wymiary 40 mm x 40 mm, nie licząc radiatorów i wentylatorów potrzebnych do zapewnienia, że procesor może działać dłużej niż kilka sekund bez przegrzania, co jest znacznie większe niż kompletny mikrokontroler. Zestaw deweloperski terminala Wio z mikrokontrolerem, obudową, ekranem i szeregiem połączeń i komponentów nie jest dużo większy niż sam procesor Intel i9, a znacznie mniejszy niż procesor z radiatorem i wentylatorem!
|
|
|
|
|
|
| Urządzenie | Rozmiar |
|
|
|
| ------------------------------- | --------------------- |
|
|
|
| Freescale Kinetis KL03 | 1,6 mm x 2 mm x 1 mm |
|
|
|
| Terminal Wio | 72 mm x 57 mm x 12 mm |
|
|
|
| Intel i9 CPU, radiator i wentylator | 136 mm x 145 mm x 103 mm |
|
|
|
|
|
|
### Frameworki i systemy operacyjne
|
|
|
|
|
|
Ze względu na niską prędkość i rozmiar pamięci, mikrokontrolery nie uruchamiają systemu operacyjnego (OS) w sensie znanym z komputerów stacjonarnych. System operacyjny, który sprawia, że Twój komputer działa (Windows, Linux lub macOS), potrzebuje dużo pamięci i mocy obliczeniowej do wykonywania zadań, które są całkowicie zbędne dla mikrokontrolera. Pamiętaj, że mikrokontrolery są zazwyczaj programowane do wykonywania jednego lub kilku bardzo specyficznych zadań, w przeciwieństwie do komputerów ogólnego przeznaczenia, takich jak PC czy Mac, które muszą obsługiwać interfejs użytkownika, odtwarzać muzykę lub filmy, zapewniać narzędzia do pisania dokumentów lub kodu, grać w gry czy przeglądać Internet.
|
|
|
|
|
|
Aby zaprogramować mikrokontroler bez systemu operacyjnego, potrzebujesz narzędzi umożliwiających budowanie kodu w sposób, który mikrokontroler może uruchomić, korzystając z API umożliwiających komunikację z peryferiami. Każdy mikrokontroler jest inny, więc producenci zazwyczaj wspierają standardowe frameworki, które pozwalają na stosowanie standardowego "przepisu" do budowania kodu i uruchamiania go na dowolnym mikrokontrolerze obsługującym ten framework.
|
|
|
|
|
|
Możesz programować mikrokontrolery używając systemu operacyjnego - często nazywanego systemem operacyjnym czasu rzeczywistego (RTOS), ponieważ są one zaprojektowane do obsługi przesyłania danych do i z peryferiów w czasie rzeczywistym. Te systemy operacyjne są bardzo lekkie i oferują funkcje takie jak:
|
|
|
|
|
|
* Wielowątkowość, pozwalająca na uruchamianie więcej niż jednego bloku kodu jednocześnie, albo na wielu rdzeniach, albo na jednym rdzeniu na zmianę
|
|
|
* Sieciowanie, umożliwiające bezpieczną komunikację przez Internet
|
|
|
* Komponenty graficznego interfejsu użytkownika (GUI) do budowy interfejsów na urządzeniach z ekranami.
|
|
|
|
|
|
✅ Przeczytaj o różnych RTOS-ach: [Azure RTOS](https://azure.microsoft.com/services/rtos/?WT.mc_id=academic-17441-jabenn), [FreeRTOS](https://www.freertos.org), [Zephyr](https://www.zephyrproject.org)
|
|
|
|
|
|
#### Arduino
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[Arduino](https://www.arduino.cc) jest prawdopodobnie najpopularniejszym frameworkiem dla mikrokontrolerów, szczególnie wśród studentów, hobbystów i twórców. Arduino to otwartoźródłowa platforma elektroniczna łącząca oprogramowanie i sprzęt. Możesz kupić kompatybilne płytki Arduino od samego Arduino lub od innych producentów, a następnie kodować za pomocą frameworka Arduino.
