همه چیز در مورد آردوینو Arduino

معرفی:

آردوینو یک پلتفرم متن باز یا OPEN-SOURCE است که برای ساخت پروژه های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد.آردوینو از دو قسمت تشکیل شده است . یک برد الکترونیکی قابل برنامه ریزی که ازیک میکروکنترلر به عنوان پردازنده بهره می گیرد و یک قسمت نرم افزار یا IDE که بر روی کامپیوتر نصب می شود که برای نوشتن کد و پروگرم کردن آن بر روی برد آردوینو مورد استفاده قرار می گیرد.

آردوینو یک پلتفرم متن باز یا    OPEN-SOURCE است که برای ساخت پروژه های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد.آردوینو از دو قسمت تشکیل شده است . یک برد الکترونیکی قابل برنامه ریزی که ازیک میکروکنترلر به عنوان پردازنده بهره می گیرد و یک قسمت نرم افزار یا IDE که بر روی کامپیوتر نصب می شود که برای نوشتن کد و پروگرم کردن آن بر روی برد آردوینو مورد استفاده قرار می گیرد.

آردوینو در بین افراد علاقه مند به یادگیری الکترونیک محبوبیت بسیاری  پیدار کرده است. این محبوبیت به دلایل زیر است:

۱-بر خلاف سایر بردهای مورد استفاده در گذشته ، بردهای آردوینو نیاز به سخت افزار جانبی برای پروگرام کردن ندارد و تنها با استفاده از یک کابل USB ساده قابل برنامه ریزی است.

۲-برنامه نویسی در محیط آردوینو IDE با استفاده از زبان سطح بالای C++ انجام می شود.که کار برنامه نویس را بسیار راحت می کند چرا که نیاز به دانستن کدها و رجبسترهای سطح پایین نیست.و به راحتی با استفاده از فانکشن های آماده ، برد را در حالت مورد نظر می توان پیکر بندی نمود.

تصویر فوق تصویر برد آردوینو UNO ‌ ARDUINO  است. این برد یکی از رایج ترین برد هایی است که در بین افراد تازه کار مورد استفاده قرار می گیرد.یک نمونه مثال ساده برای آردوینو در تصویر زیر آورده شده است.

برنامه فوق یک LED چشمک زن است. که هر یک ثانیه یکی از پین های برد آردوینو را روشن و خاموش می کند.مشاهده کدهای فوق شاید در نگاه اول حس خوشایندی نداشته باشد اما پس از خواندن این مقاله و آموزش های بیشتر متوجه انعطاف و برتری آردوینو نسبت به سایر پلتفرم ها خواهید شد.

آنچه در این آموزش فرا خواهید گرفت :

• چه پروژه هایی با استفاده از آردوینو قابل انجام است؟

• یک برد آردوینو از چه قسمت های تشکیل شده است؟

• تفاوت بردهای آردوینو در چیست؟

• قطعات مفید قابل اتصال به آردوینو

پیشنهاد برای مطالعه قبل از شروع آردوینو :

آردوینو یک ابزارعالی  برای افراد با هر سطح مهارت می باشد.اگر با مفاهیم پایه ای الکترونیک آشنا باشید آردوینو در یادگیری مبدل های آنالوگ به دیجیتال کمک فراوانی به شما خواهد کرد.البته قبل ازشروع آردوینو توصیه می شود که با مفاهیم پایه ای زیر آشنا باشید:

• الکتریسیته چیست؟

• ولتاژ ، جریان ، مقاومت ، و قانون اهم

• یک مدار الکتریکی چیست ؟

• قطب مثبت و منفی چیست ؟

• مدار های مجتمع (آیسی ها) چیست؟

• سطوح منطقی ولتاژ

• منطق دیجیتال

• تفاوت مدارهای دیجیتال و آنالوگ

آردوینو چه کارهایی می تواند انجام دهد

سخت افزار و نرم افزار آردوینو برای هنرمندان ، طراحان ، هکرها ، تازه واردها ، و هر فردی که علاقه مند به ساخت وسایل جالب وابزارهای ارتباطی متفاوت و .. است ، طراحی شده است.آردوینو قابل اتصال به قطعات مختلف از جمله button ها و LED ها ، موتورها ، اسپیکرها ، انواع ماژول ها مانند GPS ، دوربین ، اینترنت و حتی ارتباط با گوشی ها و تلوزیون های  هوشمند است . این انعطاف پذیری به دلیل رایگان بودن نرم افزار آردوینو ، ارزان بودن سخت افزار آردوینو و یادگیری راحت و آسان  نرم افراز و سخت افرار آردوینو است. همچنین وجود یک انجمن بزرگ که در آن کاربران به طرح سوالات و به اشتراک گذاری پروژه ها و کدهای خود برای یادگیری می پذیرند.برای هر وسیله ای از ربات ها ، دستکش های حرارتی  کنترلری-لرزشی ، تا بازوهای هوشمند رباتیک و دیگر دستگاههای هوشمند، آردوینو می تواند به عنوان مغز پردازشگر بردهای الکترونیکی آنها مورد استفاده قرار گیرد.آردوینو در واقع کوهی از مثال ها ی متنوع برای افراد کنجکاو که به دنبال یافتن آموزش و پروژه های عملی هستند.

