工业微控制器的开源优势及开源控制器的应用（工业微控制器的开源优势及开源控制器的应用论文）

尽管工业自动化技术与我们日常生活中常见的消费级硬件和软件有很大不同，但工业微控制器正在使工业应用能够从开源中受益。工业控制器技术正在缩小与消费级技术的差距，为最终用户带来一些重大且意想不到的收益。

人们普遍认为，与消费技术相比，包括控制器在内的工业自动化技术发展缓慢。滞后的原因是，一些先进技术只有在消费市场得到验证后才会用于更为保守和苛刻的工业应用。

由于工业应用要求潜在危险设备能够安全可靠地运行多年，因此精心设计和封装的自动化产品尤为重要。这意味着控制器的其他功能（例如易用性和良好的连接性）通常是次要考虑因素。

15年来，消费领域的“创客”文化取得了长足的发展。该社区为使用PC 和微控制器进行各种“DIY”项目带来了兴奋和创造力。大多数开发人员将这些自制项目的源代码开放给任何人使用，但该技术通常尚未准备好在工厂车间使用。

工业微控制器将开源的优势与成熟的工业平台相结合，为最终用户提供更多的自动化选择。

开源处理器

开源项目在很多方面与工业应用相关。例如，在过去几年中，通用Linux开源操作系统已被嵌入到工业物联网（IIoT）设施中，作为运行控制和可视化软件的平台发挥着越来越重要的作用。

开源程序员通常将其源代码和程序免费提供给所有用户。许多人认为这种开放性给实施者带来了一定程度的风险。然而，更大的开放性允许任何人审查代码，并且大型开发者社区可以在发现问题时快速响应。

从开放硬件的角度来看，两个领先的微控制器是Raspberry Pi 和Arduino。前者更像是一个小型单板PC，而后者则更简单。对于Arduino，称为Shields 的可堆叠配件板添加了以太网、Wi-Fi、GPS 和其他扩展功能，使这些系统成为原型设计者和爱好者的理想选择（图1）。

图1：Arduino 和类似的微控制器是创客社区的重要组成部分，帮助爱好者实现计算和自动化项目。本文图片来源：Automation Direct

像Arduino 这样的微控制器是为学习C++ 编程的学生创建的，并且适合具有任何编程经验的人使用。有效、免费、丰富的软件库、许多低成本的硬件选项以及对最终用户设计的关注使这一开源概念成为创客社区的最爱。

微控制器的普及引起了工业自动化行业的关注，许多爱好者所需的功能也是工业项目所需要的。一些最终用户甚至将消费级微控制器带入工业应用，但商业和工业规格之间的差异带来了一定的风险。

图2：Automation Direct 的Productivity Open 等新产品提供了一种将工业规模的开源微控制器功能与I/O 设计相结合的方法。

开源编程的好处

通过为自动化项目选择开源，最终用户一定会受益于现代编程选项和经过验证的工业实用性之间的结合。用户可以混合搭配多种方法来获得他们所需要的。

有时，在添加联网的工业化开放控制器来执行专门任务或计算时，继续使用可编程逻辑控制器(PLC) 具有实际意义。在某些情况下，用户可以在开放控制器中开发所有控制逻辑和一般计算，然后通过输入/输出(I/O) 自动化相关设备。

另一个需要考虑的因素涉及设计和维护人员的技能。尽管当前的工业用户在其职业生涯中接受过PLC 培训，但下一代用户可能会更习惯在开源硬件中使用现代技术和编程语言。

新平台可以弥合开放控制器与PLC 和I/O 之间的差距，使工业制造商能够利用现有技能并利用新员工来培养想要在现代开源平台上工作的技术人员。

图3：与消费级控制器不同，工业控制器需要在极端条件下进行测试，以确保现场可靠性。

开源控制器应用程序

随着工业开源的势头增强，用户将继续寻找新的应用程序。使用开源控制器的基本方法是将其配置为数据记录器，即使对于C++ 新手来说也很简单。原始设备制造商(OEM) 可以使用开放式控制器作为操作机器的一站式解决方案，同时提供比PLC 更先进的算法和数据处理能力。

开源也是各种半工业应用的理想选择，例如环境控制或实验室设备监控。更多面向消费者的应用程序，例如自动烟熏烤架、家庭自动化和农业项目，也可以通过工业化的开源平台实现。园艺爱好者可以为后院蔬菜温室和灌溉系统配置微控制器。在工作中，他们可以利用相同的概念来实现大型农业系统和设备的自动化。使用微控制器在家中远程控制灯光和其他设备的人们也可以将相同的概念扩展到商业或工业设施中的自动化照明和环境控制。

图4：图形编程软件的添加为最终用户提供了另一种将开源Arduino 微控制器功能集成到其工业项目中的简便方法。

适用于工业环境的开源选项

对于机器制造商来说，由于硬件成本低廉，消费级微控制器可能是一个有吸引力的自动化选择。然而，由于高达20% 的运营费用通常与维护相关，这些无法承受恶劣工业环境的控制器会占用支持预算。

现在，PLC 和可编程自动化控制器(PAC) 技术已经发展到提供工业化、开源硬件选项，最终用户可以使用他们所需的强大平台集成他们想要的现代自动化系统。 （作者：比尔德纳）

编辑：hfy