|
|
|
|
|
|
Płytki Arduino są programowane w językach C lub C++. Użycie C/C++ pozwala na kompilację kodu do bardzo małych rozmiarów i szybkie działanie, co jest konieczne na urządzeniach o ograniczonych zasobach, takich jak mikrokontrolery. Rdzeń aplikacji Arduino nazywany jest szkicem i jest to kod C/C++ z 2 funkcjami - `setup` i `loop`. Gdy płytka się uruchamia, kod frameworka Arduino uruchamia funkcję `setup` raz, a następnie uruchamia funkcję `loop` w kółko, aż do wyłączenia zasilania.
|
|
|
|
|
|
Kod inicjalizacyjny umieściłbyś w funkcji `setup`, na przykład łączenie z WiFi i usługami w chmurze lub inicjalizację pinów wejścia/wyjścia. Kod w pętli zawierałby przetwarzanie, na przykład odczyt z czujnika i wysyłanie wartości do chmury. Zazwyczaj dodaje się opóźnienie w każdej pętli, na przykład jeśli chcesz, aby dane z czujnika były wysyłane co 10 sekund, dodajesz opóźnienie 10 sekund na końcu pętli, aby mikrokontroler mógł przejść w stan uśpienia, oszczędzając energię, a następnie uruchomić pętlę ponownie po 10 sekundach.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
✅ Ta architektura programu jest znana jako *pętla zdarzeń* lub *pętla komunikatów*. Wiele aplikacji korzysta z niej w tle i jest to standard dla większości aplikacji desktopowych działających na systemach operacyjnych takich jak Windows, macOS czy Linux. Możesz przeczytać więcej w tym [artykule o pętli zdarzeń](https://wikipedia.org/wiki/Event_loop).
|
|
|
|
|
|
Arduino dostarcza standardowe biblioteki do interakcji z mikrokontrolerami i pinami I/O, z różnymi implementacjami pod spodem, aby działały na różnych mikrokontrolerach. Na przykład funkcja [`delay`](https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/time/delay/) wstrzymuje program na określony czas, a funkcja [`digitalRead`](https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/digital-io/digitalread/) odczytuje wartość `HIGH` lub `LOW` z danego pinu, niezależnie od tego, na której płytce kod jest uruchamiany. Te standardowe biblioteki oznaczają, że kod Arduino napisany dla jednej płytki może być skompilowany dla dowolnej innej płytki Arduino i będzie działał, zakładając, że piny są takie same i płytki obsługują te same funkcje.
|
|
|
|
|
|
Istnieje duży ekosystem bibliotek Arduino od firm trzecich, które pozwalają na dodanie dodatkowych funkcji do projektów Arduino, takich jak używanie czujników i siłowników lub łączenie się z usługami IoT w chmurze.
|
|
|
|
|
|
##### Zadanie
|
|
|
|
|
|
Zbadaj terminal Wio.
|
|
|
|
|
|
Jeśli używasz terminala Wio w tych lekcjach, przeczytaj ponownie kod, który napisałeś w poprzedniej lekcji. Znajdź funkcje `setup` i `loop`. Monitoruj wyjście szeregowe, aby zobaczyć, że funkcja `loop` jest wywoływana wielokrotnie. Spróbuj dodać kod do funkcji `setup`, aby zapisać coś na porcie szeregowym i zaobserwuj, że ten kod jest wywoływany tylko raz przy każdym ponownym uruchomieniu. Spróbuj ponownie uruchomić urządzenie za pomocą przełącznika zasilania z boku, aby pokazać, że funkcja ta jest wywoływana za każdym razem, gdy urządzenie się restartuje.
|
|
|
|
|
|
## Głębsze spojrzenie na komputery jednopłytkowe
|
|
|
|
|
|
W poprzedniej lekcji wprowadziliśmy komputery jednopłytkowe. Teraz przyjrzyjmy się im bliżej.