در زیر چند نمونه از وبسایت های مفید آموزشی در رابطه با آردوینو ذکر شده است.

• Instructables

• ·  Arduino Playground

• ·  The ITP Physical Computing Wiki

• LadyAda

• Make: Projects

برد آردوینو از چه اجزایی تشکیل شده است؟

انواع مختلفی از بردهای آردوینو وجود دارد که میتواند برای موارد مختلف مورد استفاده قرار بگیرد.در شکل زیر یکی از برهای آردوینو به نام UNO را مشاهده می کنید. بسیاری از بردهای آردوینو در ظاهر متفاوت با این برد هستند . اما اکثریت بردهای آردوینو دارای  قطعاتی مشابه با همین برد UNO هستند.

کانکتور تغذیه (USB):

هر برد آردوینو باید به طریقی تغذیه شود. روشن کردن برد آردوینو UNO از دوطریق : کانکتور USB با اتصال به USB  کامپبوتر و کانکتور JACK آداپتور با اتصال به یک آداپتور12 ولت دیواری انجام می شود.در شکل بالا این دو ورودی با شماره های (1) و (2) انجام می شود.

کانکتور USB همچنین برای برنامه ریزی مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد.

نکته: در هنگام تغذیه برد آردوینو با استفاده از اداپتور دیواری  به ابن نکته توجه داشته باشید که ولتاژ آن بیشتر از ۲۰ ولت نباشد چون باعث آسیب دیدن برد آردوینو می شود.

پین های برد  (5V, 3.3V, GND, Analog, Digital, PWM, AREF)

پین های موجود بر روی برد آردوینو به منظور اتصال سیم ها به بردبرد برای ساخت مدار مورد نظر و اتصال به قطعات مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

این پین ها در اطراف برد قرار گرفته اند .که به راحتی می توان سیم های جامپر به آن ها وصل کرد.آردوینو دارای انواع مختلفی از این پین ها است که با نام های مختلف نامگذاری شده اند و برای موارد مختلف استفاده می شوند. (3) GND : گراند مدار: چند پین GND در برد آردوینو وجود دارد . از آنجا که GND در یک مدار زیاد استفاده می شود از این پین بیشتر در برد وجود دارد.

5V(4) ، 3.3V (5) : همانطور که حدس می زنید این دو پین برای تامین تغذیه مدار جانبی مورد استفاده قرار می گیرد.بیشتر قطعات و ماژول های مورد استفاده با آردینو با یکی از این دو ولتاژ تغذیه می شوند.

• آنالوگ ها (6) :این قسمت از مدار که با نام های A0 تا A5 نامگذاری شده است برای خواندن مقادیر آنالوگ مانند ولتاژ یک سنسور دمای LM35 و … مورد استفاده قرار می گیرد.

• دیجیتال (7): در مقابل پین های آنالوگ پین های دیجیتال قرار دارد. که با نام های 0  تا 13 در آردوینو UNO  قرار دارد.این پین ها برای خواندن ورودی های دیجیتال مانند یک PUSH BUTTON و برای خروجی های دیجیتال مانند  روشن و خاموش کردن یک LED مورد استفاده قرار می گیرد.

• PWM (8 ) : در کنار بعضی از پین های دیجیتال علامت ~ را مشاهده می کنید.(3,5,6,9,10,11) این پین ها علاوه بر استفاده از پین های دیجیتال معمولی ، می تواند به عنوان مدولاسیون پهنای پالس(PWM) مورد استفاده قرار گیرد.موارد استفاده از PWM می توان به تغیر نور LED یا دور موتور و … نام برد.

• AREF (9) : این پین برای مرجع مبدل آنالوگ به دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرد.در بیشتر مواقع این پین بدون استفاده است . در بعضی کاربرد ها از این پین برای اعمال یک ولتاژ مرجع بین 0 ‌ تا 5  مورد استفاده قرار می گیرد.

