Přehled MCU používaných v robotice

Připravili jsme pro Vás přehled mikrokontrolérů (MCU) vhodných pro robotiku, seřazených od nejlevnějších a nejsnazších po náročnější řešení. Dostanete vodítka s jakým mikrokontrolérem začít a co od něj očekávat.

Přehled MCU a jejich parametry

PICAXE

• Výrobce: Revolution Education Ltd.

• Cena: Od 150 Kč (základní modely)

• Vstupy/výstupy: 5–33 pinů dle modelu (např. PICAXE-08M2: 5 I/O, PICAXE-40X2: 33 I/O)

• Periférie:

  • PWM pro řízení motorů/serv
  • ADC (až 10bitový)
  • UART, I2C, SPI (omezeně)
  • Dedikované řízení serv příkazy v BASICu^{9 12}.

• Napájení: 3–5 V (AAA baterie nebo USB).

• Příklady desek: PICAXE-08M2 Motor Driver Board¹², Versabot s PICAXE-28X2⁹.

• Rozšíření: Servo moduly (SD20/SD21), senzorické desky pro ultrazvuk, kompasy¹¹.

• Programování:

  • BASIC s jednoduchou syntaxí (např. servo 1, 150 pro středovou polohu serva)¹⁴.
  • Blokové prostředí přes Scratch¹³.

• České zdroje: Příručka Začínáme s PICAXE (dostupná na Hobbyrobot.cz)¹⁴.

• Robotické projekty: Caterpillar bot s 8 servy⁹, kolizní roboti s mikropřepínači¹².

BBC micro:bit

• Výrobce: BBC ve spolupráci s partnery

• Cena: ~600 Kč

• Vstupy/výstupy: 25 LED, 3 GPIO + 19 multifunkčních pinů, senzor světla, akcelerometr, teploměr.

• Periférie:

  • Bluetooth a radio pro komunikaci
  • PWM, I2C, SPI
  • Kapacitní snímač dotyku³.

• Napájení: 2x AAA baterie nebo USB (3,3 V).

• Příklady desek: micro:bit V2 (s reproduktorem).

• Rozšíření: Motorické shieldy (např. Kitronik), rozhraní pro senzory³.

• Programování:

  • Blokový editor (MakeCode) nebo MicroPython.
  • Integrace s robotickými systémy přes S2Bot¹³.

• České zdroje: Oficiální tutoriály lokalizované do češtiny.

• Robotické projekty: Vozítka s Bluetooth řízením, jednoduché manipulátory.

Arduino (AVR)

• Výrobce: Arduino SA (desky), Microchip (čipy)

• Cena: Arduino Nano (~200 Kč), Mega 2560 (~600 Kč).

• Vstupy/výstupy: 14–54 digitálních pinů (6–16 PWM), 6–16 analogových vstupů.

• Periférie:

  • UART, I2C, SPI (hardwarově)
  • Čítače, přerušení
  • ATmega2560: 4 UART, 16 ADC⁴.

• Napájení: 5–12 V (DC jack, USB nebo Li-Po).

• Příklady desek: Uno, Nano, Mega.

• Rozšíření: Motorické shieldy (L293D), senzorické kity.

• Programování:

  • Arduino IDE (C/C++), PlatformIO.
  • Grafické nástroje (Ardublock, Scratch for Arduino).

• České zdroje: Kniha Arduino pro začátečníky (Martin Malý).

• Robotické projekty: 3D tisknutelní roboti, lineární sledovači čáry.

ESP8266/ESP32

• Výrobce: Espressif Systems

• Cena: ESP8266 (~80 Kč), ESP32 (~150 Kč), ESP32-C3 (~120 Kč).

• Vstupy/výstupy:

  • ESP8266: 11 GPIO
  • ESP32: 34 GPIO, 18 ADC, 2 DAC, 10 kapacitních senzorů⁵.

• Periférie:

  • Wi-Fi (802.11 b/g/n), Bluetooth (BLE u ESP32)
  • Hallův senzor, SPI, I2S
  • Šifrovací akcelerátor (AES, SHA)⁵.

• Napájení: 3,3 V (Li-Po nebo USB).

• Příklady desek: NodeMCU, Wemos D1 mini.

• Rozšíření: LoRa moduly, OLED displeje.

• Programování: Arduino IDE, MicroPython, Rust.

• Robotické projekty: IoT roboti s dálkovým ovládáním, swarmové systémy.

Raspberry Pi Pico (RP2040)

• Výrobce: Raspberry Pi Foundation

• Cena: ~150 Kč

• Vstupy/výstupy: 26 GPIO (4 ADC), 2 UART, 16 PWM.

• Periférie:

  • Programovatelné I/O (PIO) pro vlastní protokoly
  • USB 1.1 Host/Device⁸.

