Jeśli zastanawiasz się, czym są recenzje Arduino UNO (R3, R4…) i czym się różnią, trafiłeś we właściwe miejsce. W ostatnich latach najbardziej kultowa płytka Arduino Rozwijał się, zachowując ducha prostoty, ale dodając ulepszenia otwierające drzwi do bardziej ambitnych projektów, nie naruszając jednocześnie kompatybilności z tym, co już istnieje.
Oprócz analizy zmian pomiędzy R3 i R4, skorzystamy z okazji i odpowiemy na bardzo często zadawane pytanie: co najlepiej kupić do konkretnego projektu, np. monitor jakości powietrza przesyłający dane przez Bluetooth Do telefonu komórkowego? Przekonasz się, że sama moc to nie wszystko: wybór zależy od łączności, ekosystemu i, czemu nie, Twojego portfela.
Czym jest „recenzja” Arduino UNO i dlaczego istnieją
W świecie Arduino rewizja (R2, R3, R4…) to iteracja tej samej płytki, która wprowadza zmiany sprzętu i/lub oprogramowania Zachowując, w miarę możliwości, format i ogólne zachowanie. Cel jest jasny: poprawić wydajność, ale nie zostawiając w tyle tych, którzy już mają projekty i tarcze.
W ten sposób Arduino zachowało w UNO R4 klasyczny współczynnik kształtu, wyprowadzeń i praca 5 V charakterystyczne dla rodziny UNO. Ułatwia to ponowne wykorzystanie osłon, prowadnic i mocowań, zmniejszając tarcie dla uczniów, nauczycieli i twórców, którzy już przeszli z ekosystemu R3.
Tę strategię lepiej zrozumiemy, jeśli przypomnimy sobie genezę projektu: narodził się on we Włoszech jako rozwiązanie dostępny dla edukacja Kiedy alternatywy, takie jak BASIC Stamp, kosztowały około 100 dolarów. Od 2005 roku, dzięki otwartej naturze systemu, pojawiły się jego oficjalne i nieoficjalne wersje, dzięki czemu elektronika stała się popularna wśród znacznie szerszego grona odbiorców.
Arduino UNO R3: fundament, na którym uczyła się połowa świata
Wersja R3 od ponad dekady stanowi bramę do tysięcy projektów domowych i edukacyjnych. Jej sercem jest 8-bitowy ATmega328P o częstotliwości 16 MHz, architektura AVR RISC, która cieszy się ogromną popularnością ze względu na swoją prostotę i mnóstwo dostępnych przykładów i bibliotek.
W pamięci UNO R3 oferuje 2 KB pamięci SRAM y 32 KB Flashdziś są to skromne liczby, ale wystarczające do stworzenia wielu prototypów: od wagi połączonej do systemów dostępu z czujnikami biometrycznymi, a nawet Roboty typu BB8 Zainspirowany Gwiezdnymi Wojnami. Jego siła tkwi w ekosystemie, dokumentacji i liczbie kompatybilnych tarcz.
Jeśli chodzi o wyprowadzenia, R3 spopularyzował układ, który stał się standardem w osłonach i płytkach rozszerzeń. Warto pamiętać, że chociaż logiczne mapowanie wyprowadzeń jest takie samo, „mapa wewnętrzna” mikrokontrolera (rejestry, porty) należą do uniwersum AVR, co jest istotne, jeśli zajmujesz się manipulacją portami na niskim poziomie.
Arduino UNO R4 (Minima i WiFi): Zmiana ligi z 32 bitami
Wersja R4 to skok generacyjny. Przechodzi na procesor 32-bitowy, Renesas RA4M1 (Arm Cortex-M4) o częstotliwości 48 MHz, co zwiększa wydajność w porównaniu ze starszą, 8-bitową ATmegą. Ta nowocześniejsza architektura otwiera drzwi do bardziej złożonych obliczeń, precyzyjnego sterowania i nowych interfejsów peryferyjnych.
Zauważalny jest wzrost pamięci: z 2 KB do 32 KB pamięci SRAM (szesnaście razy więcej) i od 32 KB programu do 256 KB Flash, umożliwiając znacznie większe szkice i biblioteki bez żadnych problemów. Dla wielu projektów, które nie radziły sobie w R3, jest to mile widziana ulga.
Istnieją również nowe funkcje łączności i zasilania. UNO R4 wykorzystuje USB-C i obsługuje zasilacze o szerszym zakresie napięć wejściowych (maksymalne napięcie na porcie wynosi 24 V), co zwiększa wytrzymałość i dostosowuje urządzenie do obecnych standardów, nie rezygnując z charakterystycznej dla tej serii pracy pracy przy napięciu 5 V.
Arduino oferuje dwie wersje: UNO R4 Minima, zaprojektowany jako baza ekonomiczna bez zintegrowanego radia i UNO R4 WiFi, który zawiera Moduł bezprzewodowy Espressif S3 z Wi-Fi i Bluetooth Low Energy. Ta druga opcja ułatwia realizację projektów IoT i aplikacji mobilnych bez użycia modułów zewnętrznych.
