В настоящее время в мире начался бум по использованию микроконтроллеров в различных самоделках и стартапах. Действительно, цены на микроконтроллеры упали, а возможности их постоянно растут. Да и наши друзья, китайцы, научились изготавливать периферию к ним, и продают её к тому же по смешным ценам. Но вот с программированием микроконтроллеров всё не так радужно…

С чего всё началось и как развивалось

С самого момента появления микропроцессоров развитие принципов работы с ними идет по пути роста абстракции. Первый этап представлял программирование непосредственно в машинных кодах. Программирование было сложным, долгим и требовало очень специфичного склада ума. Поэтому программистов было очень мало.

Но человек существо ленивое, а лень, как известно, двигатель прогресса. Придумали первый уровень абстракции – ассемблер. Писать программы стало проще и веселее. Количество программистов возросло. Но все равно ассемблер не очень сильно отличался от машинных кодов.

Поэтому появился следующий уровень абстракции. Языки высокого уровня. Основной целью этих языков была возможность объяснить машине, что от нее хотят, на языке максимально приближенном к человеческому. Это позволяло заниматься программированием людям с менее специфичным складом ума. Поэтому с развитием языков высокого уровня количество программистов росло, и соответственно росло количество полезных программ, которые они создавали.

Как дела обстоят сейчас

Конечно, для начала работы непосредственно с контроллером требуется определенная подготовка. То есть, необходимы программатор, настроенная среда для программирования на компьютере, ну и, естественно, знание языка программирования. Кроме того, требуется умение в работе с паяльником, разработке печатных плат, знания в электротехнике и электронике. Так что порог вхождения в область создания собственных устройств на микроконтроллерах остается высоким.

Кроме того, для такой работы требуется сочетание навыков, которые достаточно редко встречаются вместе. Программисты редко дружат с паяльником, а электронщики не часто являются программистами. Для программистов проблему решили созданием платы Arduino, которая позволяет собирать устройства без использования инструментов.

Для электронщиков и электриков все хуже. До последнего времени для того, чтобы создать свое устройство с применением микроконтроллера, у них было два пути. Либо самим изучать язык программирования "С", либо просить помощи у программиста. Оба пути не самые лучшие. Для того что бы стать программистом, необходим определенный склад ума, не всегда совместимый с опытом чтения электрических схем. А знакомого программиста может не оказаться под рукой.

В то же время давно существуют среды программирования адаптированные под обычного инженера – электронщика, ну или просто электрика. Я имею в виду среды программирования промышленных контроллеров. ПЛК. Они позволяют создавать программное обеспечение для контроллеров на языках FBD и LAD. Собственно говоря, как таковыми языками они не являются. Это, скорее, графические среды для рисования принципиальных или логических схем.

FBD (Function Block Diagram)

– графический язык программирования стандарта МЭК 61131-3. Программа образуется из списка цепей, выполняемых последовательно сверху вниз. При программировании используются наборы библиотечных блоков. Блок (элемент) – это подпрограмма, функция или функциональный блок (И, ИЛИ, НЕ, триггеры, таймеры, счётчики, блоки обработки аналогового сигнала, математические операции и др.). Каждая отдельная цепь представляет собой выражение, составленное графически из отдельных элементов. К выходу блока подключается следующий блок, образуя цепь. Внутри цепи блоки выполняются строго в порядке их соединения. Результат вычисления цепи записывается во внутреннюю переменную либо подается на выход контроллера.

Ladder Diagram (LD, LAD, РКС)

– язык релейной (лестничной) логики. Синтаксис языка удобен для замены логических схем, выполненных на релейной технике. Язык ориентирован на инженеров по автоматизации, работающих на промышленных предприятиях. Обеспечивает наглядный интерфейс логики работы контроллера, облегчающий не только задачи собственно программирования и ввода в эксплуатацию, но и быстрый поиск неполадок в подключаемом к контроллеру оборудовании. Программа на языке релейной логики имеет наглядный и интуитивно понятный инженерам-электрикам графический интерфейс, представляющий логические операции, как электрическую цепь с замкнутыми и разомкнутыми контактами. Протекание или отсутствие тока в этой цепи соответствует результату логической операции (истина – если ток течет; ложь – если ток не течет). Основными элементами языка являются контакты, которые можно образно уподобить паре контактов реле или кнопки. Пара контактов отождествляется с логической переменной, а состояние этой пары – со значением переменной. Различаются нормально замкнутые и нормально разомкнутые контактные элементы, которые можно сопоставить с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми кнопками в электрических цепях.

Такой подход оказался очень удобным для легкого вхождения в разработку систем АСУ инженеров-электриков и электронщиков. Разрабатывая проекты установок, они могли легко привязать работу этих установок к алгоритмам работы контроллера. В обслуживании этих установок на объекте также лучше, когда существующий обслуживающий персонал может легко проверить работу системы АСУ, найти проблему. И при этом нет необходимости вызывать по каждому пустяку программиста из «Центра». И это подход себя оправдал. На сегодняшний день почти все системы промышленной автоматики созданы с помощью таких средств разработки.

