البحث في الموقع

سنتعلم في هذا المقال كيفية بناء مشروع أردوينو للتحكم بألوان الإضاءة، ونتعرف على أفكار جديدة تساعدنا على تطوير مهاراتنا الإلكترونية والبرمجية، حيث سنستخدم عناصر بسيطة مثل ليد إضاءة متعدد الألوان من نوع RGB LED، وثلاثة مقاومات متغيرة Potentiometers، ومفتاح ضغط لحظي Push Button، ونربطها جميعًا مع لوحة الأردوينو. فكرة مشروع التحكم بألوان الإضاءة باستخدام الأردوينو Arduino يهدف مشروعنا إلى التحكم في شدة ألوان الإضاءة من خلال مصابيح LED RGB باستخدام لوحة الأردوينو، وهو يعمل وفق ثلاثة أنماط رئيسية: النمط الأول: نضيء الليد بشكل تلقائي وبعدة ألوان مختلفة، ونغير اللون كل فترة زمنية تحدد من خلال مقاومة متغيرة Potentiometer حيث يمكننا تدوير القرص الخاص بها لزيادة أو تقليل الزمن مع الانتباه لأن الزمن لن يتجاوز مجال محدد برمجيًا. النمط الثاني: نولد ألوانًا عشوائية بالضغط على مفتاح الضغط اللحظي Push Button، فعند كل ضغطة على المفتاح تتغير شدة إضاءة اللون الأحمر والأخضر والأزرق عشوائيًا ضمن مجال قيم من 0 إلى 255. النمط الثالث: نحدد شدة إضاءة كل لون من الألوان الأساسية الخاصة بهذا الليد كالأحمر أو الأخضر أو الأزرق من خلال ثلاثة مقاومات متغيرة، وعند تدوير القرص الخاص بكل مقاومة تتغير شدة إضاءة اللون الخاص بهذه المقاومة للحصول على اللون الذي نريده. العناصر المستخدمة لمشروع التحكم بألوان الإضاءة سنستخدم في مشروعنا مجموعة من العناصر الإلكترونية والأدوات وهي كالتالي: لوحة أردوينو أونو Arduino Uno كابل البرمجة USB Cable لوحة توصيل التجارب Breadboard مقياس متعدد Multimeter ليد متعدد الألوان RGB LED من نوع CC عدد 1 مفتاح الضغط اللحظي Push Button عدد 1 مقاومة بقيمة 220 أوم عدد 3 مقاومة متغيرة Potentiometer بقيمة 10 كيلو أوم عدد 3 مجموعة أسلاك توصيل من نوع Male to Male وقد تعرفنا على معظم هذه العناصر في المقالات السابقة من السلسلة، ولكن هناك عنصر جديد لم نتعامل معه بعد، وهو الليد متعدد الألوان RGB LED وسنعرفكم عليه في الفقرات التالية. ما هو الليد متعدد الألوان RGB LED هو عبارة عن ثلاثة ليدات بالألوان الأساسية الأحمر والأخضر والأزرق مدمجة داخليًا في ليد واحد، نستطيع من خلاله الحصول على أي لون نريده عن طريق دمج هذه الألوان الأساسية. فللحصول على اللون الأزرق باستخدام الليد متعدد الألوان يمكننا تشغيل الليد الأزرق بأقصى شدة إضاءة وإطفاء الليدين الأحمر والأخضر، وللحصول على اللون الأبيض يمكننا تشغيل جميع الليدات بأقصى شدة إضاءة ممكنة، وهكذا نستطيع الحصول على أي لون نريده من خلال تحديد شدة إضاءة كل ليد، وبما أن الليدات تكون قريبة من بعضها بشكل كبير فإن عين الإنسان لن تلاحظ الألوان بشكل منفصل عن بعضها نسبيًا وإنما سترى نتيجة دمج إضاءة الليدات الثلاثة مع بعضها. وكنا قد شرحنا في المقال السابق كيفية التحكم بشدة إضاءة الليد وآلية الحصول على جهد متغير من مصدر جهد ثابت من خلال تقنية تعديل عرض النبضة PWM. توضح الصورة الآتية طريقة دمج الألوان الرئيسية مع بعضها وكيفية الحصول على ألوان أخرى: أنواع الليد متعدد اللون RGB LED هناك نوعان من الليدات متعددة الألوان RGB LEDs من حيث البنية وهما: 1. ليد متعددة الألوان بمصاعد مشتركة Common Anodes في الليد متعددة الألوان ذي المصاعد المشتركة Common Anodes أو ما يعرف اختصارًا بالرمز CA، توصل أقطاب المصاعد لجميع الليدات -أي القطب الموجب لكل ليد- مع بعضها البعض، ونتحكم في زيادة شدة إضاءة كل لون من خلال خفض قيمة الجهد الخاص بكل ليد من خلال المتحكم، أما القطب المشترك فينبغي علينا توصيله مع القطب الموجب 5v. 2. ليد متعددة الألوان بمهابط مشتركة Common Cathodes في الليد متعددة الألوان ذي المهابط المشتركة Common Cathodes أو ما يعرف اختصارًا بالرمز CC، نوصل أقطاب المهابط لجميع الليدات -أي القطب السالب لكل ليد- ببعضها، ونتحكم في زيادة شدة إضاءة كل لون من خلال رفع قيمة الجهد الخاص بكل ليد من خلال المتحكم، أما القطب المشترك فعلينا توصيله مع القطب السالب GND. أقطاب الليد متعدد الألوان سواء كان الليد الذي لديك من نوع CA أو CC ستجد أن له أربعة أقطاب وهي: قطب لليد الأحمر Red LED قطب لليد الأخضر Green LED قطب لليد الأزرق Blue LED قطب مشترك Common توضح الصورة الآتية أقطاب الليد في حال كان من نوع CA أو CC كما نلاحظ من الصورة السابقة فالقطب المشترك Common يملك الرجل الأطول دائمًا، ويمكن معرفة نوع الليد الذي لديك باستخدام جهاز القياس المتعدد Multimeter وذلك في وضع فحص الليد وتجريب ما يلي: نوصل القطب المشترك لليد أي أطول رجل مع الطرف الأحمر الموجب للمقياس، ونوصل إحدى الأقطاب الأخرى لليد مع الطرف الأسود السالب للمقياس، في حال إضاءة الليد يكون من نوع مصعد مشترك Common Anode أو CA نوصل القطب المشترك لليد وهي أطول رجل مع الطرف الأسود السالب للمقياس، ونوصل إحدى الأقطاب الأخرى لليد مع الطرف الأحمر الموجب للمقياس، في حال إضاءة الليد يكون من نوع مهبط مشترك Common cathode أو CC مخطط توصيل مشروع التحكم بألوان الإضاءة بعد أن تعرفنا بالتفصيل على الليد متعدد الألوان المستخدم في مشروعنا الحالي، دعنا نوضح الخطوات المطلوبة لتوصيل العناصر والأسلاك مع لوحة الأردوينو Arduino وتحقيق فكرة المشروع كما في الصورة التالية: نصل أقطاب التغذية في لوحة الأردوينو أونو مع لوحة توصيل التجارب BreadBoard، إذ يوصل القطب 5v في لوحة الأردوينو مع المسرى الموجب للوحة التجارب، والقطب GND في لوحة الأردوينو مع المسرى السالب للوحة التجارب من خلال أسلاك التوصيل نصل الرجل الأطول التي تمثل القطب المشترك لليد المتعدد الألوان RGB LED مع المسرى السالب في لوحة توصيل التجارب BreadBoard، حيث أن الليد الذي لدينا من نوع CC نصل الأرجل الخاصة بكل لون الأحمر والأخضر والأزرق من الليد مع الرجل الأولى للمقاومات ذات القيمة 220 