Comparativa Eines de baix cost

Els microcontroladors són mini ordinadors de placa reduïda, un PC tan petit que gairebé cap en el palmell de la mà. Els més populars són Picaxe, Raspberry Pi i Arduino. Tenen totes unes característiques bàsiques, com un processador, memòria RAM i alguns ports per connectar perifèrics, amb l'avantatge que són molt barats. Són plataformes sense carcassa i per la seva simplicitat necessiten accessoris com a antenes Wifi, Bluetooth o perifèrics externs, com per exemple pantalles.

El gran avantatge d'aquests mini ordinadors, és que la seva grandària els ofereix una versatilitat sense igual. Existeixen accessoris exclusius dedicats a aquestes plataformes, fins i tot clons que redueixen el seu ja ajustat preu o versions encara més petites. Aquests reduïts equips són eines molt interessants per a l'educació per la seva versatilitat i el seu cost. Col·legis de tot el món els utilitzen per ensenyar programació o robòtica, entre altres aplicacions.

Anem a revisar quatre possibles opcions.

Raspberry Pi

https://www.raspberrypi.org/resources/teach/

És una placa computadora de baix cost desenvolupada a Regne Unit per la Fundació Raspberry Pi, amb l'objectiu d'estimular l'ensenyament de ciències de la computació a les escoles. El projecte és gestionat per una fundació que porta el mateix nom d'aquest petit computador que, malgrat la seva grandària i el seu cost, amaga un gran potencial.

Usa majoritàriament sistemes operatius basats en el nucli Linux. Des de Regne Unit, un grup d'enginyers i docents es va unir amb un objectiu similar per construir un ordinador de baix cost que fos prou barat perquè qualsevol escola pogués accedir a ell.

La fundació està articulada com una organització sense ànim de lucre. Té com a objectiu promoure l'estudi de les ciències de la computació i temes relacionats, especialment en l’àmbit escolar, tornar la diversió a l'aprenentatge de la computació, fomentar des de l'escola l'aprenentatge de la programació i despertar de manera primerenca l'interès en el desenvolupament d'aplicacions i el món de la cultura lliure als nadius digitals que estan en edat escolar.

Un dels seus punts de partida va ser no fer negoci amb la venda del dispositiu. Aquest es distribueix a un preu que permet cobrir els costos de fabricació i sufragar els costos derivats de la seva distribució. D'altra banda, entrant en l'àmbit de l'enginyeria del producte, Raspberry Pi és un ordinador del qual s'han eliminat els components superflus i s'ha optimitzat la resta del maquinari, per deixar únicament el que és indispensable: el microprocessador, la memòria RAM, diversos ports d'entrada/sortida (connexió USB, connexió d'àudio, targeta de xarxa Ethernet, una sortida de vídeo DVI i una sortida HDMI) i un lector de targetes SD que fa les vegades d'emmagatzematge. Raspberry Pi és un projecte concebut per compartir coneixement i trencar la bretxa digital a les escoles, un projecte que es recolza en Creative Commons (CC) per portar el món de la programació i el desenvolupament a les escoles, els afeccionats i tot aquell que tingui interès a aprendre, experimentar i realitzar els seus propis projectes. El seu web oficial conté molts recursos STEM dirigits a docents i enfocats al món educatiu.

Fonts consultades:

Raspberry web oficial.

The Raspberry Pi Foundation - FAQs.

The Raspberry Pi Wiki.

Arduino

www.arduino.cc

Plataforma de desenvolupament Open Source per construir i programar els teus propis robots. Combinable amb altres sistemes (Lego, Scratch, Rasperri, AppInventor i altres). Té una gran comunitat d'usuaris i recursos. Placa Arduino Uno a partir de 20 euros i l’Starter kit bàsic 80 euros (inclou placa base, sensors, motors i components).

Arduino va néixer a Itàlia. Deu el seu nom al bar on originalment l'inventor Massimo Banzi i els seus cofundadors van forjar la idea. Banzi, un professor en el Interaction Design Institute d’Ivrea, volia una eina senzilla de prototipatge de hardware per als seus estudiants de disseny.