|
|
|
|
|
|
### Raspberry Pi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[Raspberry Pi Foundation](https://www.raspberrypi.org) to organizacja charytatywna z Wielkiej Brytanii założona w 2009 roku w celu promowania nauki informatyki, szczególnie na poziomie szkolnym. W ramach tej misji opracowali komputer jednopłytkowy, nazwany Raspberry Pi. Raspberry Pi są obecnie dostępne w 3 wariantach - pełnowymiarowym, mniejszym Pi Zero oraz module obliczeniowym, który można wbudować w końcowe urządzenie IoT.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Najnowsza wersja pełnowymiarowego Raspberry Pi to Raspberry Pi 4B. Ma czterordzeniowy procesor (4 rdzenie) o taktowaniu 1,5 GHz, 2, 4 lub 8 GB RAM, gigabitowy Ethernet, WiFi, 2 porty HDMI obsługujące ekrany 4k, port wyjścia audio i wideo kompozytowego, porty USB (2 USB 2.0, 2 USB 3.0), 40 pinów GPIO, złącze kamery dla modułu kamery Raspberry Pi oraz gniazdo na kartę SD. Wszystko to na płytce o wymiarach 88 mm x 58 mm x 19,5 mm, zasilanej przez zasilacz USB-C o mocy 3A. Ceny zaczynają się od 35 USD, co jest znacznie tańsze niż PC czy Mac.
|
|
|
|
|
|
> 💁 Jest także Pi400, komputer typu all-in-one z Pi4 wbudowanym w klawiaturę.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pi Zero jest znacznie mniejszy i mniej wydajny. Ma jednordzeniowy procesor 1 GHz, 512 MB RAM, WiFi (w modelu Zero W), pojedynczy port HDMI, port micro-USB, 40 pinów GPIO, złącze kamery dla modułu kamery Raspberry Pi oraz gniazdo na kartę SD. Ma wymiary 65 mm x 30 mm x 5 mm i zużywa bardzo mało energii. Pi Zero kosztuje 5 USD, a wersja W z WiFi - 10 USD.
|
|
|
|
|
|
> 🎓 Procesory w obu tych urządzeniach to procesory ARM, w przeciwieństwie do procesorów Intel/AMD x86 lub x64, które znajdziesz w większości komputerów PC i Mac. Są one podobne do procesorów, które znajdziesz w niektórych mikrokontrolerach, a także w prawie wszystkich telefonach komórkowych, Microsoft Surface X i nowych komputerach Mac z Apple Silicon.
|
|
|
|
|
|
Wszystkie warianty Raspberry Pi działają na wersji systemu Debian Linux o nazwie Raspberry Pi OS. Jest on dostępny w wersji lite bez pulpitu, idealnej do projektów "headless", gdzie nie potrzebujesz ekranu, lub w pełnej wersji z pełnym środowiskiem graficznym, przeglądarką internetową, aplikacjami biurowymi, narzędziami do kodowania i grami. Ponieważ system operacyjny jest wersją Debiana, możesz zainstalować dowolną aplikację lub narzędzie, które działa na Debianie i jest zbudowane dla procesora ARM w Pi.
|
|
|
|
|
|
#### Zadanie
|
|
|
|
|
|
Zbadaj Raspberry Pi.
|
|
|
|
|
|
Jeśli używasz Raspberry Pi w tych lekcjach, przeczytaj o różnych komponentach sprzętowych na płytce.
|
|
|
|
|
|
* Możesz znaleźć szczegóły dotyczące procesorów używanych w [dokumentacji sprzętowej Raspberry Pi](https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/). Przeczytaj o procesorze używanym w Twoim Pi.
|
|
|
* Zlokalizuj piny GPIO. Przeczytaj więcej o nich w [dokumentacji GPIO Raspberry Pi](https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/gpio/README.md). Skorzystaj z [przewodnika po użyciu pinów GPIO](https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/README.md), aby zidentyfikować różne piny na Twoim Pi.
|
|
|
|
|
|
### Programowanie komputerów jednopłytkowych
|
|
|
|
|
|
Komputery jednopłytkowe to pełne komputery, działające na pełnym systemie operacyjnym. Oznacza to, że istnieje szeroka gama języków programowania, frameworków i narzędzi, których możesz używać do ich kodowania, w przeciwieństwie do mikrokontrolerów, które polegają na wsparciu dla płytki w frameworkach takich jak Arduino. Większość języków programowania ma biblioteki umożliwiające dostęp do pinów GPIO w celu wysyłania i odbierania danych z czujników i siłowników.
|
|
|
|
|
|
✅ Jakie języki programowania znasz? Czy są one obsługiwane na Linuksie?