أوم الخاصة بكل لون، ونوصل الرجل الأخرى للمقاومات مع الأقطاب 11 و 10 و 9 على الترتيب في لوحة الأردوينو أونو نصل رجل التغذية الأولى Vcc لجميع المقاومات المتغيرة مع بعضها البعض، ومن ثم نوصل رجل التغذية الموجب Vcc لإحدى المقاومات المتغيرة مع المسرى الموجب في لوحة توصيل التجارب BreadBoard نصل رجل التغذية الأخرى Gnd لجميع المقاومات المتغيرة مع بعضها البعض، ومن ثم نوصل رجل التغذية السالبة GND لإحدى المقاومات المتغيرة مع المسرى السالب في لوحة توصيل التجارب BreadBoard نصل رجل إشارة الخرج التشابهي Analog Output والتي تسمى Sig للمقاومة المتغيرة الأولى مع القطب A0 في لوحة الأردوينو أونو نصل رجل إشارة الخرج التشابهي Sig للمقاومة المتغيرة الثانية مع القطب A1 في لوحة الأردوينو أونو نصل رجل إشارة الخرج التشابهي Sig للمقاومة المتغيرة الثالثة مع القطب A2 في لوحة الأردوينو أونو نصل الطرف الأول لمفتاح الضغط اللحظي Push Button مع المسرى السالب للوحة التجارب، ثم نوصل الطرف الثاني للمفتاح Push Button مع القطب رقم 3 في لوحة الأردوينو أونو سنفعّل مقاومة الرفع الداخلية على القطب رقم 3 للمتحكم الموجود في لوحة الأردوينو برمجيًا، لذا لا داعي لتوصيل مقاومة رفع Pull-Up أو مقاومة خفض Pull-Down مع مفتاح الضغط اللحظي Push Button الكود البرمجي لمشروع التحكم بألوان الإضاءة في أردوينو سنعرف مجموعة من الماكرو في بداية الكود البرمجي لتحديد أرقام الأقطاب الرقمية لمفتاح الضغط اللحظي Push Button والليد متعدد الألوان RGB LED وأرقام الأقطاب التشابهية للمقاومات المتغيرة الثلاثة، وقد شرحنا كيفية استخدام الماكرو في مقال سابق في هذه السلسلة يمكنك الرجوع إليه من خلال مقال تخمين عدد مرات وميض الليد باستخدام الأردوينو Arduino كما يمكنك الاطلاع أكثر على مفهوم الماكرو وأنواعه من خلال مقال الماكرو Macro والمعالج المسبق Preprocessor في لغة سي C #define RED_LED 11 #define GREEN_LED 10 #define BLUE_LED 9 #define RED_Pot A0 #define GREEN_Pot A1 #define BLUE_Pot A2 #define BUTTON 3 سنعرف بعد ذلك متغير Mode من نوع عدد صحيح int بقيمة ابتدائية تساوي 1، وظيفة هذا المتغير تحديد نمط عمل المشروع، حيث أن لدينا ثلاثة أنماط كما ذكرنا سابقًا، بالتالي ستكون قيمته إما 1 أو 2 أو 3. int MODE = 1; سنضبط نوع الأقطاب في الدالة الرئيسية ()setup من خلال الدالة المدمجة ()pinMode التي تأخذ وسيطين الأول رقم القطب والثاني نوع القطب إما خرج OUTPUT أو دخل INPUT، حيث أن الأقطاب الخاصة بالليد متعدد الألوان هي أقطاب خرج OUTPUT، وسيُضبَط القطب الخاص بالمفتاح كقطب دخل مع تفعيل مقاومة الرفع الداخلية INPUT_PULLUP، أما أقطاب المقاومات المتغيرة ستكون أقطاب دخل INPUT ومن الممكن عدم ضبط نوع أقطاب المقاومات لأن الحالة الافتراضية لجميع الأقطاب في بيئة الأردوينو هي أقطاب دخل INPUT. void setup() { pinMode(RED_LED, OUTPUT); pinMode(GREEN_LED, OUTPUT); pinMode(BLUE_LED, OUTPUT); pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP); } بعدها سنعرف دالة باسم ()setColor هدفها عدم تكرار كتابة التعليمات البرمجية الخاصة بتشغيل الليد ثلاث مرات فهناك ثلاثة أقطاب لليد، وإنما سنستخدم هذه الدالة من خلال سطر برمجي واحد، وتأخذ هذه الدالة ثلاثة وسطاء هي قيم شدة إضاءة الألوان الثلاث الأحمر والأخضر والأزرق على الترتيب، سنستدعي داخل هذه الدالة الدالة المدمجة ()analogWrite لتوليد إشارة PWM لكل لون، والتي تأخذ بدورها وسيطين الأول رقم القطب Pin والثاني دورة العمل Duty Cycle وتكون ضمن المجال من 0 وحتى 255. void setColor(int red, int green, int blue) { analogWrite(RED_LED, red); analogWrite(GREEN_LED, green); analogWrite(BLUE_LED, blue); } كما سنُعرّف دالة جديدة باسم ()GET_MODE، مسؤولة عن تحديد نمط عمل الجهاز بناءً على مدة الضغط على المفتاح اللحظي. سنعرّف داخل هذه الدالة، متغيرًا باسم Time من نوع عدد صحيح int بقيمة ابتدائية تساوي صفر. بعدها سنفحص من خلال الحلقة التكرارية ()while حالة المفتاح فالحلقة تستمر في العمل طالما زمن الضغط أقل من 1 ثانية. فإذا كانت قيمة Time تساوي صفر أي أن المفتاح مضغوط، سنزيد قيمة المتغير Time بمقدار 10. بعد ذلك، سنضيف تأخير زمني قدره 10 مللي ثانية باستخدام الدالة المدمجة ()delay. إذا استمر الضغط على المفتاح لمدة 1000 مللي ثانية أي عندما تصل قيمة المتغير Time إلى 1000، سيومض الليد باللون الأحمر عدة مرات كمؤشر للمستخدم لتغيير النمط. بعد ذلك سنزيد قيمة متغير النمط Mode بمقدار 1. إذا أصبحت قيمة المتغير Mode أكبر من 3، سنعيد قيمته إلى 1. وأخيرًا، نخرج من الحلقة التكرارية while. أما إذا كانت قيمة المتغير Time أقل من 1000، فسنستمر في التكرار داخل الحلقة. void GET_MODE(){ int Time = 0; while(!digitalRead(BUTTON)){ Time+=10; delay(10); if(Time == 1000){ setColor(255, 0, 0); delay(500); setColor(0, 0, 0); delay(500); setColor(255, 0, 0); delay(500); setColor(0, 0, 0); delay(500); MODE++; if(MODE > 3) MODE = 1; break; } } } سنستدعي في بداية الدالة التكرارية ()loop الدالة ()GET_MODE لتحديث قيمة المتغير الخاص بالنمط MODE، ومن ثم نتحقق من قيمة هذا المتغير باستخدام العبارة الشرطية ()if على النحو التالي: في حال قيمة MODE تساوي 1: يعمل المشروع وفق النمط الأول، وفيه نعرّف متغير Delay_Speed من نوع صحيح int لتخزين التأخير الزمني بين إضاءة كل لون والآخر، ونحصل على قيمة التأخير الزمني من خلال قراءة قيمة المقاومة المتغيرة الأولى الموصولة على القطب A0 من خلال الدالة ()analogRead التي تأخذ وسيطًا واحدًا Pin وهو رقم القطب الموصول عليه العنصر التشابهي، وتعيد قيمة عددية صحيحة ضمن المجال من 0 إلى 1023 تمثل القيمة الرقمية المقابلة لقيمة الجهد الموصول على القطب المحدد Pin. بعدها