• Napájení: 1,8–5,5 V (USB-C nebo baterie).

• Příklady desek: Pico W (s Wi-Fi).

• Rozšíření: HATy pro motorické ovládání, senzorické breakboardy.

• Programování: MicroPython, C/C++.

• Robotické projekty: Precizní krokoví motory řízené PIO, hexapodi.

Raspberry Pi (Linux SBC)

• Výrobce: Raspberry Pi Foundation

• Cena: Raspberry Pi 4 (1GB ~1 500 Kč).

• Vstupy/výstupy: 40 GPIO, HDMI, USB 3.0, Ethernet.

• Periférie:

  • Quad-core ARM Cortex-A72 (1,8 GHz)
  • GPU s podporou OpenGL⁷.

• Napájení: 5 V/3 A (USB-C).

• Rozšíření: Kamery (CSI), motorické HATy (např. Adafruit).

• Programování: Python, C++, ROS (Robot Operating System).

• Robotické projekty: Autonomní roboti s počítačovým viděním, SLAM navigace.

Další zajímavé MCU:

• Teensy 4.0 (600 MHz Cortex-M7, ~800 Kč): Vhodný pro high-end robotiku s podporou 480 Mbit/s USB².

• Renesas RX72T (průmyslové aplikace): 200 MHz, hardwarové akcelerátory pro řízení serv¹.

Shrnutí

Pro začátečníky jsou ideální PICAXE nebo micro:bit díky nízké ceně a blokovému programování. ESP32 a Raspberry Pi Pico nabízejí rovnováhu mezi výkonem a cenou pro pokročilejší projekty. Raspberry Pi jako plnohodnotný SBC se hodí pro komplexní systémy s AI.

Které MCU jsou nejvhodnější pro začínající projekty

Pro začínající projekty v robotice jsou nejvhodnější mikrokontroléry (MCU), které nabízejí jednoduché použití, dostupnou dokumentaci, nízkou cenu a podporu široké komunity. Níže je seznam MCU, které splňují tyto požadavky, včetně jejich výhod a typických aplikací.

BBC Micro:bit

Proč je vhodný pro začátečníky?

• Jednoduché blokové programování (MakeCode) vhodné i pro děti.
• Integrované senzory (akcelerometr, teploměr, senzor světla) a 25 LED diod pro rychlé experimenty.
• Podpora MicroPythonu a Scratch pro pokročilejší uživatele.

Výhody:

• Nízká cena (~600 Kč).
• Vestavěná Bluetooth komunikace.
• Bohatá česká literatura a tutoriály.

Typické aplikace:

Jednoduché robotické vozítko, světelné efekty, interaktivní senzory.

Arduino (Uno/Nano)

Proč je vhodný pro začátečníky?

• Velmi snadné programování přes Arduino IDE s jednoduchou syntaxí založenou na C/C++.
• Obrovská komunita a množství příkladů projektů.
• Dostupnost mnoha rozšiřujících modulů (motorové shieldy, senzory).

Výhody:

• Cena od ~200 Kč (klony).
• Podpora grafického programování přes Ardublock nebo Scratch for Arduino.
• Široká kompatibilita s různými senzory a moduly.

Typické aplikace:

Sledovači čar, dálkově ovládané vozítko, jednoduché manipulátory.

Raspberry Pi Pico (RP2040)

Proč je vhodný pro začátečníky?

• Programování v MicroPythonu nebo C/C++ – snadné pro začátečníky i pokročilé.
• Nízká cena (~150 Kč) a vysoký výkon díky dvoujádrovému procesoru.
• Možnost připojení k široké škále periférií díky 26 GPIO pinům.

Výhody:

• Flexibilní napájení (1,8–5,5 V).
• Bohatá dokumentace a příklady projektů.
• Podpora programovatelných I/O bloků (PIO) pro přizpůsobení hardwarových protokolů.

Typické aplikace:

Jednoduché roboty s krokovými motory nebo servy, experimenty se senzory.

ESP8266/ESP32

Proč je vhodný pro začátečníky?

• Integrovaná Wi-Fi (ESP8266) a Bluetooth/Wi-Fi (ESP32), což umožňuje snadné vytváření IoT projektů.
• Kompatibilita s Arduino IDE i MicroPythonem.
• Nízké náklady (~80 Kč za ESP8266, ~150 Kč za ESP32).

Výhody:

• Ideální pro projekty s bezdrátovou komunikací.
• Velká komunita a množství příkladů online.
• Dostupné moduly jako NodeMCU nebo Wemos D1 mini.

Typické aplikace:

IoT roboti ovládaní mobilem, dálkově řízené vozítka, jednoduché domácí automatizační systémy.

PICAXE

Proč je vhodný pro začátečníky?

