عبارة عن لوح تطوير إلكتروني يتكون من دارة إلكترونية مفتوحة المصدر مع متحكم دقيق يبرمج عن طريق الحاسوب وهو تصميم لتسهيل استخدام الإلكترونيات المتفاعلة في المشاريع متعددة التخصصات .يستخدم الآردوينو بصورة أساسية في تصميم المشاريع الإلكترونية المتفاعلة او المشاريع التي تستهدف بناء حساسات بيئية مختلفة كدرجات الحرارة ،الرياح ،الضوء ،الضغط وغيرها…
يمكن توصيل الآردوينو ببرامج مختلفة على الحاسب الشخصي ويعتمد في برمجته على لغة البرمجة مفتوحة المصدر وتتميز الأكواد البرمجية الخاصة بلغة الآردوينو أنها تشبه لغة c وتعتبر من أسهل لغات البرمجة المستخدمة في كتابة برامج المتحكمات الدقيقة .يمكن برمجة هذا اللوح لعمل آلاف المشاريع المؤتمتة وربطه على حساسات .هذا اللوح أخذ انتشاراً واسعاً نظراً لرخص سعره مقابل الإمكانيات الهائلة التي يمكنه القيام بها .
يتكون من قسمين:
- القسم الأول عبارة عن لوحة الدوائر المادية القابلة للبرمجة (يشار إليها غالبًا باسم متحكم دقيق)
- القسم الثاني هو الـ IDE (بيئة التطوير المتكاملة) التي تعمل على جهاز الكمبيوتر وتُستخدم لكتابة وتحميل الكود من الكمبيوتر إلى اللوحة الالكترونية.
ماذا يوجد على لوحة الاردوينو ؟
هناك العديد من أنواع لوحات Arduino والتي يمكن استخدامها لأغراض مختلفة، ولكن معظم لوحات الاردوينو لديها هذه المكونات المشتركة:
Power {USB / Barrel Jack}: كل لوحة Arduino تحتاج إلى وسيلة للاتصال بمصدر الطاقة
يمكن تشغيل Arduino من كابل USB قادم من جهاز الكمبيوتر او عبر منفذ Barrel Jack
أيضا فان تحميل التعليمات البرمجية على لوحة Arduino يتم عبر منفذ usb
ويتراوح الجهد الموصى به لمعظم طرازات Arduino بين 6 و12 فولت.
لنتعرف على أجزاء الآردوينو التالية Pins {5V, 3.3V, GND, Analog, Digital, PWM, AREF}:
إن الأطراف الموجودة على لوحة الآردوينو يتم من خلالها توصيل الأسلاك لإنشاء دارة معينة وعادةً ما تحتوي على “رؤوس” بلاستيكية سوداء تسمح بتوصيل السلك مباشرة باللوحة.
GND اختصار الـ “Ground” هناك العديد منها على لوحة الآردوينو ويمكنك استخدام أي منها لتوصيل مع الدارة.
5V & 3.3V : يوفر الأول مصدر جهد 5 فولت والثاني مصدر جهد 3.3 فولت.
Analog : عبارة عن منافذ يتم استخدامها لإدخال إشارة تماثلية للآردوينو.
Digital : هذه الأطراف عبارة عن منافذ رقمية تستخدم في حالة إدخال أو إخراج اشارة رقمية من وإلى لوحة الآردوينو وعددها 14 pins مرقمة من الـ (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12).
PWM :وهي عبارة عن أطراف تستخدم لإخراج اشارة تماثلية وتوجد بشكل مميز على لوحة الآردوينو ومرسوم أمامها رمز (~) ويمكن استخدامها أيضًا في شيء يسمى تعديل عرض النبض (PWM).
AREF : تستخدم في وضع “Analog Reference” ويستخدم هذا الوضع لتعيين جهد مرجعي “Reference Voltage” خارجي.
وظيفة أزرار الآردوينو
Reset Button: هو الزر المسؤول عن عمل Reset أي إعادة تشغيل للبرنامج المثبت على لوحة الآردوينو.
Power LED Indicator: ليد يستخدم كمؤشر لتوضيح أن لوحة الآردوينو تعمل.