نحول المجال من 0-1023 إلى 100-1500 مللي ثانية من خلال الدالة ()map، وبعد ذلك سنشغّل الليد باستدعاء الدالة ()setColor بعدة ألوان مختلفة. في حال قيمة MODE تساوي 2: يعمل المشروع وفق النمط الثاني، سنتحقق في هذا النمط من حالة المفتاح في حال كان مضغوط سنولد ثلاثة قيم عشوائية ضمن المجال 0-255 باستخدام الدالة ()random التي تأخذ وسيطين الأول أصغر قيمة للرقم، والثاني هو أكبر قيمة للرقم، وتعيد رقم عشوائي من نوع long خاص بقيم الألوان الثلاث الأحمر والأخضر والأزرق، ومن ثم سنشغل الليد باستدعاء الدالة ()setColor مع تمرير القيم السابقة له، وهكذا يضيء الليد بشكل عشوائي في كل مرة يُضغط المفتاح. في حال قيمة MODE تساوي 3: يعمل المشروع وفق النمط الثالث، وفي هذا النمط سنعرف ثلاثة متغيرات خاصة بتخزين قيم قراءات المقاومات المتغيرة الثلاث، وسنعمل على تحويل الدقة من 10 بت وهي دقة المبدل التناظري إلى رقمي ADC، إلى 8 بت وهي دقة تعديل عرض النبضة PWM. وذلك عن طريق إزاحة القيم بمقدار 2 بت نحو اليمين. ومن ثم تشغيل الليد باستدعاء الدالة الخاصة ()setColor وتمرير المتغيرات الثلاثة التي تحتوي على قيم كل لون. void loop() { GET_MODE(); if(MODE == 1){ int Delay_Speed = map(analogRead(RED_Pot), 0, 1023, 100, 1500); setColor(255, 0, 0); // Red delay(Delay_Speed); setColor(255, 255, 0); // Yellow delay(Delay_Speed); setColor(0, 255, 0); // Green delay(Delay_Speed); setColor(0, 255, 255); // Cyan delay(Delay_Speed); setColor(0, 0, 255); //Blue delay(Delay_Speed); setColor(255, 0, 255); //Magenta delay(Delay_Speed); } else if(MODE == 2){ if (!digitalRead(BUTTON)){ int Red = random(0, 255); int green = random(0, 255); int blue = random(0, 255); setColor(Red, green, blue); } } else if(MODE == 3){ int RED_POT_VAL = analogRead(RED_Pot) >> 2; int GREEN_POT_VAL = analogRead(GREEN_Pot) >> 2; int BLUE_POT_VAL = analogRead(BLUE_Pot) >> 2; setColor(RED_POT_VAL, GREEN_POT_VAL, BLUE_POT_VAL); } } الكود البرمجي النهائي للمشروع فيما يلي الكود الكامل لمشروع التحكم بألوان الإضاءة باستخدام الأردوينو Arduino: #define RED_LED 11 #define GREEN_LED 10 #define BLUE_LED 9 #define RED_Pot A0 #define GREEN_Pot A1 #define BLUE_Pot A2 #define BUTTON 3 int MODE = 1; void setup() { pinMode(RED_LED, OUTPUT); pinMode(GREEN_LED, OUTPUT); pinMode(BLUE_LED, OUTPUT); pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP); Serial.begin(9600); } void loop() { GET_MODE(); if(MODE == 1){ int Delay_Speed = map(analogRead(RED_Pot), 0, 1023, 100, 1500); setColor(255, 0, 0); // Red delay(Delay_Speed); setColor(255, 255, 0); // Yellow delay(Delay_Speed); setColor(0, 255, 0); // Green delay(Delay_Speed); setColor(0, 255, 255); // Cyan delay(Delay_Speed); setColor(0, 0, 255); //Blue delay(Delay_Speed); setColor(255, 0, 255); //Magenta delay(Delay_Speed); } else if(MODE == 2){ if (!digitalRead(BUTTON)){ int Red = random(0, 255); int green = random(0, 255); int blue = random(0, 255); setColor(Red, green, blue); } } else if(MODE == 3){ int RED_POT_VAL = analogRead(RED_Pot) >> 2; int GREEN_POT_VAL = analogRead(GREEN_Pot) >> 2; int BLUE_POT_VAL = analogRead(BLUE_Pot) >> 2; setColor(RED_POT_VAL, GREEN_POT_VAL, BLUE_POT_VAL); } } void setColor(int red, int green, int blue) { analogWrite(RED_LED, red); analogWrite(GREEN_LED, green); analogWrite(BLUE_LED, blue); } void GET_MODE(){ int Time = 0; while(!digitalRead(BUTTON)){ Time+=10; delay(10); if(Time == 1000){ setColor(255, 0, 0); delay(500); setColor(0, 0, 0); delay(500); setColor(255, 0, 0); delay(500); setColor(0, 0, 0); delay(500); MODE++; if(MODE > 3) MODE = 1; break; } } } محاكاة مشروع التحكم بألوان الإضاءة بالأردوينو سنتبع نفس الخطوات التي تعلمناها في مقال التحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED باستخدام الأردوينو Arduino للوصول الى الصفحة الخاصة بمحاكاة مشروعنا على موقع وكوي Wokwi: نضيف العناصر الإلكترونية اللازمة للمشروع وهي المقاومة المتغيرة Potentiometer، والليد متعدد الألوان RGB LED، ولوحة التجارب BreadBoard، وزر الضغط Push Button، والمقاومات Resistors. نغيّر قيم مقاومات الليد إلى 220 أوم من خلال الضغط عليها فتظهر لنا نافذة في الأعلى تمكننا من تغير القيمة والواحدة. يمكن بالطريقة نفسها تغيير نوع الليد Anode أو Cathode من خلال الضغط عليه فتظهر نافذة بالأعلى نستطيع من خلالها تحديد النوع. نرتب العناصر على لوحة التجارب بالشكل الذي نراه مناسبًا، ثم نصل العناصر بعضها ببعض حسب مخطط التوصيل الذي عرضناه سابقًا. نكتب الكود البرمجي في الجزء الخاص به ثم نشغل المحاكاة، ونلاحظ الحالات الآتية: في البداية سيضيء الليد بعدة ألوان مختلفة بشكل متكرر كل فترة معينة، ندور القرص الخاص بالمقاومة المتغيرة الأولى الموصولة على القطب A0 نحو اليمين سنلاحظ عندها أن فترة الإنتقال من لون إلى آخر أصبحت أبطأ، وفي حال تدوير القرص نحو اليسار سنلاحظ أن فترة الانتقال من لون لآخر أصبحت أسرع نضغط على المفتاح بشكل مستمر لمدة 1 ثانية ولاحظ أن الليد يومض باللون الأحمر عدة مرات وهذا يدل على الانتقال من النمط الأول إلى النمط الثاني، سيضئ عندها الليد بلون عشوائي، وعند الضغط اللحظي في كل مرة على المفتاح سيتغير اللون بشكل عشوائي نضغط على المفتاح بشكل مستمر مرة أخرة حتى يومض الليد باللون الأحمر عدة مرات للانتقال من النمط الثاني إلى النمط الثالث، ثم ندور أقراص المقاومات المتغيرات الثلاث نحو أقصى اليسار لإطفاء الليد، ومن