Такая среда разработки есть у Siemens, ABB, Schneider Electric… да и практически у всех производителей ПЛК. Казалось бы, идеальное решение для любителей самоделок. Но, как всегда есть «но». Все эти среды программирования привязаны к промышленным контроллерам определённого производителя. И цены на эти контроллеры мало вдохновляют. Очень редко какой семейный бюджет позволит приобрести контроллер ценой в несколько десятков тысяч рублей.

Зато платы Arduino идеально подходят для самодельщиков и кулибиных, на которых наша страна всегда была, есть и будет богата. Но, опять «но». Программируются эти платы на языке C. Для большинства этих умнейших людей, с очень прямыми руками, растущими из положенного места, язык С. это китайская азбука. Они могут придумать, нарисовать, собрать, отладить и запустить сложнейшие схемы, но If, For, Case, Void и т.п. - это не для них. Конечно, можно почитать инструкции в интернете, поиграться какое-то время, помигать светодиодом с помощью примера. Но для более серьезного применения необходимо детальное изучение языка. А зачем им это?

Они не собираются быть профессиональными программистами. У них другой путь. Они что-то придумали. Да, это проще и красивее собрать с помощью микроконтроллера, но становится для этого программистом, потратив месяцы на изучение языка? Нет, конечно. Собирают по старинке, попроще, конечно, но в своей области.

На основании всех этих выкладок и был создан проект FLProg. Основная идея проекта – совместить принципы промышленного программирования с дешевизной и удобством Arduino. Проект предлагает новый уровень абстракции с довольно смелым заявлением –

Чтобы программировать микроконтроллеры не обязательно знать языки программирования!

В результате получился инструмент, позволяющий создавать свои проекты на Arduino любому человеку, знакомому с электротехникой и электроникой, позволяющий создать свое изделие с использованием данных плат.

Проект состоит из двух частей.

Первая часть -это десктоп-приложение FLProg, представляющее собой графическую среду программирования плат Arduino.

Во-вторых, это сайт FLProg.ru, с помощью которого члены сообщества пользователей программы могут пообщаться между собой, узнать последние новости проекта, скачать последнюю версию программы, ну и найти необходимую информацию по работе с приложением.

Начнем по порядку

Программа FLProg позволяет создавать прошивки для плат Arduino с помощью графичес­ких языков FBD и LAD, которые являются стандартом в области программирования промыш­ленных контроллеров. При создании программы я постарался максимально использовать наработки программистов Siemens, ABB, Schneider Electric в их средах программирования.

Я немного расширил классический функционал этих языков, добавив функциональные блоки, отвечающие за работу с внешними устройствами. Они являются «обертками» над библиотеками, предназначенными для работы с ними. Программа работает на компьютере под управлением OS Windows. Но энтузиастами из сообщества пользователей программы была опробована возможность запуска программы по ОС Linux. Этому посвящена статья на сайте проекта, которую можно прочитать по ссылке:

http://flprog.ru/FLProg/pid144781676/vpi19538946

При создании нового проекта вам предложат выбрать язык программирования, на котором вы будете создавать проект, и контроллер, на котором этот проект будет реализован.

Вот список плат Arduino, поддерживаемых программой на сегодняшний день:

Arduino Diecimila Arduino Duemilanove Arduino Leonardo Arduino Lilypad Arduino Mega 2560 Arduino Micro Arduino Mini Arduino Nano (ATmega168) Arduino Nano (ATmega328) Arduino Pro Mini Arduino Pro (ATmega168) Arduino Pro (ATmega328) Arduino Uno

В скором времени ожидается пополнение в семействе поддерживаемых плат. Arduino Due уже в пути, а плату Intel Galileo (gen.2) обещал предоставить руководитель лаборатории интернета вещей при Санкт-Петербургском Государственном университете телекоммуника­ций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. Со временем, по мере приобретения, планируется поддержка плат основанных на контроллерах STM.

Проект в FLProg представляет собой набор плат, на каждой из которых собран законченный модуль общей схемы. Для удобства работы каждая плата имеет наименование и комментарии. Так же каждую плату можно свернуть (для экономии места в рабочей зоне, когда работа над ней закончена) и развернуть. Красный индикатор в наименовании платы указывает на то, что в схеме платы есть ошибки.

Вид окна программы в режиме языка FBD.

Вид окна программы в режиме языка LAD.

В правой части рабочей зоны расположена библиотека элементов. В схему элементы переносятся простым перетаскиванием. При двойном клике по элементу будет показана информация о нём.

http://www.rlocman.ru/review/article.html?di=158653