|
|
|
|
|
|
Najczęściej używanym językiem programowania do budowy aplikacji IoT na Raspberry Pi jest Python. Istnieje ogromny ekosystem sprzętu zaprojektowanego dla Pi, a prawie wszystkie z nich zawierają odpowiedni kod potrzebny do ich użycia jako bibliotek Pythona. Niektóre z tych ekosystemów opierają się na "czapkach" - tak nazwanych, ponieważ nakładają się na Pi jak czapka i łączą się z dużym gniazdem do 40 pinów GPIO. Te czapki zapewniają dodatkowe możliwości, takie jak ekrany, czujniki, zdalnie sterowane samochody lub adaptery umożliwiające podłączenie czujników za pomocą standaryzowanych kabli.
|
|
|
### Wykorzystanie komputerów jednopłytkowych w profesjonalnych wdrożeniach IoT
|
|
|
|
|
|
Komputery jednopłytkowe są wykorzystywane w profesjonalnych wdrożeniach IoT, nie tylko jako zestawy deweloperskie. Mogą stanowić potężne narzędzie do sterowania sprzętem i wykonywania złożonych zadań, takich jak uruchamianie modeli uczenia maszynowego. Na przykład istnieje [moduł obliczeniowy Raspberry Pi 4](https://www.raspberrypi.org/blog/raspberry-pi-compute-module-4/), który oferuje wszystkie możliwości Raspberry Pi 4, ale w bardziej kompaktowej i tańszej formie, bez większości portów, zaprojektowany do instalacji w niestandardowym sprzęcie.
|
|
|
|
|
|
---
|
|
|
|
|
|
## 🚀 Wyzwanie
|
|
|
|
|
|
Wyzwanie z ostatniej lekcji polegało na wymienieniu jak największej liczby urządzeń IoT, które znajdują się w Twoim domu, szkole lub miejscu pracy. Dla każdego urządzenia z tej listy zastanów się, czy są one oparte na mikrokontrolerach, komputerach jednopłytkowych, czy może na mieszance obu tych technologii.
|
|
|
|
|
|
## Quiz po wykładzie
|
|
|
|
|
|
[Quiz po wykładzie](https://black-meadow-040d15503.1.azurestaticapps.net/quiz/4)
|
|
|
|
|
|
## Przegląd i samodzielna nauka
|
|
|
|
|
|
* Przeczytaj [przewodnik wprowadzający do Arduino](https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction), aby lepiej zrozumieć platformę Arduino.
|
|
|
* Zapoznaj się z [wprowadzeniem do Raspberry Pi 4](https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-4-model-b/), aby dowiedzieć się więcej o Raspberry Pi.
|
|
|
* Dowiedz się więcej o niektórych koncepcjach i akronimach w artykule [What the FAQ are CPUs, MPUs, MCUs, and GPUs w Electrical Engineering Journal](https://www.eejournal.com/article/what-the-faq-are-cpus-mpus-mcus-and-gpus/).
|
|
|
|
|
|
✅ Skorzystaj z tych przewodników oraz z kosztów pokazanych w linkach w [przewodniku sprzętowym](../../../hardware.md), aby zdecydować, jaką platformę sprzętową chcesz użyć, lub czy wolisz skorzystać z wirtualnego urządzenia.
|
|
|
|
|
|
## Zadanie
|
|
|
|
|
|
[Porównaj i skontrastuj mikrokontrolery oraz komputery jednopłytkowe](assignment.md)
|
|
|
|
|
|
**Zastrzeżenie**:
|
|
|
Ten dokument został przetłumaczony za pomocą usługi tłumaczeniowej AI [Co-op Translator](https://github.com/Azure/co-op-translator). Chociaż dokładamy wszelkich starań, aby zapewnić poprawność tłumaczenia, prosimy pamiętać, że automatyczne tłumaczenia mogą zawierać błędy lub nieścisłości. Oryginalny dokument w jego rodzimym języku powinien być uznawany za autorytatywne źródło. W przypadku informacji o kluczowym znaczeniu zaleca się skorzystanie z profesjonalnego tłumaczenia przez człowieka. Nie ponosimy odpowiedzialności za jakiekolwiek nieporozumienia lub błędne interpretacje wynikające z użycia tego tłumaczenia. |