ثم ندور القرص الخاص بالمقاومة المتغيرة الأولى نحو اليمين سيضيء الليد عندها باللون الأحمر، وبتدوير القرص الخاص بالمقاومة المتغيرة الثانية نحو اليمين أيضًا بشكل تدريجي سيُدمج اللون الأخضر مع اللون الأحمر بحسب دوران القرص، وبنفس الطريقة نستطيع تدوير القرص الخاص بالمقاومة المتغيرة الثالثة لإضافة اللون الأزرق والحصول على أي لون نريده عند الضغط على المفتاح بشكل مستمر مرة أخرى سيعود الجهاز إلى النمط الأول الخلاصة وصلنا لنهاية مقالنا الذي شرحنا فيه خطوات بناء مشروع للتحكم بألوان الإضاءة باستخدام أردوينو Arduino، واستعرضنا كيفية توصيل العناصر المطلوبة، بما في ذلك لوحة الأردوينو والليد والمقاومات والمفتاح اللحظي،وكتبنا الكود البرمجي اللازم لتحقيق منطق المشروع، وأخيرًا نفذنا مشروعنا من خلال محاكاته على منصة وكوي Wokwi وجربنا الحالات المختلفة لاختباره. اقرأ أيضًا المقال السابق: التحكم بعدد الليدات المضاءة وشدة إضاءتها باستخدام أردوينو التحكم بالليد LED باستخدام مفتاح الضغط اللحظي Push Button والأردوينو Arduino دوال التحكم بأرجل الدخل والخرج التشابهي في أردوينو إضاءة زينة بأنماط مختلفة باستخدام الأردوينو Arduino

سنشرح في هذا المقال كيفية بناء نظام بسيط يسمح للمستخدم بالتحكم بعدد الليدات المضاءة وشدة إضاءتها، وسنتعلم ما هي العناصر الأساسية اللازمة لتنفيذ المشروع، وكيفية توصيلها وبرمجتها خطوة بخطوة، كما سنستعرض بعض المفاهيم المهمة في مجال الإلكترونيات وبرمجة المتحكمات والأنظمة المدمجة مثل المقاومة المتغيرة Potentiometer، والمبدل التشابهي الرقمي ADC، وتقنية تعديل عرض النبضة PWM. فكرة مشروع التحكم بعدد الليدات المضاءة وشدة إضاءتها يحتوي المشروع على أربعة ليدات LEDs يتحكم المستخدم بها من خلال عنصر المقاومة المتغيرة Potentiometer، وسنحتاج هنا لمقاومتين الأولى خاصة بتحديد عدد الليدات المضاءة بحيث يستطيع المستخدم تدوير قرص هذه المقاومة لزيادة أو إنقاص عدد الليدات المضاءة، والثانية خاصة بتحديد شدة إضاءة هذه الليدات ويستطيع المستخدم تدوير قرص هذه المقاومة لزيادة أو إنقاص شدة إضاءة الليدات. مثلًا، إذا كان قرص المقاومة الأولى نحو المنتصف وقرص المقاومة الثانية نحو النهاية في هذه الحالة سيضيء اثنان من الليدات فقط وبشدة إضاءة كاملة 100%، وفي حال كان قرص المقاومة الأولى نحو النهاية وقرص المقاومة الثانية نحو المنتصف عندها ستضيء جميع الليدات بنصف شدة الإضاءة 50%، أما إذا كان قرص المقاومة الأولى أو المقاومة الثانية نحو البداية ستنطفئ جميع الليدات أيًا كان موضع قرص المقاومة الأخرى. العناصر المستخدمة للمشروع سنستخدم مجموعة من العناصر الإلكترونية والأدوات وهي: لوحة أردوينو أونو Arduino Uno كابل البرمجة USB Cable لوحة توصيل التجارب Breadboard ليد أحمر Red LED عدد 4 مقاومة 220 أوم عدد 4 مقاومة متغيرة Potentiometer بقيمة 10 كيلو أوم عدد 2 مجموعة أسلاك توصيل من نوع Male to Male ما هي المقاومة المتغيرة Potentiometer هي إحدى أنواع المقاومات الإلكترونية، وتستخدم كعنصر دخل مع الأردوينو والمتحكمات للحصول على إشارة تشابهية، إذ يمكن تغيير قيمتها بشكل يدوي ضمن مجال من القيم عند تدوير القرص الإسطواني الخاص بها نحو اليمين أو اليسار، وتحتوي على ثلاثة أرجل وهي: رجل التغذية الموجب Vcc رجل الخرج التشابهي Sig رجل التغذية السالب Gnd تعمل المقاومة المتغيرة بنفس مبدأ عمل مقسّم الجهد فيمكن تخيل المقاومة المتغيرة على أنها مقاومتان متصلتان ببعضهما على التسلسل، حيث أن الرجل الأولى للمقاومة الأولى هي رجل التغذية الموجب Vcc، والرجل الثانية للمقاومة الثانية هي رجل التغذية السالب Gnd، أما النقطة المشتركة بين الرجل الثانية للمقاومة الأولى والرجل الأولى للمقاومة الثانية هي رجل الخرج التشابهي Sig كما هو موضح في الصورة الآتية: وعند تدوير القرص الخاص بالمقاومة المتغيرة Potentiometer فإن نسبة المقاومة الأولى ستزيد أو تنقص بالنسبة للمقاومة الثانية بحسب جهة تدوير القرص، بالتالي ستتغير قيمة جهد الخرج ضمن مجال لا يتجاوز جهد التغذية، فعندما تكون المقاومة المتغيرة في المنتصف أي قيمة المقاومة الأولى مماثلة مع قيمة المقاومة الثانية فإن قيمة جهد الخرج سيكون مساويًا لنصف قيمة جهد التغذية. المبدل التشابهي الرقمي Analog to Digital Converter هو أحد أهم الأجزاء الموجودة في لوحة الأردوينو ويعرف اختصارًا ADC، يسمح بتحويل الإشارات التشابهية إلى إشارات رقمية يستطيع الأردوينو قراءتها والتعامل معها، ويستخدم في العديد من التطبيقات مثل قياس درجة الحرارة وقياس شدة الإضاءة وقياس التيار والجهد الكهربائي وغيرها من الإشارات التشابهية. تحتوي لوحة أردوينو أونو على 6 أقطاب تشابهية من A0 وحتى A5 كما شرحنا في مقال التعرف على أساسيات الأردوينو وتجهيز بيئة العمل، ويمكن استخدام هذه الأقطاب لقراءة الإشارات التشابهية ضمن المجال من 0 إلى 5 فولت وتجدر الإشارة لأن قيمة الإشارة التشابهية لا يجب أن تتجاوز هذا المجال وإلا ستؤدي إلى حدوث خلل في المتحكم، ويعد المبدل التشابهي الرقمي الموجود في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno بدقة 10 بت، مما يعني أنه يمكن تحويل قيمة الجهد التي تقع بين 0 و 5 فولت إلى قيمة عددية صحيحة مقابلة لها تقع بين 0 و 1023 وبالتالي تكون دقة عمليات قراءة القيم التشابهية هي 1024/ 5 أو 0.0049 فولط بكل وحدة رقمية. توصيل المقاومة المتغيرة Potentiometer مع الأردوينو Arduino سنوضح في هذا الجزء طريقة ربط المقاومة المتغيرة مع الأردوينو من خلال مثال بسيط يقرأ القيم التشابهية من خرج المقاومة المتغيرة من خلال القطب رقم A0 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno ومن ثم عرضها على نافذة الاتصال التسلسلية Serial Monitor ونافذة Serial Plotter. لإجراء التوصيل الخاص بهذا المثال في البداية سنصل أرجل التغذية Vcc, Gnd للمقاومة