کلید ریست

درست مانند کنسول های قدیمی نینتندو آردوینو نیز دارای یک کلید فشاری برای ریست است (۱۰) .فشردن این کلید به طور موقت پین RESET را به GND وصل می کند و باعث اجرای مجدد کدهای آردوینو می شود. این کار وقتی می خواهید  اجرای کدهای خود را تکرار کنید بسیار مفید است .

LED نشانگر تغذیه :

همانطور که بر روی بردUNO  در بالا می بینید یک LED  ریز که با عدد (11) نشان داده شده است به منظور نمایش اعمال ولتاژ تغذیه به برد قرار داده شده است. وقتی که برد آردوینو را به USB یا آداپتور وصل می کنید این LED باید روشن شود در غیر این صورت مشکلی وجود دارد و باید برد را چک کنید.

LED های TX  و RX :

این پین ها به منظور نمایش برقراری ارتباط سریال  مورد استفاده می گیرد.TX برای ارسال  و RX برای است. این LED ها همچنین به پین های 0  و 1 نیز متصل است . از این LED‌ها جهت نمایش ارسال و دریافت دیتا بین کامپیوتر و دیگر قطعاتی که داری واسط UART هستند مورد استفاده قرار می گیرد.(۱۲)

آیسی اصلی

شی بلند سیاه رنگ دارای پایه های فلزی  ‌IC است . (۱۳) .این آیسی مغز پردازنده برد آردوینو است. IC های مرکزی بردهای اردوینو در برد های مختلف آردوینو با یکدیگر متفاوت هستند اما اکثر این آیسی ها از خانواده میکروکنترلرهای AVR atmega از کمپانی بزرگ ATMEL هستند . قبل از برنامه ریزی برد آردوینو از طریق نرم افزار مهم است که نوع IC اصلی مورد استفاده در برد را انتخاب کنید . نام آیسی بر روی آن حک شده است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد IC می توانید دیتاشیت آن را مطالعه کنید.

رگولاتور ولتاژ

این قطعه برای تنظیم ولتاژ اعمال شده به آیسی مرکزی مورد استفاده قرار می گیرد.(۱۴) نقش این ایسی در واقع مانند یک در وازه بان است که از ورود ولتاژ های بیشتر از 5V به مدار جلوگیری می کند. در واقع این قطعه محدود کننده ولتاژ اعمالی به مدار است و از آسیب رسیدن به برد جلوگیری کی کند.

خانواده آردوینو

آردوینو بردهای مختلفی تولید می کند که هر کدام قابلیت های متنوعی دارند.به علاوه متن باز بودن آردوینو این اجازه را به شما می دهد که برد های آردوینو را بر اساس سلیقه خود تغییر و از نو با پارامترهای اضافه طراحی کنید.

آردوینو UNO (R3)

آردوینو UNO ‌ یک انتخاب عالی برای شروع کار با آردوینو است . هر آنچه که برای شروع نیاز دارید بر روی این برد وجود دارد.این برد دارای 14 پین دیجیتال است که ۶ تای آن به عنوان PWM نیز مورد استفاده قرار می گیرد. ۶ پین برای ورودی های آنالوگ، کانکتور USB ، کانکتور جهت جک آداپتور تغذیه ، یک کلید RESET و …این برد دارای یک میکروکنترلر نسبتا کامل و مناسب است . این برد به راحتی با یک کابل USB به کامپیوتر وصل می شود ، با یک آداپتور AC-DC  و یا یک باتری تغذیه می شود.

آردوینو Lilypad

شکل زیر آردوینو Lilypad  را نشان می دهد.این برد جهت استفاده در پوشاک های هوشمند طراحی شده است.طرح اولیه این برد توسط دو شرکت SparkFun و Leah Buechley طراحی شده است.طراحی هوشمندانه آردوینو لیلی پد طوری  است که به دلیل پد های اطراف خود برای دوخت با استفاده از نخ های رسانا به لباس مورد استفاده قرار می گیرد . همچنین آردوینو LilyPad داری پین های ورودی-خروجی ، تغذیه و سنسورهای مختص خود است که به طور اختصاصی به منظور استفاده در مصارف بافندگی ساخته شده است به طوری که این قطعات قابل شستشو هم هستند.