Arduino permet la creació de prototips electrònics ràpids i barats. Aquest va convertir el que solien ser problemes de maquinari bastant difícils, en problemes de programari molt més simples. Ha arribat a ser un estàndard de la industria per què és una plataforma de desenvolupament sòlida, tant per als hackers de maquinari amb experiència com per principiants o estudiants.

La placa és de molt fàcil muntatge, amb pocs components perifèrics. Si hem comprat el kit, serà molt senzill començar a fer-la funcionar en els primers muntatges. En veritat el Arduino és car per a ser només un microcontrolador. Es basa en el chip ATMEGA328/328P que és un microcontrolador molt assequible si es compra sol, els preus es mouen al voltant dels 3€, mentre que una placa Arduino Uno en la botiga oficial ens costarà 20€.

De tant en tant, una peça de tecnologia pot convertir-se en una palanca que mou el món. Arduino és una d'aquestes palanques. Ara com ara, Arduino és punt i a part de les altres plataformes; la seva importància és tal, que avui molts aficionats a l’electrònica principiant comença els seus projectes amb Arduino. Però el veritable poder d’Arduino no està realment en el maquinari, sinó al programari i l’entorn de programació (IDE). Si bé hi ha moltes altres plataformes que ofereixen una funcionalitat similar, Arduino ha aconseguit empaquetar els complexos i desordenats detalls de la programació de microcontroladors, en un paquet fàcil d'usar. I com és de hardware i software lliure de codi obert, ha donat lloc a molts derivats o clons i una enorme comunitat.

Fonts consultades:

Arduino’s Official Getting Started Guide.

Arduino Playground.

Picaxe

http://www.picaxe.com/

El sistema microcontrolador Picaxe és d'origen britànic, disponible des del 1999 i està basat en una gamma de circuits integrats PIC, que empra el llenguatge de programació Basic que permet desenvolupar programes de forma ràpida i senzilla als alumnes.

La història del microcontrolador comercial comença el 1971. Va ser el segon CPU complet d'un sol xip de la història, i el primer a estar disponible comercialment. El seu successor, el 8008 de 8 bits, seria la base de les primeres computadores personals. Però va ser el microcontrolador PIC (PeripheralInterface Controller) de Microchip Technology, que data de 1975, el que es va convertir en la columna vertebral del mercat, a causa d'una combinació de factors que inclouen baix cost, fàcil disponibilitat, i la proliferació d'eines de programació lliures. El PIC és una unitat amb processador incorporat, memòria i entrades/sortides programables. Els Microcontroladors PIC poden ser una mica difícils de tractar si no estàs acostumat a la programació de baix nivell, per la qual cosa els xips Picaxe (PIC´s estàndard preprogramats, de manera que poden entendre llenguatge més senzills o llenguatges gràfics de diagrama de flux) s'han convertit en una forma popular d'utilitzar el PIC, especialment a l'educació. En general, aquestes targetes estan pensades especialment per a la creació de prototips i per a l'ensenyament. En els darrers anys, la gairebé omnipresència de la plataforma Arduino ha portat a molts sistemes, que no són compatibles amb el programari, a ser almenys compatibles físicament. El Shield Base Picaxe 28M2 replica la forma d’Arduino, establint compatibilitat amb els centenars de shields Arduino existents al mercat.

El sistema Picaxe és un sistema de microcontrolador fàcil de programar que utilitza un llenguatge molt simple, el qual la majoria dels estudiants poden aprendre ràpidament. Aquests microcontroladors poden ser programats una vegada i una altra sense la necessitat d'un costós programador.

EL sistema està disponible en diferents varietats. El controlador Picaxe 08M2 té 6 pins d'entrada/sortida, el Picaxe 18M2 en té 16, el Picaxe 20M2 en té 18, el Picaxe 40M2 en té 33. Les característiques principals del sistema són les següents:

• Baix cost, circuit de fàcil construcció.