TX RX LEDs: هي ليدات تستخدم كمؤشر أثناء عملية استقبال أو إرسال الـ Data من وإلى الآردوينو TX واختصار للإرسال RX والترميز التالي هو اختصار للاستقبال.
Main IC:
يختلف ال IC الرئيسي من لوحة إلى لوحة لكن عادةً ما يتكون من خط ATmega الخاص بـال IC من شركة ATMEL حيث أنك قد تحتاج إلى معرفة نوع IC (جنبًا إلى جنب مع نوع اللوحة الخاصة بك) قبل تحميل برنامج جديد من برامج الآردوينو.
Voltage Regulator: هو منظم الجهد المسؤول عن توفير وتنظيم الجهد للآردوينو.
تختلف لوحات الآردوينو عن بعضها البعض من ناحية :
- عدد المداخل والمخارج (الأرجل)…
- عدد الأجهزة التي يمكن التحكم بها …
- عدد الحساسات التي يمكن دمجها مع اللوحة…
- نوع المتحكم الدقيق وسرعة المعالج بداخله وإمكانية تبديله…
- حجم البورد
ماهي أنواع الآردوينو؟
هناك العديد من أنواع الآردوينو وتمتاز كل منها بقدرات وخصائص مختلفة:
Arduino Uno :
يعد Uno اختيارًا رائعًا لأول Arduino. ويحتوي على كل ما تحتاجه للبدء في هذا المجال، يحتوي على 14 مشبك إدخال / إخراج رقمي (6 منها يمكن استخدامها كمخرجات PWM ) ،6 مدخلات تناظرية، اتصال USB، مقبس طاقة وزر إعادة الضبط وهكذا، حيث يحتوي على كل ما هو مطلوب لدعم المتحكم ولا يتطلب سوا توصيله بجهاز كمبيوتر باستخدام كبل USB أو تشغيله بمحول تيار متردد أو بطارية لبدء التشغيل.
LilyPad Arduino :
LilyPad هي تقنية يمكن ارتداؤها تم تطويرها بواسطة Leah Buechley وتم تصميمها بشكل تعاوني بواسطة Leah و SparkFun. تمتاز بشكلها الرائع وتزود بوسادات ربط كبيرة وظهر مسطح للسماح بخياطتها مع الملابس عبر خيوط موصلة. لدى LilyPad أيضًا مجموعة خاصة بها من لوحات الإدخال والإخراج والطاقة وأجهزة الاستشعار التي تم تصميمها أيضًا خصيصًا للمنسوجات الإلكترونية وهي قابلة للغسل.
RedBoard:
تم تطوير هذا النوع من قبل spark fun ويمكن برمجة RedBoard عبر كابل USB Mini-B باستخدام Arduino IDE كما أنه يعمل على نظام التشغيل Windows 8 دون الحاجة إلى تغيير إعدادات الأمان.
وعد أكثر استقرارًا بسبب شريحة USB / FTDI بالإضافة إلى أنه مسطح تمامًا مما يسهل تضمينه في المشاريع ويمكن لمنظم الطاقة على اللوحة التعامل مع جهد يتراوح بين 7 إلى 15 فولت.
Arduino Mega:
يحتوي هذا النوع على عدد كبير من المشابك مما يجعله مناسبة للمشاريع التي تتطلب مجموعة كبيرة من المدخلات أو المخرجات الرقمية (مثل المشاريع التي تحتوي على الكثير من المصابيح والأزرار).
Arduino Leonardo :
وهو من أوائل الأنواع التي تستخدم متحكم مدمج مما يجعله رخيص الثمن وبسيط.
مميزات الآردوينو:
تم تطوير الأردوينو ليناسب جميع المستويات من الهواة إلى المحترفين والمشاريع المتطورة، بحيث يمكن دمجها في مشاريع يتم برمجتها بلغات هندسية متطورة مثل (MATLAB) ولغة (Java).
- رخيص الثمن ومتاح للجميع.
- مفتوحة المصدر: بمعنى أنه بإمكانك الإطلاع والتعديل على كل من التصميمات الهندسية والشفرات المصدرية وتطوير لغة برمجة (Arduino C) .
- يعمل على جميع الأنظمة التشغيلية.