Ponadto R4 dodaje urządzenia peryferyjne, których nie było w R3: 12-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy, magistrala CAN, zintegrowany wzmacniacz operacyjny i port SWD do debugowania. Umożliwia również Tryb USB HID przez USB, bardzo przydatne przy tworzeniu interfejsów, które zachowują się jak klawiatury/myszy lub niestandardowe urządzenia wejściowe, za pomocą zaledwie kilku linijek kodu.
Wersja WiFi z kolei dodaje Matryca LED 12×8 idealny do szybkiej informacji zwrotnej, złącze Qwic do zwinnego prototypowania za pośrednictwem I2C i mechanizmu ochrony, który wykrywa operacje, które mogłyby wykonywanie blokowe (np. dzielenie przez zero):W takim przypadku płytka „zatrzymuje się” i wysyła raport, który pomaga w postawieniu diagnozy.
W momencie ogłoszenia Arduino wskazało, że wydanie nastąpi około koniec maja i że cena będzie zbliżona do ceny R3. Później, w oficjalnym sklepie, ceny były bardzo konkurencyjne: UNO R4 Minima za 18 € y UNO R4 WiFi za 25 €W każdym razie R3 nie zniknie z katalogu; nadal będzie dostępny w sprzedaży dla tych, którzy go preferują lub potrzebują go ze względu na ścisłą kompatybilność.
Kompatybilność sprzętu i oprogramowania: ciągłość z niuansami
Jednym z głównych celów R4 było utrzymanie współczynnik kształtu, wyprowadzenia i napięcie znamionowe 5 V aby nie naruszyć kompatybilności z istniejącymi osłonami i projektami fizycznymi. Jeśli posiadasz karty rozszerzeń zaprojektowane dla UNO, to normalne, że pasować również w R4.
Po stronie oprogramowania Arduino pracowało nad zapewnieniem, że istniejący kod i samouczki pozostają przydatne. Jednak przejście z AVR na Arm Cortex-M4 oznacza, że niektóre biblioteki specyficzne dla sprzętu (lub sztuczki manipulacji rejestrami) mogą wymagać poprawki i optymalizacjeJeżeli Twój szkic wykorzystuje standardowe funkcje Arduino, migracja jest zazwyczaj prosta.
Dla osób zajmujących się programowaniem niskiego poziomu ważne jest zapoznanie się z warstwami HAL/LL RA4M1 i zrozumienie, że czas i opóźnienie Zmieniają się w porównaniu z AVR-em. Nie są „lepsze” ani „gorsze” same w sobie; są po prostu inne i bardziej wydajne, dlatego warto polegać na utrzymywanych bibliotekach i oficjalnych przykładach.
Pinout i mapowanie pinów: na co zwrócić uwagę podczas migracji
W najnowszych materiałach można znaleźć odniesienia do "Arduino UNO „Wyprowadzenia R4 Minima” i do klasyki „Wyprowadzenie Arduino UNO R3”, Oprócz „Mapa pinów mikrokontrolera ATmega328” Dla osób, które dopiero zaczynają przygodę z AVR. Te przewodniki są niezbędne podczas przenoszenia projektu z R3 do R4.
Dane fizyczne (pozycja nagłówka i numeracja pinów) są zachowane w R4, ale wewnętrzne przypisanie do urządzeń peryferyjnych Zmiany wynikają z innego mikrokontrolera. Jeśli w R3 korzystałeś z bezpośredniego dostępu do rejestrów PORTx/DDR/PIN, w R4 będziesz musiał to przemyśleć lub pozostać przy warstwa abstrakcji z Arduino, aby uniknąć niespodzianek.
Jako regułę przyjmuje się:
- Jeśli Twój projekt wykorzystuje cyfrowy zapis/analogowy odczyt i bibliotek wspólnych, migracja do R4 przebiegnie bezproblemowo.
- Jeśli byłeś agresywny lub kontrolowałeś bardzo napięty harmonogram, test i profil, ponieważ częstotliwość i timery ulegają zmianie.
- Jeśli odłączysz nowe urządzenia peryferyjne (np. 12-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy lub CAN), opierają się na oficjalnych przykładach R4.