المتغيرة مع القطب 5v والقطب GND في لوحة الأردوينو، وليس هناك فرق في حال أجرينا التوصيل بشكل معاكس لأن المقاومة ليس لها قطبية فستختلف جهة التدوير فقط، ومن ثم سنصل رجل الخرج التشابهي Sig للمقاومة المتغيرة مع القطب A0 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno. لكتابة الكود البرمجي، سنفعّل واجهة الاتصال التسلسلية Serial Communication داخل الدالة الرئيسية ()setup باستدعاء التابع Serial.begin()‎ الذي يأخذ وسيطين الأول أساسي وهو سرعة نقل البيانات Baud rate بمعدل بت في الثانية وسنختار هنا القيمة 9600، والثاني اختياري وهو خاص بضبط الإعدادات config الأخرى لواجهة الاتصال ويمكن تركه فارغًا حيث يأخذ الضبط الافتراضي SERIAL_8N1 في هذه الحالة. أما في الدالة التكرارية ()loop فسنعرف متغير صحيح من نوع int تخزن فيه قيمة قراءة المبدل التشابهي الرقمي ADC من خلال الدالة المدمجة analogRead()‎‎ التي تأخذ وسيطًا واحدًا Pin وهو رقم القطب الموصول عليه العنصر التشابهي وقيمته من A0 إلى A5 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno وتعيد قيمة عددية صحيحة ضمن المجال 0 إلى 1023 وتمثل القيمة الرقمية المقابلة لقيمة الجهد الموصول على القطب المحدد Pin، ومن ثم سنطبع هذه القيمة على نافذة الاتصال التسلسلي باستدعاء الدالة ()Serial.println، وفي النهاية سنستخدم الدالة ()delay لعمل تأخير زمني حيث نمرر لها الزمن المطلوب بواحدة ميللي ثانية ms. void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { int Val = analogRead(A0); Serial.println(Val); delay(100); } بعد توصيل لوحة الأردوينو مع الحاسوب ورفع الكود البرمجي، سنذهب إلى قائمة أدوات Tools ومن ثم نختار أداة Serial Plotter لإظهار القيم على شكل منحني بياني أو Serial Monitor لعرضها على شكل قيم رقمية، والآن جرب تدوير القرص الخاص بالمقاومة المتغيرة نحو اليمين أو اليسار ستلاحظ أن القراءات ستتغير ولكنها لن تتجاوز المجال 0 إلى 1023. تقنية تعديل عرض النبضة تعرف تقنية عرض النبضة Pulse Width Modulation أو ما بيعرف اختصارًا PWM، بأنها تقنية تستخدم للحصول على جهد بقيمة متغيرة من مصدر جهد رقمي ذي قيمة ثابتة، حيث تتولد إشارة مربعة يكون فيها عرض النبضة متغيرًا وتردد الإشارة الناتجة ثابت، وتستخدم هذه التقنية في تطبيقات عديدة أشهرها التحكم بسرعة محرك والتحكم بشدة الإضاءة. كي تتمكن من فهم تقنية PWM جيدًا نحتاج أولًا لمعرفة مفهومين مهمين: الأول هو التردد Frequency، والثاني هو دورة العمل Duty Cycle. التردد Frequency هو عبارة عن عدد مرات تكرار الإشارة في الثانية الواحدة، مثلا عندما نقول أنه لدينا إشارة بتردد 5 هرتز هذا يعني أن الإشارة تتكرر 5 مرات خلال ثانية واحدة. دورة العمل Duty Cycle أي إشارة رقمية تتكون من فترة تشغيل HIGH وفترة إيقاف LOW، وتعرف فترة التشغيل بالنسبة للإشارة الكلية بدورة العمل Duty Cycle، وتحسب من العلاقة التالية: Duty Cycle [%] = (Ton/(Ton+Toff)) × 100 ومن خلال تكرار حدوث فترة التشغيل HIGH وفترة الإيقاف LOW بتردد مناسب وبنسبة تشغيل Duty Cycle محددة سنحصل على قيمة جهد متغير تحدد قيمته من خلال دورة العمل Duty Cycle ويحسب من العلاقة الآتية: Vout = Vmax × Duty Cycle [%] مثال: إذا أردنا الحصول على جهد متغير بقيمة 2 فولت من مصدر جهد ثابت يعطي 5 فولت عند فترة التشغيل HIGH و 0 فولت عند فترة الإيقاف LOW، نستطيع استخدام تقنية تعديل عرض النبضة PWM بنسبة تشغيل 40% من الزمن للحصول على قيمة الجهد المطلوبة. Vout = 5v × 40% = 2v تحتوي لوحة أردوينو أونو Arduino Uno على 6 أقطاب يمكنها توليد إشارة PWM بدقة 8 بت، أي أنها تستطيع تقسيم دورة العمل Duty Cycle إلى 256 قيمة من 0 والتي تكافئ نسبة تشغيل 0% وحتى 255 التي تكافئ نسبة تشغيل 100%، وأرقام هذه الأقطاب هي 3، 5، 6، 9، 10، 11، ويمكن معرفة هذه الأقطاب أيضًا من خلال وجود الرمز ~ بجانب كل قطب منها. التحكم بشدة إضاءة ليد LED باستخدام الأردوينو Arduino سنوضح طريقة التحكم بشدة إضاءة ليد LED مع لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno من خلال مثال بسيط يعطي قيم مختلفة من دورة العمل Duty Cycle بدءًا من 0% التي ينطفئ الليد عندها وحتى 100% التي يضيء الليد عندها بشكل كامل. لإجراء التوصيل الخاص بهذا المثال في البداية صل الرجل الأطول لليد التي تمثل الطرف الموجب مع القطب رقم 11 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno، ومن ثم صل الرجل الثانية لليد التي تمثل الطرف السالب مع القطب السالب في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno . في الدالة الرئيسية ()setup سنضبط القطب رقم 11 على أنه قطب خرج OUTPUT من خلال الدالة ()pinMode التي تأخذ وسيطين الأول رقم القطب والثاني نوع القطب خرج OUTPUT أو دخل INPUT. أما في الدالة التكرارية ()loop فسنستخدم الدالة ()analogWrite لتوليد إشارة PWM، والتي تأخذ وسيطين الأول رقم القطب Pin والثاني دورة العمل Duty Cycle وتكون ضمن المجال من 0 وحتى 255 كما ذكرنا سابقًا، مع إضافة تأخير زمني بين كل نسبة تشغيل والأخرى. void setup () { pinMode(11, OUTPUT); } void loop() { analogWrite(11, 0); delay(500); analogWrite(11, 100); delay(500); analogWrite(11, 200); delay(500); analogWrite(11, 255); delay(500); } بعد توصيل لوحة الأردوينو مع الحاسوب ورفع الكود البرمجي نلاحظ تغيرات إضاءة الليد، ستزداد شدة الإضاءة كل نصف ثانية حتى تصل إلى الشدة العظمى ومن ثم ستعيد من الصفر. مخطط توصيل مشروع التحكم بشدة وعدد الإضاءة لنتبع الخطوات الآتية في عملية توصيل العناصر والأسلاك مع لوحة الأردوينو Arduino وتنفيذ فكرة مشروعنا: نصل أقطاب التغذية في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno مع لوحة توصيل التجارب BreadBoard، إذ يوصل القطب 5v في لوحة أردوينو مع