Типы вычислительных узлов

Вычислительные узлы

Для управления роботами чаще всего (кроме случая простейших BEAM-роботов) используются компьютеры или микроконтроллеры, позволяющие заложить в них требуемую программу действий и при необходимости её легко модифицировать простым перепрограммированием без физического вмешательства в робота. Основные плюсы и минусы каждого из вариантов:

Тип вычислительного узла	Вид	Производительность	Потребляемое питание	Вес и габариты	Стоимость	Особенности
Системный блок ПК		2-10млрд.опер./сек	200-500Вт	Большие (50x25x60см)	300$ и выше (обычно уже есть)	Не переносит вибрации
Ноутбук		1-4млрд.опер./сек	35-100Вт	Средние (30x25x6см)	500$ и выше (возможно уже есть)	Плохо переносит вибрации
Автомобильный ПК		0.8-2.5 млрд.опер./сек	80-150Вт	Средние (21x27x7см)	350$ и выше	Хорошо переносит вибрации
КПК		200-600 млн.опер./сек	1-2Вт	Малые (12x8x2см)	300-800$ и выше	Неплохо переносит вибрации
Контроллеры на базе 16/32-битных МК (ARM9)		80-250 млн.опер./сек	0.5Вт	Мини (10x10x1см)	100-200$	Не всегда удачно выбраны разъемы и дополнительные компоненты размещенные на плате
Контроллеры на базе 16/32-битных МК (ARM7)		10-60 млн.опер./сек	0.2Вт	Мини (10x10x1см)	50-200$	Не всегда удачно выбраны разъемы и дополнительные компоненты размещенные на плате
Контроллеры на базе 8-битных МК (AVR,PIC)		1-16 млн.опер./сек	0.1Вт	Мини (10x10x1см)	20-200$	Не всегда удачно выбраны разъемы и дополнительные компоненты размещенные на плате
МК 8-битные в DIP-корпусах (AVR,PIC)		1-16 млн.опер./сек	0.05Вт	Микро (3x1.5x0.5см)	2.5-10$	Требуется "обвязка" для работы

Варианты компоновки вычислительных узлов

В зависимости от задачи на роботе может находится как отдельный МК и больше ничего, так и целая сеть из вычислительных узлов. Ниже представлены наиболее часто используемые варианты компоновки вычислительных узлов робота:

Вариант	Схема	Преимущества	Недостатки	Варианты реализации	Стоимость организации связи
Одиночный МК		Полная автономия, минимальные затраты, размеры, энергопотребление	Очень малые вычислительные возможности. Единственный МК занят работой с устройствами. Требуются навыки программирования МК.	-	0$
Шина МК		Полная автономия, минимальные затраты, размеры, энергопотребление. Центральный МК разгружен от работы с периферией и поэтому может больше времени уделить другим задачам.	Малые вычислительные возможности. Требуются навыки программирования МК.	Стандартный вариант - шина i2c. Если нужна защищенность от помех, используют шину rs-485.	i2c: 0$ rs-485: n*3$
КПК с шиной МК		Полная автономия, минимальные затраты, размеры, энергопотребление. Неплохие вычислительные мощности в распоряжение робота.	Требуются навыки программирования КПК для разработки основной программы.	Стандартный вариант - шина i2c, интерфейс с кпк - ttl-uart.	0$
Ноутбук/ПК с подключенными звездой МК		Простота программирования основной программы на ПК. Значительные вычислительные мощности в распоряжение робота. Общая пропускная способность взаимодействия с модулями на МК не ограничена 1 портом.	Значительные размеры, вес и энергопотребление вычислительного блока. Каждый модуль с МК более сложен из-за интерфейса с центральным узлом. На центральном вычислительном узле должно быть достаточно портов для подключения всех модулей.	Стандартные варианты - rs-232, USB.	n*(3-30$)
Ноутбук/ПК с шиной МК		Простота программирования основной программы на ПК. Значительные вычислительные мощности в распоряжение робота. Каждый модуль МК более простой, так как им не требуется интерфейс с ПК. Требуется всего 1 порт на центральном узле для подключения всех модулей на МК.	Значительные размеры, вес и энергопотребление вычислительного блока. Ограниченная пропускная способность единственного канала через который центральный узел взаимодействует со всеми МК.	Стандартные варианты интерфейса с центральным узлом - rs-232, USB. Стандартные варианты шины - i2c, если нужна защищенность от помех, используют шину rs-485.	rs232: ~20$ usb: ~50$ + i2c: 0$ rs-485: n*3$
Ноутбук/ПК с шиной МК через радиоканал		Значительная автономия, минимальные размеры, энергопотребление робота. Простота программирования основной программы на ПК. Значительные вычислительные мощности в распоряжение робота.	Робот не является полностью автономным и может действовать только в некотором радиусе стабильной связи с центральным вычислительным узлом. Ограниченная пропускная способность единственного канала через который центральный узел взаимодействует со всеми МК.	Варианты интерфейса с центральным узлом - rs-232, USB, ethernet. Варианты радиоканала - специализированный радиоканал, Bluetooth, WiFi, Wireless USB. Варианты шины - i2c, если нужна защищенность от помех, используют шину rs-485.	Радиоканал: 50-300$ + i2c: 0$ rs-485: n*3$