R3 lub R4 do monitora jakości powietrza z Bluetooth
Rozważmy rzeczywisty przypadek: chcesz samodzielnie zbudować miernik jakości powietrza, który będzie wysyłał dane do Twojego telefonu komórkowego za pośrednictwem BluetoothW tym przypadku mądry wybór pozwala zaoszczędzić czas i dodatkowe akcesoria.
z Arduino UNO R3 Nie masz wbudowanego radia. Do obsługi Bluetooth musisz dodać moduł zewnętrzny (np. HM-10 dla BLE lub HC-05/06 dla klasycznego Bluetooth). Jest to wykonalne i niedrogie, ale będziesz musiał sobie poradzić. okablowanie, zasilanie i biblioteki modułu, a także pamięć RAM R3 (2 KB) mogą okazać się niewystarczające, jeśli z przetwarzaniem połączysz wiele czujników.
z Arduino UNO R4 Minima Nie masz też wbudowanego radia. Zaletą jest to, że przejście na 32 bity i 32 KB pamięci SRAM Dają one możliwość przeprowadzania obliczeń (średnie kroczące, filtry, przesunięcia) i bezproblemowej obsługi bardziej „gadatliwych” czujników, ale nadal będziesz potrzebować zewnętrznego modułu BLE, aby przesyłać dane do telefonu komórkowego.
z Arduino UNO Wi-Fi R4 rzecz jest prosta: przynieś WiFi i Bluetooth o niskim zużyciu energii w standardzie dzięki modułowi Espressif S3, dzięki czemu możesz publikować odczyty przez BLE lub przesyłać je przez Wi-Fi bez dodatkowego sprzętu. Dodatkowo, mały Matryca LED 12×8 Umożliwia wyświetlanie ikony lub poziomu CO₂/PM bez konieczności używania zewnętrznych wyświetlaczy.
Co polecić? Jeśli Twoje wymagania są tak lub tak zintegrowany BluetoothNajprostszą i najczystszą opcją jest UNO R4 WiFi. Jeśli priorytetem jest budżet i możesz sobie pozwolić na zewnętrzny moduł BLE, R4 Minima oferuje moc obliczeniową za mniejsze pieniądze. R3 to nadal dobra opcja, ale będzie miała mniej pamięci i powinna być bardziej oszczędna w bibliotekach.
W przypadku typowych czujników jakości powietrza (PM, VOC, temperatura/wilgotność/ciśnienie) kombinacje takie jak: PMS7003/5003 dla cząstek z BME280 lub SHT31 dla czujnika temperatury otoczenia i związku lotnego (np. CCS811 lub SGP30) działają dobrze. W BLE, aby uniknąć nasycenia, należy nakreślić okresowe transmisje za pomocą zwartych ramek; a jeśli korzystasz z Wi-Fi, rozważ MQTT lub prosty HTTP. R4 ułatwia to dzięki… większa pamięć Flash i SRAM.
Doświadczenie w zakresie wydajności, konsumpcji i rozwoju
Przejście z 8 do 32 bitów z Cortex-M4 o częstotliwości 48 MHz oznacza więcej instrukcji na cykl, natywne operacje 32-bitowe oraz ulepszone przetwarzanie przerwań i urządzeń peryferyjnych DMA, co zmniejsza obciążenie procesora podczas zadań wejścia/wyjścia i przetwarzania.
W doświadczeniu rozwojowym dostępność SWD do debugowania W R4 ma to znaczenie, jeśli chcesz dokonać skoku jakościowego: punkty przerwania, inspekcja pamięci, ślady... Są to narzędzia, które wcześniej były mniej dostępne w R3 bez dodatkowego sprzętu.
Kiedy ma sens kontynuowanie R3?
Jeśli masz już solidne podstawy w AVR/ATmega328PJeśli Twoje projekty działają płynnie na 2 KB pamięci RAM i polegasz na bibliotekach specyficznych dla tego ekosystemu, R3 nadal będzie niezawodnym koniem roboczym. Arduino potwierdziło, że nie zaprzestanę tego, więc jeszcze długa droga przed nami.
Przydaje się również podczas szkoleń, gdy chcesz wyjaśnić architekturę 8-bitową i koncepcje niskiego poziomu ściśle powiązane z AVR. I oczywiście, jeśli masz arsenał osłon i szablonów zaprojektowanych specjalnie dla R3, nie ma pośpiechu z migracją.
W przypadku wszystkiego innego R4 oferuje relację korzyści/cena bardzo trudno to zignorować, szczególnie w przypadku Minima, i jest to kompleksowe rozwiązanie, jeśli zdecydujesz się na WiFi z BLE.
Patrząc całościowo, rodzina UNO potrafiła zmodernizować się, nie tracąc przy tym swojej istoty: dzięki R3 Nadal masz niezawodną prostotę i kompatybilność, a dzięki temu R4 Zyskujesz moc, pamięć i nowe możliwości, takie jak DAC, CAN, HID i opcjonalną łączność, zachowując jednocześnie klasyczny format i ekosystem osłon. Jeśli Twój projekt to miernik jakości powietrza z Bluetooth, bezpośrednim rozwiązaniem jest UNO R4 WiFi; jeśli wolisz ograniczyć budżet, UNO R4 Minima z modułem BLE zapewni Ci duży margines mocy obliczeniowej, a R3 nadal sprawdzi się, jeśli kontrolujesz wykorzystanie pamięci i zgadzasz się na dodanie zewnętrznego modułu radiowego.