• Programování v jednoduchém jazyce BASIC – ideální pro úplné nováčky.
• Podpora blokového programování přes Scratch.
• Nízká cena (~150 Kč za základní modely).

Výhody:

• Minimální požadavky na hardware – stačí základní napájení (3–5 V).
• Snadná integrace servomotorů a základních senzorů.
• Česká podpora díky hobbyrobotickým komunitám.

Typické aplikace:

Jednoduché roboty řízené servomotory, základní kolizní roboti.

LEGO Mindstorms EV3/Spike Prime (alternativa pro děti)

Proč je vhodný pro začátečníky?

• Kompletní stavebnice s předem připravenými moduly a senzory.
• Blokové programování přes LEGO Education Software nebo Scratch.
• Ideální pro děti a školy.

Výhody:

• Snadná sestava bez potřeby pájení či složité elektroniky.
• Bohatá dokumentace a návody v češtině.
• Rozšiřitelnost o další LEGO komponenty.

Typické aplikace:

Sestavitelní roboti, vozítka s detekcí překážek.

Shrnutí doporučení:

Pro úplné začátečníky jsou ideální BBC micro:bit nebo Arduino Uno/Nano díky jejich jednoduchosti a široké podpoře. Pro pokročilejší uživatele jsou zajímavé Raspberry Pi Pico nebo ESP32 díky vyššímu výkonu a možnostem rozšíření.

Které MCU nabízejí nejlepší poměr cena-výkon

Poměr cena-výkon je důležitým kritériem při výběru mikrokontroléru (MCU) pro robotické projekty. Níže uvádím MCU, které nabízejí nejlepší rovnováhu mezi cenou, výkonem a možnostmi rozšíření.

ESP32

Proč je nejlepší v poměru cena-výkon?

• Nabízí vysoký výkon díky dvoujádrovému procesoru (240 MHz) a integrované Wi-Fi/Bluetooth za cenu ~150 Kč.
• Rozsáhlé možnosti periférií: 34 GPIO, ADC, DAC, SPI, I2C, UART.
• Podpora IoT projektů díky bezdrátové komunikaci.

Výhody:

• Nízká cena vzhledem k výkonu.
• Široká podpora programování (Arduino IDE, MicroPython).
• Dostupné moduly jako NodeMCU nebo Wemos D1 mini.

Typické aplikace:

IoT roboti, bezdrátově ovládané vozítka, domácí automatizace.

2. Raspberry Pi Pico (RP2040)

Proč je nejlepší v poměru cena-výkon?

• Cena ~150 Kč za dvoujádrový Cortex-M0+ procesor s frekvencí 133 MHz.
• Podpora programovatelných I/O (PIO), což umožňuje přizpůsobení hardwarových protokolů.
• 26 GPIO pinů s podporou ADC, PWM a UART.

Výhody:

• Vysoký výkon za nízkou cenu.
• Flexibilní napájení (1,8–5,5 V).
• Bohatá dokumentace a komunita.

Typické aplikace:

Precizní řízení motorů, experimenty se senzory, edukativní robotika.

Arduino Nano/Uno

Proč je nejlepší v poměru cena-výkon?

• Cena od ~200 Kč za klony (Nano), ~500 Kč za originální Uno.
• Široká komunita a podpora mnoha periférií: ADC, PWM, UART, I2C, SPI.
• Jednoduché programování v Arduino IDE.

Výhody:

• Ideální pro začátečníky díky snadnému použití.
• Dostupné rozšiřující moduly (motorové shieldy, senzorové kity).
• Kompatibilita s většinou běžných senzorů.

Typické aplikace:

Sledovači čar, dálkově ovládané vozítka, jednoduché manipulátory.

ESP8266

Proč je nejlepší v poměru cena-výkon?

• Cena ~80 Kč za modul s integrovanou Wi-Fi.
• Dostupné GPIO piny a podpora UART/I2C/SPI.
• Ideální pro základní IoT projekty.

Výhody:

• Extrémně nízká cena vzhledem k bezdrátovým funkcím.
• Podpora Arduino IDE a MicroPythonu.
• Kompaktní velikost (např. modul ESP-01).

Typické aplikace:

IoT roboti s jednoduchým ovládáním přes Wi-Fi, dálkově řízené systémy.

BBC Micro:bit

Proč je nejlepší v poměru cena-výkon?

• Cena ~600 Kč za desku s integrovanými senzory (akcelerometr, teploměr) a Bluetooth.
• Snadné blokové programování vhodné pro děti i začátečníky.
• Vestavěné LED pole pro vizuální zpětnou vazbu.

Výhody:

• Kombinace senzorů a komunikace bez potřeby dalších modulů.
• Ideální pro vzdělávací účely.
• Česká lokalizovaná literatura a tutoriály.

Typické aplikace:

Edukační roboti, interaktivní hračky.