آردوینو RedBoard

از آنجا که همه بردهای آردوینو جوابگوی همه نیازهای کاربران نیست شرکت های مختلف مانند SparkFun اقدام به ساخت بردهای متنوع آردوینو کرده اند.یکی از این برد ها ، آردوینو RedBoard است که با استفاده از یک کابل USB MINI-B با استفاده از نرم افزار آردوینو قابل برنامه ربزی است .این برد به راحتی در ویندوز ۸ بدون نیاز به تغییرات در تنظیمات امنیتی (برخلاف آردوینو UNO ) قابل استفاده است. پایداری این برد به دلیل استفاده از آیسی FTDI/USB است که بر روی آن قرار دارد، همچنین بدلیل استفاده از قطعات SMD سطح آن بسیار صاف است و در انواع پروژه ها قابل استفاده است.برنامه ریزی این برد دقیقا مانند Ardunio UNO است . برای برنامه ریزی آن کافی است در محیط نرم افزار Arduino  برد UNO را انتخاب کنید و کد های خود را بر روی ٖن بارگذاری نمایید. برد آردوینو RedBoard‌ نیز مانند آردوینو UNO هم از طریق کابل USB و هم از طریق کانکتور جک آداپتوری قابل تغذیه و راه اندازی است.رگولاتور موجود بر روی این برد توانایی تحمل ولتاژ ۷ تا ۱۵ ولت را دارد.

آردوینو MEGA (R3)

آردوینو Mega‌ در واقع برادر بزرگتر آردوینو UNO است . برد Arduino Mega دارای ۵۴ ورودی-خروجی دیجیتال است که ۱۴ تا از این پین ها برای تولید موج PWM نیز مورد استفاده قرار می گیرد. ۱۶ پین ورودی آنالوگ ، کانکتور USB و یک جک آداپتور برای تغذیه و یک کلید RESET‌. آردوینو MEGA هر آنچه که یک میکروکنترلر پشتیبانی می کند را داراست. وجود تعداد زیاد پین های ورودی و خروجی در این برد باعث شده که این برد گزینه مناسبی برای استفاده در پروژه هایی با تعداد ورودی-خروجی زیاد مانند LED و کلید ها باشد.

آردوینو Leonardo

آردوینو Leonardo اوبین بردی است که داری واسط USB بر روی آیسی میکروکنترلر است . این به این معنا است که برد تا حدودی خلاصه تر و ارزانتر می شود. همچنین بدلیل وجود داسط USB در داخل آیسی می توان با استفاده از کتابخانه های نوشته شده برای این برد ، از آن به عنوان یک شبیه ساز موس ، کیبورد و .. استفاده نمود.

قطعات ، ماژول ها و سنسور ها

اگر چه برد آردوینو زیبا به نظر می رسد اما همه هرآنچه که نیاز دارید را نمی توانید با این برد انجام دهید. به عنوان مثال هیچ کدام از بردهای آردوینو دارای نمایشگر یا سنسور نیستند . به همین دلیل نیاز به استفاده از قطعات ، ماژول ها و شیلد های آردوینو دارید. همچنین برای نحوه صحیح استفاده از این قطعات و ماژول ها نیاز به کدها و آموزش دارید . وبسایت فارس الکترونیک یکی از منابع خوب آموزشی در میان سایت های فارسی زبان تمام تلاش خود را در این حوزه انجام خواهد داد.اما سنسورها و شیلدهای اردوینو دو دسته از ابزارهای مفید برای توسعه بردهای آردوینو محسوب می شوند.

سنسورها

با استفاده از چند خط کد ساده نوشته شده در نرم افزار آردوینو می توانید با طیف وسیعی از سنسور ها و ماژول ها از طریق برد آردوینو ارتباط برقرار کنید. این سنسورها توانایی اندازه گیری ، شدت نور ، دما ، درجه انعطاف پذیری ، فشار ، شتاب ، منواکسید کربن ، رادیو اکتیو ، رطوبت و …دارند.

شیلد های آردوینو

به تصویر زیر نگاه کنید. به این برد های شیلد های آردوینو گفته می شود. این برد از پیش طراحی شده به گونه ای هستند که با قرار گیری بر روی برد های آردوینو امکاناتی را به آردوینو اضافه می کنند .شیلد های کنترل موتور ، اینترنت ، کنترل LCD و ارتباط بیسیم و … از جمله آن ها هستند. برای مشاهده انواع شیلد های اردوینو می توانید به آدرس زیر مراجعه کنید :

• ShieldList.org

حالا در پایان این مقاله تصور می شود که شما خواننده عزیز با آردوینو به طور نسبی آشنایی پیدا کرده باشید. اینکه کدام برد می تواند برای استفاده در پروژه شما مناسب باشد و اینکه تعداد بسیار زیادی سنسور و شیلد وجود دارد که می تواند برای ساخت دستگاه خود از آن استفاده کنید.

منبع : WWW.SPARKFUN.COM