المسرى الموجب للوحة التجارب، والقطب GND في اللوحة مع المسرى السالب للوحة التجارب من خلال أسلاك التوصيل نصل الرجل القصيرة التي تمثل الطرف السالب لجميع الليدات مع المسرى السالب في لوحة توصيل التجارب BreadBoard نصل الرجل الأطول التي تمثل الطرف الموجب لكل ليد من الليدات مع الرجل الأولى للمقاومة ذات القيمة 220 أوم الخاصة بكل ليد، والرجل الأخرى للمقاومة سنوصلها مع الأقطاب 5 و 6 و 9 و 10 على الترتيب في لوحة أردوينو أونو نصل أرجل التغذية Vccو Gnd للمقاومة المتغيرة الأولى والثانية مع المسرى الموجب والسالب في لوحة توصيل التجارب، وليس هناك فرق في حال تم التوصيل بشكل معاكس فالمقاومة ليس لها قطبية نصل رجل الخرج التشابهي Sig للمقاومة المتغيرة الأولى مع القطب A0 في لوحة الأردوينو أونو نصل رجل الخرج التشابهي Sig للمقاومة المتغيرة الثانية مع القطب A1 في لوحة الأردوينو أونو الكود البرمجي لمشروع التحكم بشدة وعدد الإضاءة باستخدام الأردوينو Arduino سنعرّف في بداية الكود مجموعة من الماكرو خاصة بأرقام الأقطاب الرقمية لليدات وأرقام الأقطاب التشابهية للمقاومات المتغيرة الأولى والثانية، وقد شرحنا كيفية استخدام الماكرو في مقال تخمين عدد مرات وميض الليد باستخدام الأردوينو Arduino كما يمكنك الاطلاع أكثر على مفهوم الماكرو وأنواعه من خلال مقال الماكرو Macro والمعالج المسبق Preprocessor في لغة سي C #define Red_Led_One 5 #define Red_Led_Two 6 #define Red_Led_Three 9 #define Red_Led_Four 10 #define Sig_One A0 #define Sig_Two A1 سنضبط هذه الأقطاب في الدالة الرئيسية ()setup من خلال الدالة()pinMode، فجميع الأقطاب الخاصة بالليدات هي أقطاب خرج OUTPUT، أما أقطاب المقاومات المتغيرة ستكون أقطاب دخل INPUT، ومن الممكن عدم ضبطها نوع أقطاب المقاومات لأن الحالة الإفتراضية لجميع الأقطاب في بيئة الأردوينو هي أقطاب دخل INPUT. void setup() { pinMode(Red_Led_One, OUTPUT); pinMode(Red_Led_Two, OUTPUT); pinMode(Red_Led_Three, OUTPUT); pinMode(Red_Led_Four, OUTPUT); } وفي الدالة التكرارية ()loop سنعرف متغيرين من نوع عدد صحيح int، الأول Number_Of_LEDs خاص بتخزين قيمة إشارة المقاومة المتغيرة الأولى المسؤولة عن تحديد عدد الليدات التي ستضيء، والثاني Brightness خاص بتخزين قيمة إشارة المقاومة الثانية المسؤولة عن تحديد شدة إضاءة الليدات، وتُقرأ القيمة التشابهية للمقاومات من خلال الدالة المدمجة ()analogRead void loop() { int Number_Of_LEDs = analogRead(Sig_One); int Brightness = analogRead(Sig_Two); بما أن المبدل التشابهي بدقة 10 بت بالتالي سيكون مجال القيم من 0 إلى 1023 ولكن هنا لدينا فقط أربعة ليدات لذلك نريد تحويل المجال 0 إلى 1023 إلى المجال 0 إلى 4 وذلك من خلال العلاقة 1023/(Value1*4)، كذلك الأمر بالنسبة لشدة الإضاءة نريد تحويل المجال 0 إلى 1023 إلى المجال 0 إلى 255، بما أن دقة PWM الموجودة في لوحة الأردوينو أونو هي 8 بت فقط سنستخدم العلاقة (1023/(255*Value2) للتحويل إلى المجال المطلوب Number_Of_LEDs = (Number_Of_LEDs * 4) / 1023; Brightness = (Brightness * 255) / 1023; سنستخدم بعد ذلك العبارة الشرطية ()if للتحقق من قيمة المتغير Number_Of_LEDs ووفقًا لقيمته سنحدد عدد الليدات التي ستضيء، أما لتحديد شدة إضاءة الليدات سنستخدم الدالة المدمجة ()analogWrite للتحكم بتشغيل وإطفاء الليدات بدلًا من الدالة المدمجة ()digitalWrite التي استخدمناها في المشاريع السابقة لأننا نريد أن تكون إضاءة الليدات بشدة محددة if(Number_Of_LEDs == 0){ analogWrite(Red_Led_One, 0); analogWrite(Red_Led_Two, 0); analogWrite(Red_Led_Three, 0); analogWrite(Red_Led_Four, 0); } else if(Number_Of_LEDs == 1){ analogWrite(Red_Led_One, Brightness); analogWrite(Red_Led_Two, 0); analogWrite(Red_Led_Three, 0); analogWrite(Red_Led_Four, 0); } else if(Number_Of_LEDs == 2){ analogWrite(Red_Led_One, Brightness); analogWrite(Red_Led_Two, Brightness); analogWrite(Red_Led_Three, 0); analogWrite(Red_Led_Four, 0); } else if(Number_Of_LEDs == 3){ analogWrite(Red_Led_One, Brightness); analogWrite(Red_Led_Two, Brightness); analogWrite(Red_Led_Three, Brightness); analogWrite(Red_Led_Four, 0); } else if(Number_Of_LEDs == 4){ analogWrite(Red_Led_One, Brightness); analogWrite(Red_Led_Two, Brightness); analogWrite(Red_Led_Three, Brightness); analogWrite(Red_Led_Four, Brightness); } } الكود البرمجي النهائي لمشروع التحكم بشدة وعدد الإضاءة بالأردوينو فيما يلي الكود البرمجي النهائي لتنفيذ مشروعنا: #define Red_Led_One 5 #define Red_Led_Two 6 #define Red_Led_Three 9 #define Red_Led_Four 10 #define Sig_One A0 #define Sig_Two A1 void setup() { pinMode(Red_Led_One, OUTPUT); pinMode(Red_Led_Two, OUTPUT); pinMode(Red_Led_Three, OUTPUT); pinMode(Red_Led_Four, OUTPUT); } void loop() { int Number_Of_LEDs = analogRead(Sig_One); int Brightness = analogRead(Sig_Two); Number_Of_LEDs = (Number_Of_LEDs * 4) / 1023; Brightness = (Brightness * 255) / 1023; if(Number_Of_LEDs == 0){ analogWrite(Red_Led_One, 0); analogWrite(Red_Led_Two, 0); analogWrite(Red_Led_Three, 0); analogWrite(Red_Led_Four, 0); } else if(Number_Of_LEDs == 1){ analogWrite(Red_Led_One, Brightness); analogWrite(Red_Led_Two, 0); analogWrite(Red_Led_Three, 0); analogWrite(Red_Led_Four, 0); } else if(Number_Of_LEDs == 2){ analogWrite(Red_Led_One, Brightness); analogWrite(Red_Led_Two, Brightness); analogWrite(Red_Led_Three, 0); analogWrite(Red_Led_Four, 0); } else if(Number_Of_LEDs == 3){ analogWrite(Red_Led_One, Brightness); analogWrite(Red_Led_Two, Brightness); analogWrite(Red_Led_Three, Brightness); analogWrite(Red_Led_Four, 0); } else if(Number_Of_LEDs == 4){ analogWrite(Red_Led_One, Brightness); analogWrite(Red_Led_Two, Brightness); analogWrite(Red_Led_Three, Brightness); analogWrite(Red_Led_Four, Brightness); } } محاكاة مشروع التحكم بشدة وعدد الإضاءة باستخدام الأردوينو سنتبع نفس الخطوات التي تعلمناها في مقال التحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED باستخدام الأردوينو Arduino للوصول الى الصفحة الخاصة بمحاكاة المشروع على موقع وكوي Wokwi نضيف العناصر الإلكترونية اللازمة للمشروع وهي المقاومة المتغيرة Potentiometer و والليدات LEDs والمقاومات Resistors ولوحة التجارب BreadBoard. نغيّر قيمة مقاومة الليدات إلى 220 أوم من خلال الضغط عليها فتظهر لنا نافذة في الأعلى تمكننا من تغير القيمة والواحدة. بالطريقة نفسها يمكننا تغير ألوان الليدات من خلال الضغط عليها فتظهر نافذة بالأعلى نستطيع من خلالها اختيار اللون. نرتب العناصر على لوحة التجارب بالشكل الذي نراه مناسبًا، ثم نصل العناصر بعضها ببعض حسب مخطط التوصيل الذي عرضناه سابقًا. لنكتب الكود البرمجي في الجزء الخاص به ثم نشغل المحاكاة، ونلاحظ الحالات الآتية: ندور القرص الخاص بالمقاومة المتغيرة الأولى والثانية نحو أقصى اليسار، ونلاحظ أن جميع ستكون الليدات منطفئة في هذه الحالة ندور القرص الخاص بالمقاومة الأولى نحو اليمين بشكل تدريجي إلى أن يصل إلى أقصى اليمين، ونلاحظ أن جميع الليدات لا تزال منطفئة وذلك لأن قيمة المقاومة المتغيرة الثانية المسؤولة عن شدة إضاءة الليدات هي صفر عند تدوير القرص الخاص بالمقاومة المتغير الثانية نحو اليمين بشكل تدريجي، ستبدأ الليدات بالإضاءة بشدة متزايدة إلى أن يصل القرص إلى النهاية عندها ستضيء الليدات بالشدة الكاملة الآن بعد إضاءة الليدات بالشدة الكاملة، ندور القرص الخاص بالمقاومة المتغيرة الأولى نحو اليسار بشكل تدريجي ونلاحظ أن عدد الليدات المضاءة سيتناقص بشكل تدريجي إلى أن يصل القرص إلى البداية عندها ستنطفئ جميع الليدات الخاتمة بهذا نكون قد وصلنا لنهاية مقالنا الذي تعلمنا فيه كيفية التحكم بعدد الليدات المضاءة وشدة إضاءتها باستخدام الأردوينو Arduino، وتعرفنا على مجموعة من المصطلحات والمعلومات المهمة في مجال الإلكترونيات والأنظمة المدمجة، نشجعكم لتجربة بناء هذا المشروع والتطوير عليه للحصول على تجربة عملية مفيدة وممتعة. اقرأ أيضًا التعرف على أساسيات الأردوينو وتجهيز بيئة العمل إضاءة زينة بأنماط مختلفة باستخدام الأردوينو Arduino أساسيات في عالم الإلكترونيات: التيار والجهد والعناصر الساكنة برمجة الروبوت: الدليل الشامل

سنتعلم في مقال اليوم طريقة تنفيذ أنماط إضاءة مختلفة باستخدام الأردوينو، حيث يمكن استخدامها كإضاءة للزينة في بعض الأماكن مثل السيارات أو قاعات الاحتفال أو استخدامها كإشارة تنبيه لوقوع حالات الطوارئ في بعض الأماكن العامة. فكرة مشروع إضاءة زينة بأنماط مختلفة بأردوينو سنتحكم في آلية عمل مجموعة من الليدات LEDs كي تضيء وفق تسلسل محدد بعدة أنماط مختلفة يمكن التنقل بينها، وذلك من خلال ثمانية لِيدات باللون الأحمر إضافة لليد واحد باللون الأصفر كما سنستخدم مفتاح الضغط اللحظي Push Button في مشروعنا للتنقل بين أنماط الإضاءة عند الضغط عليه بشكل مستمر حتى إضاءة الليد الأصفر، عندها يمكن إزالة الضغط عن المفتاح حيث تستمر إضاءة الليد الأصفر لثلاث ثوان، ومن ثم تنتقل إضاءة الليدات للنمط التالي حيث سننفذ خمسة أنماط بأفكار مختلفة وسنشرح هذه الأنماط لاحقاً في فقرة الكود البرمجي. العناصر المستخدمة لمشروع إضاءة زينة سنستخدم مجموعة من العناصر الإلكترونية والأدوات وهي: لوحة أردوينو أونو Arduino Uno كابل البرمجة USB Cable لوحة توصيل التجارب Breadboard ليد اصفر Yellow LED عدد 1 ليد أحمر Red LED عدد 8 مفتاح من نوع Push Button عدد 1 مقاومة بقيمة 220 أوم عدد 9 مجموعة أسلاك توصيل من نوع Male to Male مخطط توصيل المشروع لتنفيذ فكرة المشروع، اتبع الخطوات الآتية في عملية توصيل العناصر والأسلاك مع لوحة الأردوينو Arduino: صل أقطاب التغذية في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno مع لوحة توصيل التجارب BreadBoard، إذ يوصل القطب 5v في لوحة الأردوينو مع المسرى الموجب للوحة التجارب، والقطب GND في لوحة الأردوينو مع المسرى السالب للوحة التجارب من خلال أسلاك التوصيل. قم بتوصيل الأرجل القصيرة، التي تمثل الأطراف السالبة لجميع الليدات، معًا في نقطة مشتركة، ثم اربط الرجل القصيرة لإحدى الليدات بالمسرى السالب GND على لوحة توصيل التجارب BreadBoard صل الرجل الأطول التي تمثل الطرف الموجب لكل ليد من الليدات الحمراء مع الرجل الأولى للمقاومة ذات القيمة 220 أوم الخاصة بكل ليد، وصل الرجل الأخرى للمقاومة مع أقطاب لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno بالترتيب بدءًا من القطب رقم 3 لمقاومة الليد الأول وحتى القطب رقم 9 لمقاومة الليد الثامن صل الرجل القصيرة التي تمثل الطرف السالب لليد الأصفر مع المسرى السالب في لوحة توصيل التجارب BreadBoard أو مع إحدى الأرجل القصيرة لليدات الأخرى صل الرجل الأطول التي تمثل الطرف الموجب لليد الأصفر مع الرجل الأولى للمقاومة ذات القيمة 220 أوم الخاصة بالليد الأصفر، ثم الرجل الأخرى للمقاومة مع القطب رقم 12 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno صل الطرف الأول لمفتاح الضغط اللحظي Push Button مع المسرى السالب للوحة التجارب ثم صل الطرف الثاني للمفتاح مع القطب رقم 2 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno. سنفعّل مقاومة الرفع الداخلية للقطب رقم 2 في المتحكم الموجود في لوحة الأردوينو Arduino برمجيًا لذلك لا داعي لتوصيل مقاومة رفع Pull-Up أو مقاومة خفض Pull-Down مع مفتاح