Shrnutí doporučení podle poměru cena-výkon

Pokud hledáte nejlevnější variantu s dobrým výkonem pro IoT projekty, ESP8266 nebo ESP32 jsou ideální volbou. Pro experimenty se senzory nebo edukativní projekty jsou vhodné Raspberry Pi Pico nebo Arduino Nano/Uno. BBC Micro:bit je skvělý pro děti díky snadnému blokovému programování.

Jaké jsou nejnovější trendy v oblasti MCU pro robotiku

V oblasti mikrokontrolérů (MCU) pro robotiku se objevují nové trendy, které reflektují technologický pokrok a rostoucí požadavky na výkon, flexibilitu a snadnou integraci. Níže jsou uvedeny nejnovější trendy:

Integrace umělé inteligence (AI)

• MCU s podporou AI: Moderní MCU, jako ESP32-S3 nebo STM32H7, začínají zahrnovat akcelerátory pro strojové učení (např. TensorFlow Lite Micro).
• Edge AI: MCU umožňují běh AI algoritmů přímo na zařízení, bez potřeby cloudové komunikace, což je ideální pro autonomní roboty.
• Příklady: Rozpoznávání obrazu, analýza dat ze senzorů v reálném čase.

Zvýšený výkon při nízké spotřebě

• Pokročilé architektury: Nové MCU, jako RP2040 (Raspberry Pi Pico), využívají dvoujádrové procesory pro paralelní zpracování úloh s nízkou spotřebou.
• Ultra-low power MCU: Například ESP32-C3 využívá RISC-V architekturu s optimalizací pro energeticky úsporné IoT aplikace.
• Význam v robotice: Dlouhodobý provoz na baterii u mobilních robotů.

RISC-V architektura

• Popularita otevřeného standardu: RISC-V se stává alternativou k tradičním ARM procesorům díky otevřenosti a přizpůsobitelnosti.
• Nové MCU: ESP32-C3 a některé produkty od SiFive jsou založené na RISC-V.
• Výhody v robotice: Flexibilita při návrhu vlastních řešení a nižší náklady.

Zlepšení konektivity

• Podpora více protokolů: Moderní MCU integrují Wi-Fi 6, Bluetooth 5.0, LoRa, Zigbee nebo Thread pro komunikaci mezi roboty.
• IoT-ready MCU: Například ESP32-S3 umožňuje simultánní připojení k Wi-Fi a Bluetooth pro komplexní systémy.
• Význam v robotice: Swarmová robotika (komunikace mezi více roboty), vzdálené ovládání a cloudová integrace.

Programovatelné I/O (PIO)

• Flexibilní hardwarové protokoly: Raspberry Pi Pico s RP2040 nabízí programovatelné I/O bloky, které umožňují vytváření vlastních komunikačních protokolů.
• Význam v robotice: Přizpůsobení hardwaru specifickým potřebám projektu bez nutnosti externích modulů.

Miniaturizace a modularita

• Menší rozměry desek: Nové MCU jsou stále menší (např. ESP32-PICO-D4), což umožňuje jejich použití v kompaktních robotech.
• Modulární systémy: Vývojové desky jsou navrženy tak, aby podporovaly snadné připojení rozšiřujících modulů (např. HATy pro Raspberry Pi).

Podpora více programovacích jazyků

• Rozšiřuje se podpora moderních jazyků jako Rust, JavaScript (Espruino) nebo Python (MicroPython).
• Blokové programování je stále populární u edukačních platforem (např. BBC micro:bit s MakeCode).
• Význam v robotice: Snadná integrace složitých algoritmů i pro začátečníky.

Bezpečnost a šifrování

• Nové MCU implementují hardwarové bezpečnostní prvky (např. AES akcelerátory) pro ochranu dat při komunikaci.
• Význam v robotice: Bezpečné ovládání autonomních systémů nebo IoT robotů.

Podpora real-time operačních systémů (RTOS)

• Moderní MCU často podporují RTOS (např. FreeRTOS), což umožňuje efektivní multitasking.
• Význam v robotice: Paralelní zpracování úloh, jako je řízení motorů a senzorická analýza.

Ekosystémy pro rychlý vývoj

• Výrobci jako Arduino nebo Raspberry Pi poskytují kompletní ekosystémy zahrnující hardware, software a dokumentaci.
• Význam v robotice: Zrychlení vývoje prototypů díky dostupným knihovnám a modulům.

Shrnutí

Moderní trendy v oblasti MCU se zaměřují na zvýšení výkonu při nízké spotřebě, integraci AI, zlepšení konektivity a flexibilitu díky otevřeným standardům jako RISC-V. Tyto inovace umožňují vytváření pokročilých autonomních systémů i snadnou realizaci jednoduchých projektů pro začátečníky.