کوچک، اما قدرتمند؛ در مورد آردوینو ها بیشتر بدانید

برد های آردوینو به سخت افزار های اپن سورسی گفته میشود که برمبنای میکروکنترلرهایی همچون AVR و ARM طراحی و ساخته می‌شوند. در سال 2003، سه دانشجوی ایتالیایی با هدف طراحی یک برد ارزان با قابلیت برنامه ریزی، آردوینو را ابداع کردند. وجود ورودی و خروجی ها متعدد سبب شده تا افراد زیاد علاقه مند به یادگیری در این زمینه باشند. از کودکان تا دانشجویان مهندسی برق و الکترونیک برای کاربرد هایی مختلفی همچون رباتیک و تحقیق و پژوهش از این قطعه استتفاده می‌کنند. دلایل محبوبیت و نحوه یادگیری کار با این قطعه کوچک اما قدرتمند را در ادامه بررسی می‌کنیم.

چرا آردوینو؟

با توجه به اینکه بوت لودر آردوینو از قبل برنامه ریزی شده است، شما به راحتی و تنها با یک کابل USB میتوانید بدون پروگرامر برد خود را برنامه ریزی کنید. حتی در برخی مدل ها بدون کامپیوتر و با استفاده از موبایل امکان پروگرام کردن آردوینو وجود دارد.( پروگرام کردن با موبایل را در ادامه بررسی می‌کنیم.)

برنامه نویسی ساده و یادگیری سریع، از دیگر مزایای آرودنیوها است. اگر در دوره های آموزش برنامه نویسی ++C شرکت کرده باشید یادگیری زبان آردوینو که برای شما بسیار ساده است. البته فکر نکنید، این ویژگی باعث شده تا امکانات این برد کاهش یابد. با وجود کتابخانه متعدد، شما میتوانید در تمام حوزه ها از آردوینو استفاده کنید.

قیمت ارزان بردها باعث شده تا همه اقشار جامعه بتوانند لذت کار با آردوینو را تجربه کنند. پیشنهاد ما به شما خرید برد UNO است. وجود منابع آموزشی زیاد برای یادگیری UNO مزیتی مهم به شمار می‌آید.

وجود سنسورها متنوع با کاربردهای مختلف از دلایل دیگر استفاده از آردوینو است. شما میتوانید با تهیه سنسور هایی مانند GPS، WiFi، Humidity Meter و Thermometer پروژه‎هایی مختلفی را اجرا کنید.

مزیت آخر این است که نرم افزار های پروگرامر این قطعه با سیستم عامل های ویندوز، مکینتاش و لینوکس سازگاری دارند.

کاربردهای آردوینو

با توجه به مزایایی که گفتیم شما میتوانید با اندکی نوآوری کارهای جالبی با آردوینو انجام دهید. همانطور که گفتیم آردوینو میتواند به سنسور Humidity Meter یا همان رطوبت سنج متصل شود. با قراردادن این سنسور در خاک گلدان و برنامه نویسی آردوینو به گونه ای که هنگام کاهش رطوبت دستور آبیاری اجرا شود، میتوانید سیستم آبیاری هوشمند طراحی کنید. حتی میتوانید سنسور نورسنج اضافه کنید تا آبیاری در روز انجام نشود.

میتوانید کوادکوپتر بسازید و با استفاده از بردهای آردوینو دور موتور،سرعت و جهت آن را تنظیم کنید. امکان ساخت جاروبرقی هوشمند هم مانند تصویر زیر، با این قطعه وجود دارد. با اتصال حسگر اولتراسونیک میتوانید از برخورد جاروبرقی به موانع جلوگیری کنید.

همانطور که مطالعه کردید، کاربردهای این قطعه کوچک نامحدود است و ما تنها بخشی از آن را برایتان ذکر کردیم. ما پیشنهاد می‌کنیم حتما یکی از آموزش های آردوینو که با سطح شما تناسب دارد، از سایت فرادرس تهیه کنید و شروع به یادگیری دراین مورد کنید. در آخر این مطلب با این آموزش‎ها میتوانید بیشتر آشنا شوید.

سخت افزار آردوینو

اکثر بردهای آردوینو برپایه میکروکنترلر AVR، 8 بیتی طراحی و ساخته شده است. اولین مدل 32 بیتی که از Atmel قدرت میگیرد در 2012 رونمایی شد. همچنین شرکت intel از تولیدکنندگان مدل 32 بیتی است.

اجزای اصلی برد آردوینو به شرح زیر است:

• پورت های USB و برق
• میکروکنترلر
• پین های ورودی آنالوگ و دیجیتال
• سوئیچ تنظیم مجدد
• کریستال اسیلاتور
• LED وضعیت برد
• رگولاتور ولتاژ
• دکمه ریست

اجزای گفته شده در مدل های مختلف مانند تصویر بالا، میتواند بیشتر باشد. شما ابتدا باید هدف خود را مشخص کنید و سپس نسبت به تهیه مدل مناسب اقدام کنید. مدل های مختلف کاربرد های منحصر به فردی دارند. به عنوان مثال اگر دانشجوی رشته مهندسی الکترونیک هستید، در پروژه ای ممکن است نیاز به پایه های خروجی و ورودی زیادی داشته باشید. برد آردوینو مناسب برای این پروژه میتواند مدل Mega 2560 باشد. 54 ورودی دیجیتال و 16 ورودی آنالوگ از ویژگی های این مدل است. این برد دارای میکروکنترلر ATmega2560 با کلاک MHz16 می‌باشد.