- بيئة برمجية سهلة التعلم ومجانية
عيوب الآردوينو:
قيود الذاكرة :اعتمادا على طراز Arduino المستخدم قد تكون الذاكرة محدودة
حدود الذاكرة :كما هو الحال مع الذاكرة يمكن ايضا ان تكون سرعة معالجة Arduino محدودة
قيود الدخول والخروج :لدى Arduino عدد محدود من المدخلات والمخرجات مما قد يمثل مشكلة للمشاريع التي تتطلب عدد كبير من المدخلات والمخرجات.
استخدامات الآردوينو:
Arduino عبارة عن وحدة تحكم إلكترونية يمكنها التعامل مع العديد من الإشارات الكهربائية، سهلة الاستخدام، يمكن استخدام Arduino لبناء أجهزة مختلفة باستخدام أجهزة الاستشعار والمحركات الكهربائية والشاشات، مثل أجهزة الفحص والكشف والتعبئة والتحكم عن بعد، خاصة في أجهزة الإنذار ومكافحة الحرائق والتحكم في مضخات الهواء والماء، بالإضافة إلى الصوت اللاعبين. على سبيل المثال، من الممكن بناء جهاز اختبار الجهد وأجهزة أكثر تعقيدًا مثل تفريخ البيض، ومراقبة الأراضي الزراعية، وفحص الغلاف الجوي للتلوث وغيرها.
يستخدم الآردوينو في أي مشروع الكترونيات تقريبًا، بدءًا من الروبوتات إلى جميع المشاريع التفاعلية
يتم ربط الآردوينو بحساسات للتواصل مع العالم المادي ثم تحويل قراءة هذه الحساسات إلى بيانات يقوم بتحليلها وبناءً على الأكواد التي برمج عليها
وبعدها يقوم بأخذ قرارات مثل تشغيل المحركات أو تشغيل إضاءة أو مصدر صوتي… إلخ
مشاريع قياس درجات الحرارة، الرطوبة ،الضوء…
مشاريع التحكم بتشغيل الأجهزة وعرض النتائج على شاشة LCD
مشاريع قياس المسافات
مشاريع صنع الروبوتات والرجال الآليين
مشاريع التحكم بأجهزة المنزل عبر الهاتف
مشاريع التتبع عبر الأقمار الصناعية
مبدأ عمل الآردوينو:
يحتوي متحكم Arduino على منافذ اتصال ومنافذ إدخال وإخراج، التي يمكننا من خلالها توصيل أنواع مختلفة من الأجهزة الطرفية على اللوحة، حيث سيتم نقل معلومات هذه الأجهزة الطرفية التي تقوم بتوصيلها إلى وحدة التحكم الدقيقة، والتي ستكون مسؤولة عن معالجة البيانات التي تأتي من خلالها.
ومن ناحية أخرى، يوفر لنا Arduinoبرنامجًا يتكون من بيئة تطوير IDE تنفذ لغة برمجة اردوينو، والأدوات اللازمة لنقل البرامج الثابتة إلى وحدة التحكم الدقيقة و بادئ التشغيل المنفذ على اللوحة، الميزة الرئيسية للبرنامج ولغة البرمجة هي بساطته وسهولة استخدامه.
تعد Arduino بأن تكون طريقة بسيطة لتنفيذ مشاريع تفاعلية لأي شخص، بالنسبة لشخص يريد القيام بمشروع ما، تتمثل العملية في تنزيل IDE وتثبيته، والبحث قليلاً و “قص ولصق” الكود الذي يثير اهتمامنا وتحميله إلى حيز العمل، ثم قم بتوصيل الأسلاك المقابلة مع الأجهزة الطرفية ولدينا بالفعل برنامج يتفاعل مع الأجهزة، كل هذا بأقل استثمار اقتصادي.
بالإضافة إلى ذلك، تحتوي لوحات Arduino أيضًا على أنواع أخرى من المكونات تسمى Shields إنها نوع من اللوحات التي تتصل باللوحة الرئيسية لاضافة عدد لا نهائي من الوظائف، مثل GPS وساعات الوقت الفعلي، والاتصال اللاسلكي، وشاشات LCD التي تعمل باللمس، ولوحات التطوير، والعديد من العناصر الأخرى، حتى أن هناك متاجر بها أقسام متخصصة في مثل هذه العناصر.
