ما هي لوحة أردوينو Arduino؟

أردوينو Arduino عبارة عن لوحة إلكترونية مُصغَّرة قابلة للبرمجة مطورة على مبدأ العتاد مفتوح المصدر open hardware وهو العتاد الذي يتيح الاطلاع على العناصر المكون منها وفحصها وتعديلها وتطويرها ثم إعادة توزيعها مرة أخرى، أي الأمر مشابه تمامًا للبرمجيات مفتوحة المصدر ولكن مع العتاد.

تستهدف أردوينو شريحة كبيرة من المستخدمين منهم عمال الصيانة والهواة والصانعين لتصميم وبناء الأجهزة الإلكترونية القابلة للبرمجة التي تخدم أغراض محددة، ويشير مصطلح أردوينو إلى تصميم معين للوحة حاسوبية وقد يشير أيضًا إلى شركة تنتج تنفيذًا محددًا لهذه اللوحات وعادةً ما يُستخدم أيضًا لوصف المجتمع الخاص باللوحات التي يصنعها أشخاص أو شركات أخرى بطريقة مماثلة.

استخدامات لوحة أردوينو

تستخدم لوحة أردوينو في بناء المشاريع الإلكترونية بمختلف مستوياتها سواءً المشاريع الإلكترونية البسيطة مثل مقياس حراري أو مقياس رطوبة وعرض النتائج على شاشة بسيطة وحتى المشاريع المعقدة مثل الروبوتات والسيارات المتحركة الذكية وحتى أجهزة إنترنت الأشياء IoT وإدارة المنازل الذكية.

الغرض الأساسي من لوحة أردوينو هو تسهيل وصل العناصر الإلكترونية مع بعضها وبرمجتها لتؤدي الغرض المطلوب دون الحاجة إلى خبرة مسبقة بمجال الكهرباء والإلكترونيات وحتى بمجال البرمجة، ويمكن بذلك لأعمار صغيرة -وهي أهم فئة مستهدفة- استخدام اللوحة وتعلم برمجتها بسهولة تبدأ من عمر 8 سنوات وما فوق.

مكونات لوحة أردوينو

تحتوي لوحات أردوينو على عدد من العناصر والأجزاء الإلكترونية المختلفة المرتبطة معًا بمخطط محدد تشكل معًا دارة إلكترونية قابلة للبرمجة، وقد تعرض تصميم اللوحة ومخططها على مر السنين لتغييرات، لكن تبقى القطع التالية من مكونات اللوحة الأساسية.

مقابس pins

تُستخدم للاتصال مع المكونات المختلفة التي قد ترتبط مع اللوحة، وتأتي هذه المقابس في نوعين:

مقابس رقمية Digital: يمكنها قراءة وكتابة حالة واحدة أي إشارة أو لا إشارة أو المكون يعمل أو لا يعمل on/off، وتحتوي معظم اللوحات على 14 مقبس إدخال/إخراج رقمي.
المقابس التشابهية Analog: يمكنها قراءة مجموعة من القيم وهي مفيدة لتحكم دقيق بالأجهزة والعناصر الإلكترونية وتحتوي معظم اللوحات على ستة منها.

تُرتب هذه المقابس بنمط معين ليسل تركيب أي لوحة إضافية عليها وتسمى عادةً تلك اللوحات الإضافية "الدرع shield".

موصل طاقة power connector

يوفر الطاقة للوحة نفسها والعناصر المرتبطة بها، إذ يوفر جهدًا منخفضًا يمكنه تشغيل المكونات المتصلة باللوحة مثل مصابيح ضوئية ليد LED وأجهزة الاستشعار وحساسات مختلفة، بشرط أن تكون احتياجات الطاقة الخاصة بها منخفضة وضمن إمكانية مزود الطاقة وقدرته، ويمكن توصيل موصل الطاقة إما بمحول تيار تماثلي أو بطارية صغيرة.

متحكم صغري microcontroller

هو الشريحة الأساسية التي تسمح لك ببرمجة لوحة أردوينو Arduino حتى تتمكن من تنفيذ الأوامر واتخاذ القرارات بناءً على المدخلات المختلفة.

يختلف المتحكم الصغري أو المتحكم الدقيق اعتمادًا على نوع لوحة أردوينو وإصدارها المُستخدم، لكنها تكون عمومًا متحكمات من نوع أتميل Atmel وعادةً ما تكون ATmega8 أو ATmega168 أو ATmega328 أو ATmega1280 أو ATmega2560 والتي تختلف عن بعضها بحجم الذاكرة المدمجة.

موصل تسلسلي serial connector

يكون هنالك موصل تسلسلي وهو في معظم اللوحات الحديثة منفذ يو إس بي USB معياري، ويتيح هذا الموصل الاتصال باللوحة عبر جهاز حاسوب والتواصل معها بتحميل برامج جديدة عليها وبرمجتها وغيرها من الإجراءات، كما يمكن تشغيل لوحة أردوينو من خلال منفذ USB مما يلغي الحاجة إلى موصل طاقة منفصل.

عناصر إلكترونية إضافية

تختلف العناصر الإلكترونية المضافة على اللوحة باختلاف إصدارها منها مولد الذبذبات oscillator ومنظم الجهد وغيرها التي توفر إمكانات مهمة للوحة ولكن لا يتعامل معها المستخدم بشكل مباشر.

كيفية برمجة لوحة أردوينو

يبدأ المستخدم الجديد عادة باستخدام بيئة التطوير المتكاملة الرسمية لأردوينو Arduino IDE وهو برنامج مفتوح المصدر مكتوب بلغة Java ويعمل على مجموعة متنوعة من الأنظمة الأساسية مثل ويندوز Windows وماك Mac ولينكس Linux.

تسمح هذه البيئة للمستخدم بكتابة التعليمات البرمجية في بيئة خاصة مع التركيز على التركيب النحوي والقواعدي للشيفرة البرمجية، وغيرها لميزات الأخرى التي تجعل كتابة الشيفرة البرمجية أسهل كما تمكنه بعد ذلك من تحميل هذه الشيفرة بسهولة على لوحة أردوينو عبر منفذ USB بنقرة زر بسيطة لبرمجتها وتنفيذ الشيفرة عليها.

اللغة المستعملة في برمجة أردوينو هي لغة أردوينو وهي مجرد مجموعة من دوال ++C/C أي مشتقة بشكل رئيسي من لغة C و ++C ومن إطار العمل وايرينغ Wiring الذي يعتمد على لغة البرمجة Processing.