شیلد چیست؟

به بردهای ماژولاری که بدون نیاز به سیم‌کشی و لحیم که به صورت مستقیم به آردوینو متصل میشوند، شیلد می‌گویند. از شیلدها برای توسعه و اضافه کردن امکان جدید به برد استفاده می‌شود. همچنین قابلیت استفاده از چندین شیلد وجود دارد. در تصویر زیر برد زیر آردوینو و 3 برد دیگر شیلد است که یکی از آنها وایرلس می‌باشد.

از شیلدهای معروف آردوینو و کاربردهایشان به موارد زیر میتوان اشاره کرد:

• Protoshield: توسعه پین‌ها
• Protoscerw: اتصال هرپین به ترمینال
• Go-between: قرارگیری بین دو شیلد برای جلوگیری از اختلال
• Lipower: استفاده از باتری
• Danger: پشتیبانی از انواع سنسورها
• microSD: افزایش حافظه
• Joystick kit: کنترلر آنالوگ
• WiFly: اتصال به شبکه های بی‌سیم
• XBee: برقراری ارتباط بی سیم میان وسایل گوناگون
• Cellular: اتصال سیمکارت

نرم افزار آردوینو

برای برنامه‌نویسی و انجام عملیات پروگرام، از نرم افزار Arduino IDE استفاده می‌شود. همانطور که در ابتدای مطلب ذکر کردیم، این نرم افزار برای سه سیستم عامل مک، ویندوز و لینوکس نیز منتشر شده است. البته نرم افزارهای دیگری مانند Atmel Studio یا STM32CubeIDE هم قابلیت برنامه‌نویسی مبتنی بر آردوینو را دارند.

یکی از ویژگی های منحصر به فرد آردوینو، وجود نسخه تحت وب برای برنامه نویسی با عنوان Arduino Web Editor می‌باشد. وجود فضای ابری برای ذخیره سازی کدهای شما، امکان اشتراک گذاری برنامه ها را برایتان فراهم کرده است.

اگر دسترسی به لپ تاپ یا کامپیوتر ندارید، نگران نباشید. امکان پروگرام کردن با موبایل و یک کابل OTG وجود دارد. با نصب نرم افزار ArduinoDroid در موبایل های اندرویدی، به راحتی میتوانید برنامه نویسی را انجام دهید. تمام امکانات نسخه دسکتاپ، در نسخه موبایل وجود دارد و جای هیچ نگرانی نیست.

کتابخانه های آردوینو

اگر حتی اندکی با یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی آشنایی داشته باشید، میدانید که هر زبان کتابخانه های مخصوص به خود را دارد. آردوینو هم دارای کتابخانه های مختلفی است که با توجه به شیلدها و نوع کاربری شما از برد، میتوانید از آنها استفاده کنید.

به عنوان مثال برای استفاده از امکانات شبکه بردهای آردوینو، علاوه بر شیلد مخصوص نیاز به کتابخانه Ethernet دارید. برای کنترل سرو موتور و استپ موتور به ترتیب نیاز به کتابخانه های servo و stepper دارید. از دیگر کتابخانه های مهم میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• Firmata: استفاده از پورت سریال
• GSM: استفاده از شیلد سیمکارت
• LiquidCrystal: کنترل صفحه نمایش LCD
• TFT: کنترل صفحه نمایش TFT
• Fingerprint: کنترل سنسور اثرانگشت
• Keypad: شناسایی کیبورد

نصب کتابخانه ها به دو صورت آنلاین از طریق نرم‌افزار رسمی یا کتابخانه های غیررسمی که فایل هایشان دراینترنت موجود است، انجام می‌شود. فایل های غیررسمی با فرمت zip موجود است. توصیه ما به شما این است که قبل از استفاده از هرکتابخانه‌ای، راهنمای آن را مطالعه کنید تا هم به آن مسلط شوید و هم سرعت برنامه نویسی خود را افزایش دهید.

یادگیری آردوینو را از کجا شروع کنیم؟

منابع مختلفی برای یادگیری وجود دارد اما فراموش نکنید که انتخاب مدرس مناسب، باعث پیشرفت سریعتر شما و جلوگیری از اتلاف وقت و سرمایه شما می‌شود. پیشنهاد ما به شما مراجعه به سایت فرادرس است. در این سایت بیش از 85 ساعت آموزش مرتبط با آردوینو وجود دارد که برای سطوح مبتدی تا پیشرفته مناسب است. از عناوین آموزشی موجود در این سایت میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• زبان برنامه نویسی Processing در آردوینو
• برنامه نویسی سی شارپ و آردوینو
• مطلب و آردوینو
• آموزش آردوینو در نرم افزار پروتئوس
• انواع آموزش های مرتبط با اندروید و آردوینو

و…