إضافات أو ملحقات Arduino:
هناك العديد من الملحقات الأردوينو لتكوين مشروع احترافي و متطوّر و كما يمكن شراء حزمة أردوينو kit arduino و التي تحتوي على العديد من المكوّنات الأكثر استعمال.
لوحة التجارب : لوحة التجارب تستعمل في إنجاز المشاريع من خلالها تركّب فيها المكوّنات الكهربائية كما يسهل علينا ربطها بالأسلاك دون اللجوء إلى اللحام القصدير أو إلى وصلة كهربائية. انطلاق من شكلها نجد عدّة ثقوب مصفوفة في شكل مجموعات وكل منها مصفّفة و مترابطة في داخلها. حسب ألوان الخطوط فهي مترابطة
-الخط الأسود هي مجموعة من الثقوب مترابطة و من المستحسن ربطها بالسالب
-الخط الأحمر هي مجموعة من الثقوب مترابطة و من المستحسن ربطها بالموجب
الخطوط باللون الأخضر هي مجموعات مترابطة فيما بينها (كل مجموعة ثقوبها مترابطة)
الزر الضاغط: وظيفة الزر الضاغط فتح أو غلق الدّارة الكهربائيّة.
مثل هذه الأزرار تحتوي على 4 أقطاب يمكن ربط القطبين َA B أوC D
وظيفة الزر الضاغط فتح أو غلق الدّارة الكهربائيّة.
مثل هذه الأزرار تحتوي على 4 أقطاب يمكن ربط القطبين َA B أوC D
القطب A وD مترابطة داخليّا و أيضا B و C كذلك مثلما هو مبيّن في الصّورة التاليّة
الصمام المشع:
وظيفة الصمام المشع تحويل التيّار الكهربائي إلى إشارة بصريّة (أو إلى إنارة ضعيفة)
يحتوي الصمام المشع على قطبين
-قطب أنود Anode يقع ربطه بموجب مصدر التغذية
-قطب كاتود Kathode يقع ربطه بسالب مصدر التغذية
القطب كاتود يكون أقصر و أيضا يبّن بالعلامة المسطّحة
يزوّد الصمام المشع بجهد 1.6 فولت بالنسبة للأحمر والأصفر و 2.1 فولت بالنسبة إلى الأخضر.
صمام مشع متعدد الألوان: رمزه بالإنجليزيّة ٌRGB وهو متعدد الألوان (أحمر و أخضر و أزرق) كما يمكن أن يضيء بلون واحد أو خليط من هذه الألوان و يحتوي على 4 أقطاب
المقاوم الكربوني :
رمزه بالإنجليزيّة ٌRGB وهو متعدد الألوان (أحمر و أخضر و أزرق) كما يمكن أن يضيء بلون واحد أو خليط من هذه الألوان و يحتوي على 4 أقطاب.
كاشف الحرارة : وظيفته التعرف على حرارة الجسم بدون لمسه (عن بعد)
جهاز الإرسال اشعة تحت الحمراء:
يقوم هذا الجهاز بإرسال أشعة تحت الحمراء.
جهاز الاستقبال أشعة تحت الحمراء:
يقوم هذا الجهاز باستقبال الأشعة تحت الحمراء.
أجهزة الاستشعار:
باستخدام اكواد بسيطة يمكن للاردوينو التحكم والتفاعل مع مجموعة واسعة من المستشعرات كمستشعرات الضوء ودرجة الحرارة ودرجة الميلان والضغط والتسارع والرطوبة.
الحمايات:
هي لوحات لدوائر كهربائية مسبقة الصنع متوافقة مع الاردوينو توفر له إمكانيات كالتحكم في عمل المحركات أو الاتصال بالإنترنت أوالإتصالات الخلوية أو اللاسلكية ومن خلالها يمكن التحكم في الكثير من الأمور الأخرى.
وغيرها الكثير من الملحقات…..
في نهاية هذا المقال تعرفنا على اهم المعلومات عن الاردوينو، وتعرفنا على المكونات الهامة للاردوينو، وتعرفنا ايضًا على المميزات العديدة الخاصة بالاردوينو، وكذلك تعرفنا على عيوب الاردوينو، وتعرفنا على استخدام الاردوينو في بناء الأجهزة.