• Ràpida operació de descàrrega mitjançant el cable USB.

• Llenguatge BASIC simple i fàcil d'aprendre

• Editor de diagrames de flux. Incorpora també el llenguatge propi Blockly per programar amb blocs de forma gràfica, similar a l’Scratch.

• Extens nombre de manuals gratuïts i fòrum en línia.

• No es requereix gaire temps per aprendre i ja hi ha una experiència prèvia a nivell docent.

• Varietat de sensors i motors.

Fonts consultades:

Picaxe Web oficial.

Picaxe Manual Web oficial

Díaz Sánchez 2014.

C.H.I.P.

https://getchip.com/pages/chip

Ext Thing Co és una empresa de nova creació californiana fundada el 2013, i coneguda pel llançament durant el 2016 del seu ordinador en miniatura, anomenat CHIP.

Anunciada al maig de 2015, CHIP és una placa de desenvolupament Linux comercialitzada com un ordinador en miniatura, amb un cost de 9$. Es basa en un processador d'1 GHz juntament amb 512 MB de RAM i 4 GB d'emmagatzematge, mesura 40 mm x 60 mm, i ve amb Bluetooth i connectivitat WiFi per defecte.

El sistema operatiu està pensat per navegar per la xarxa, jugar a videojocs, escoltar música, edició de documents, veure un vídeo o aprendre a programar. I pel fet que està basat en Linux, si hi ha alguna cosa que necessita, és probable que es pugui instal·lar sense problema.

L'equip bàsic val 9$, però el preu puja depenent dels accessoris: 19$ amb una bateria Lipo o un adaptador VGA, mentre que el preu és de 24$ amb un adaptador HDMI.

Picaxe, Arduino, Rasperri o C.H.I.P.?

Tot i que l’opció més barata es CHIP, encara és un producte en fase de llançament, no té comunitat d’usuaris i ara per ara, no està enfocat a àmbit educatiu, a més de ser una eina encara no suficientment madura. Picaxe és l’opció amb més història, però s’ha quedat enrere pel que fa a prestacions tècniques i nombre d’usuaris, anant a remolc respecte Arduino i Raspberry.

A primera vista Arduino i Raspberry Pi poden semblar molt similars, fins i tot pot semblar que aquest parell de plataformes competeixen per resoldre problemes similars. En realitat són molt diferents. Per començar, Raspberry Pi és una computadora completament funcional, mentre que Arduino és un simple microcontrolador, el qual és només un component d'una computadora. Arduino, malgrat poder ser programat amb diferents llenguatges, mai podrà funcionar i operar com a sistema operatiu, ni connectar-se a internet per si mateix. Mentre que Raspberry Pi és un micro ordinador molt econòmic que utilitza Linux com a sistema operatiu. Encara que Arduino pot arribar a ser programat en C, aquest no pot executar tot un sistema operatiu. Tant Raspberry Pi com Arduino van ser dissenyades originalment per ser eines d'ensenyament, és per això que s'han tornat tan populars; tots dos dispositius són molt fàcils d'aprendre a usar. Fins que s'examina el seu maquinari i programari és quan es fa evident que estan orientades a diferents tipus de projectes.

Tenint en compte el cost, l'única manera de poder tenir una dotzena de microcontroladors en un taller de tecnologia és a través de l'ús d'una plataforma de prototipatge que sigui de codi obert, on no sigui necessària la compra de llicències. Hi ha una gran varietat de productes rellevants i interessants en el mercat. Les plataformes més comunes són Arduino i Raspberry Pi.

