Scegliere l'hardware giusto per il tuo progetto

Che tu stia lavorando a un progetto fai da te o partecipando a un contest di progetti embedded, è fondamentale selezionare i componenti hardware elettronici giusti per la tua idea. Questa accortezza è particolarmente importante durante gli hackathon, dove il tempo è un fattore critico. La scelta dell'hardware giusto per la tua idea progettuale nel più breve tempo possibile può addirittura decidere il tuo destino nella competizione.

Figura 1: Rappresentazione IA ispirata al film di Harry Potter. (Fonte: immagine generata dall'IA)

La selezione dei componenti, l'implementazione e persino l'architettura software dipendono spesso dalla scheda iniziale scelta. Ad esempio, optando per una Arduino UNO R4 per il tuo progetto di robot in grado di evitare gli ostacoli, potrai restringere la scelta ai moduli compatibili con Arduino o alle schede figlie Arduino, semplificando il processo.

Per avere un'idea, basta guardare come cambia il numero di componenti disponibili (sensori a ultrasuoni per il tuo progetto) su DigiKey (Figura 2) quando filtriamo in base alla compatibilità con Arduino. Avere delle opzioni è una gran cosa, ma averne troppe può diventare un problema; per fortuna, possiamo contare sulla ricerca parametrica di DigiKey.

Figura 2: Esempio di come il filtraggio basato sulla tensione di Arduino (più alcuni altri criteri) riduce il numero di opzioni disponibili. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

Come scegliere l'hardware giusto per il tuo progetto?

Finora abbiamo parlato di come la definizione della scheda di valutazione contribuisca a semplificare la selezione dei componenti. Ma come decidere tra microcontroller o microprocessore in primo luogo? È opportuno osservare che il processo non inizia sempre dalla scheda. A volte, è possibile selezionare prima i sensori o i moduli di comunicazione e poi scegliere la scheda che li supporta al meglio.

Detto questo, resta valido il concetto che sono i requisiti del progetto a scegliere la scheda di sviluppo (Figura 1): "è la bacchetta a scegliere il mago", per dirla con le parole del personaggio di Garrick Ollivander nei film di Harry Potter. In altre parole, la scelta dei componenti hardware deve essere dettata dai requisiti del progetto. Per un rapido promemoria per la selezione della scheda di valutazione in base al tipo di progetto, fai riferimento alla Tabella 1.

Promemoria a prova di hackathon

Tabella 1: Tabella di riferimento rapido per la selezione della scheda di valutazione in base al tipo di progetto.

Altri fattori che aiutano a scegliere la scheda di sviluppo giusta.

Oltre a quanto riportato nella tabella, ci sono molti altri fattori da prendere in considerazione durante la progettazione di un progetto.

1. Scelta tra microcontroller e microprocessore

Innanzitutto, devi stabilire se la tua applicazione necessita di:

• Una scheda di valutazione basata su microcontroller (es. Arduino UNO R4, ESP32, STM32 Nucleo, Raspberry Pi Pico o TI LaunchPad), oppure di
• Un computer monoscheda (SBC) basato su microprocessore (es. Raspberry Pi 5, Arduino Uno Q, NVIDIA Jetson Nano).

I microcontroller sono ideali per applicazioni di controllo in tempo reale (piccoli robot, controllo motori, interfacce di sensori, nodi IoT, ecc.), mentre i microprocessori sono più adatti per attività ad alte prestazioni o multi-thread (applicazioni di IA, visione artificiale, elaborazione edge o server web). Per maggiori dettagli, consulta il post del blog sulla distinzione tra microcontroller e microprocessore.

2. Applicazioni cablate e wireless a confronto

Il passaggio successivo è determinare se la tua applicazione necessita di connettività cablata o wireless.

• Cablata: sono sufficienti semplici collegamenti seriali, I²C, SPI, UART o bus CAN.
• Wireless: se hai bisogno della comunicazione wireless, puoi selezionare schede dotate di supporto integrato oppure utilizzare moduli standalone compatibili.
  • Wi-Fi (ESP32, Raspberry Pico W)
  • Bluetooth/BLE (ESP32, Arduino Nano 33 BLE)
  • LoRa (RYLR896, RYLR993_Lite)
  • GSM (SIM800L, SIM7600SA)

Questa scelta avrà un impatto significativo sul consumo energetico e sulla scheda di valutazione scelta.

Nota: anche se la scheda non dispone di funzionalità wireless integrate, è possibile aggiungere moduli wireless utilizzando uno qualsiasi dei protocolli cablati sopra indicati. Assicurati solo che la tua scheda supporti lo standard di comunicazione cablata seguito dal tuo modulo wireless. Inoltre, molte delle schede sopra menzionate supportano più protocolli wireless, anche se non sono esplicitamente menzionati sopra.

3. Requisiti di elaborazione e memoria

Verifica le esigenze di calcolo del tuo progetto:

• Velocità del processore (MHz/GHz): influisce sulla velocità di esecuzione delle attività
• RAM: fondamentale per il buffering dei dati e l'esecuzione di codice di grandi dimensioni
• Flash/ROM: determina la quantità di firmware o software che è possibile memorizzare

4. Tensione e corrente di funzionamento

• Confronta i requisiti di corrente del sensore/della periferica con la capacità di corrente source/drain della scheda.
• Controlla la tensione di funzionamento del sensore (solitamente 3,3 V o 5 V) e assicurati che corrisponda ai livelli I/O della scheda.
• Esamina i livelli logici della scheda (es. 3,3 V o 5 V TTL).
  • Per maggiori informazioni, fai riferimento alla documentazione dettagliata sugli standard I/O.
  • Se non sono direttamente compatibili, potrebbero essere necessari dei traslatori di livello.

5. Portata e protocolli di comunicazione

A seconda della distanza di comunicazione, devi scegliere il protocollo appropriato:

• Corto raggio: Bluetooth, Zigbee, Wi-Fi
• Medio raggio: LoRa, moduli RF sub-GHz
• Lungo raggio/globale: GSM, LTE, satellite o NB-IoT

Lista di controllo riassuntiva per la selezione dell'hardware

Pertanto, per scegliere la scheda di sviluppo per il tuo progetto, segui questa lista di controllo riassuntiva:

• Definire in modo chiaro l'applicazione e i suoi requisiti
• Scegliere tra microcontroller o microprocessore
• Scegliere tra comunicazione cablata o wireless
• Abbinare sensori e protocolli di comunicazione
• Verificare la compatibilità di tensione, corrente e I/O
• Verificare la portata del progetto in termini di distanza

Seguendo questi semplici passaggi, eviterai alcuni grattacapi in cui potresti facilmente incorrere altrimenti.

Ulteriori letture

• https://www.electricaleasy.com/2024/12/choosing-right-microcontroller.html
• Come scegliere il miglior microcontroller per il tuo progetto - Elettronica con Becky Stern | DigiKey
• Come selezionare il microcontroller giusto per un'applicazione
• L'effetto delle scelte e dei vincoli di progetto sui progetti di microcontroller del primo anno (PDF)