Tots dos són computadors d'una sola placa (de la mida d'una targeta de crèdit), amb suficients perifèrics per connectar els sensors. Encara que Rasperri se centra més en el treball en xarxa i multimèdia que Arduino, aquest últim és més barat i més convenient per tractar dades. A diferència d'altres plataformes, ve amb una gran quantitat de material addicional i ampliacions. Això pot animar als estudiants a aprendre de manera autònoma, possiblement més enllà del que s'espera per part del professor. Un notable avantatge d'Arduino és la llibertat en l'elecció dels diferents sensors per obtenir les dades necessàries. Per tant, es pot utilitzar sensors per a experiments en tots els àmbits de l'educació de forma multidisciplinària. D'altra banda, l'entorn de desenvolupament integrat Arduino està especialment dissenyat per introduir els nouvinguts al desenvolupament de programari.

Les dues es van crear per a projectes estudiantils: Arduino per a projectes relacionats amb l'electrònica i Raspberry Pi per portar d'una forma diferent el coneixement de la informàtica. Si el que es busca és realitzar projectes electrònics o relacionats amb la robòtica, Arduino és la placa perfecta: fàcil de programar, es pot realitzar amb Scratch fins i tot i no es necessita configurar cap sistema operatiu.

El preu i la grandària dels dos dispositius són comparables. El que hi ha en el seu interior és el que les distingeix. La Raspberry Pi és 40 vegades més ràpida que Arduino quan es tracta de velocitat de processador. A més, Pi té 128.000 vegades més memòria RAM i és una computadora independent que pot executar un sistema operatiu real en Linux. Pot realitzar diverses tasques, suportar dos ports USB i connectar-se de forma sense fil a Internet. En poques paraules, és prou potent per a funcionar com una ordinador personal (encara que no prou potent per competir amb un Mac o PC). Pot semblar que Raspberry Pi és superior a Arduino, però això és només quan es tracta d'aplicacions de programari. La simplicitat d’Arduino fa que aquest sigui una aposta molt millor per a projectes d’electrònica.

Arduino és més adequat per principiants, ja que és més simple, la placa és més difícil de danyar i té molts més recursos d'aprenentatge. Amb la Pi has d'aprendre una mica de Linux, així com algun llenguatge de programació com per exemple Python. La configuració del Pi es pot danyar per desconnectar-ho sense un apagat adequat.

Arduino té la capacitat analògica i en temps real que la Rasperri no té: Aquesta flexibilitat li permet treballar amb gairebé qualsevol tipus de sensor o xip. La Pi no és tan flexible; per exemple, la lectura dels sensors analògics requereix l'assistència de maquinari addicional. També hi ha milers de tutorials per connectar un Arduino a gairebé tot tipus de sistemes. Però per la seva banda, el Pi es beneficia després de dècades de programari de Linux, per la qual cosa ambdues són excel·lents opcions. L’Arduino IDE és molt més fàcil d'usar que Linux. Per exemple, si vols escriure un programa per fer parpellejar un LED amb Raspberry Pi, necessitaràs instal·lar un sistema operatiu i algunes llibreries externes de codi. Atès que Arduino no està dissenyat per funcionar amb un sistema operatiu o una gran quantitat de programari, pots connectar-ho i començar directament obtenint resultats de forma ràpida.

Tant Raspberry com Arduino tenen grans i actives comunitats que els envolten. No només són utilitzades a les escoles i universitats. En canvi, si el que es vol és una mica més, és més adequada Raspberry perquè es poden connectar els mateixos sensors i extres que amb

Rasperri disposa a la web oficial de recursos enfocats a docència. En canvi Arduino, disposa d’una comunitat major d’usuaris, tot i que no tan enfocat en l’àmbit educatiu.

Poden ser complementaris, cadascuna és forta en àrea diferent, Arduino en la part sensorial, mentre que la Pi ho és en la connectivitat amb l’exterior i connectivitat amb xarxa. En canvi, Arduino és millor per accionar un motor, llegir un sensor, controlar LEDs, mentre que pots tenir una Pi connectada a Internet manejant-la com una mini computadora que pot reproduir vídeos, música o enviar correus electrònics amb facilitat.

En la següent taula es mostra un resum comparatiu de 3 opcions de Microcontroladors.

Comparativa eines de baix cost. Font: elaboració pròpia