الضغط اللحظي Push Button. توضح الصورة الآتية مخطط توصيل المشروع الكود البرمجي لمشروع إضاءة زينة بأنماط مختلفة كما رأينا في فقرة مخطط التوصيل، سيوصَّل المفتاح اللحظي مع القطب رقم 2، ويوصَّل الليد الأصفر مع القطب رقم 12، أما الليدات ذات اللون الأحمر فستوصَّل مع الأقطاب من رقم 3 وحتى القطب رقم 10 بالترتيب مع لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno . لذا سنعرف في بداية الكود عدد من الماكرو من نوع define# والتي ستخصص لأرقام الأقطاب لكل من الليد الأصفر والليدات ذات اللون الأحمر والمفتاح، وشرحنا كيفية استخدام الماكرو في مقال سابق في هذه السلسلة يمكنك الرجوع إليه من خلال تخمين عدد مرات وميض الليد باستخدام الأردوينو Arduino كما يمكنك الاطلاع أكثر على الماكرو وأنواعه من خلال مقال الماكرو Macro والمعالج المسبق Preprocessor في لغة سي C. #define BTN_PIN 2 #define YELLOW_LED 12 #define RED_LED_ONE 3 #define RED_LED_TWO 4 #define RED_LED_THREE 5 #define RED_LED_FOUR 6 #define RED_LED_FIVE 7 #define RED_LED_SIX 8 #define RED_LED_SEVEN 9 #define RED_LED_EIGHT 10 سنحتاج أيضًا لتعريف متغير من نوع int خاص بتخزين رقم النمط الذي سيحدد طريقة عمل الليدات وكما ذكرنا سابقًا أنه لدينا خمسة أنماط مختلفة int LEDs_Style= 0; سنضبط الأقطاب المستخدمة في المشروع في الدالة الرئيسية ()setup من خلال الدالة المدمجة ()pinMode التي تأخذ وسيطين الأول رقم القطب الذي خُزّن في الماكرو، والثاني نوع القطب إما خرج OUTPUT وإما دخل INPUT وإما دخل مع مقاومة رفع خارجية INPUT_PULLUP، حيث أن قطب المفتاح BTN_PIN سيكون قطب دخل مع تفعيل مقاومة رفع داخلية INPUT_PULLUP أما قطب الليد الأصفر YELLOW_LED وأقطاب الليدات الحمراء RED_LED_x ستكون أقطاب خرج OUTPUT void setup() { pinMode(BTN_PIN, INPUT_PULLUP); pinMode(YELLOW_LED, OUTPUT); pinMode(RED_LED_ONE, OUTPUT); pinMode(RED_LED_TWO, OUTPUT); pinMode(RED_LED_THREE, OUTPUT); pinMode(RED_LED_FOUR, OUTPUT); pinMode(RED_LED_FIVE, OUTPUT); pinMode(RED_LED_SIX, OUTPUT); pinMode(RED_LED_SEVEN, OUTPUT); pinMode(RED_LED_EIGHT, OUTPUT); } نلاحظ أن التعامل مع الليدات الحمراء بهذه الطريقة أي إعطاء الأمر الخاص بكل ليد بشكل منفصل صعب ويتطلب الكثير من الأكواد البرمجية؛ لذلك سنستبدل جميع الماكرو الخاصة بأقطاب هذه الليدات بمصفوفة أحادية []LEDs_PINs نخزن فيها أرقام الأقطاب بالترتيب، وستكون المصفوفة من نوع const int فأرقام الأقطاب أعداد صحيحة وثابتة لن يتم التعديل عليها أثناء تنفيذ الكود وهي تحتوي ثمانية عناصر بعدد الليدات الحمراء، وسنستخدم الحلقة التكرارية ()for للمرور على جميع عناصر المصفوفة []LEDs_PINs وإعطائها الأمر الخاص لكل عنصر من المصفوفة لكل قطب. const int LEDs_PINs[8] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; سنستخدم في هذه الحالة حلقة تكرارية ()for تبدأ من الرقم 0 لأن رقم العنصر الأول في المصفوفة دائمًا صفر وتنتهي عند الرقم 7 لأن رقم العنصر الأخير في المصفوفة يساوي دائمًا عدد عناصر المصفوفة مطروحًا منه واحد، تمر هذه الحلقة التكرارية على جميع عناصر المصفوفة []LEDs_PINs وتضبطها كأقطاب خرج من خلال الدالة المدمجة ()pinMode وسيمرر الوسيط الأول الخاص برقم القطب بدلالة اسم المصفوفة مع رقم العنصر، أما الوسيط الثاني سيكون OUTPUT لأننا نريد ضبطها كأقطاب خرج، ليصبح محتوى الدالة الرئيسية ()setup بالشكل الآتي: void setup() { pinMode(BTN_PIN, INPUT_PULLUP); pinMode(YELLOW_LED, OUTPUT); for (int i = 0; i <= 7; i++) { pinMode(LEDs_PINs[i], OUTPUT); } } سنكتب الكود الخاص بكل نمط في دالة خاصة به ومن ثم سننتقل إلى الكود الخاص بالدالة التكرارية ()loop ومعرفة كيفية استدعاء هذه الدوال الخاصة والتنقل بين الأنماط من خلال المفتاح BTN_PIN. تحقيق دالة إطفاء الليد سنكتب دالة خاصة في البداية باسم ()RESET_PINs لتطفئ جميع الليدات عند استدعائها، فعند الانتقال من نمط إلى آخر نريد أن تكون الحالة الافتراضية لجميع الليدات مطفئة لذا سنستدعي هذه الدالة بداية كل نمط، نكتب بداخل الدالة حلقة تكرارية ()for تمر على جميع عناصر المصفوفة []LEDs_PINs وتعطي أمر الإطفاء لكل عنصر فيها من خلال الدالة المدمجة ()digitalWrite التي تأخذ وسيطين: الأول رقم القطب ويحدد من خلال رقم عنصر المصفوفة المماثل لقيمة المتغير الخاص بالحلقة التكرارية i، والثاني حالة القطب وهي 1 منطقي أو HIGH للتشغيل، أو 0 منطقي أو LOW للإطفاء وبما أننا نريد إطفاء جميع الليدات سنعطيها القيمة LOW على النحو التالي: void RESET_PINs() { for (int i = 0; i <= 7; i++) { digitalWrite(LEDs_PINs[i], LOW); } } تحقيق أنماط الإضاءة النمط الأول RIGHT_TO_LEFT سنحقق النمط الأول بالدالة ()RIGHT_TO_LEFT لإضاءة جميع الليدات بشكل متتالي من اليمين إلى اليسار مع الحفاظ على إضاءة الليدات السابقة. يبدأ هذا النمط بإطفاء جميع الليدات من خلال استدعاء الدالة ()RESET_PINs التي عرفناها في الفقرة السابقة. ثم تبدأ إضاءة الليد الأول الموصول مع القطب رقم 3، ومن ثم الانتظار 250 مللي ثانية، ثم إضاءة الليد الثاني الموصول مع القطب رقم 4، والانتظار بعدها لمدة 250 مللي ثانية وهكذا تضيء الليدات بالتتالي بالطريقة نفسها حتى الوصول إلى الليد الثامن الموصول مع القطب رقم 10. سنستخدم الحلقة التكرارية ()for للمرور على جميع عناصر المصفوفة []LEDs_PINs بدءًا من العنصر الأول i=0 حتى الأخيرi=7، وإعطاء أمر التشغيل لعنصر المصفوفة المماثل لقيمة المتغير الخاص بهذه الحلقة التكرارية i من خلال الدالة المدمجة ()digitalWrite، أما لتحقيق التأخير الزمني بين إضاءة الليدات سنستخدم الدالة المدمجة ()delay وإعطاءها القيمة 250 مللي ثانية. void RIGHT_TO_LEFT() { RESET_PINs(); for (int i = 0; i <= 7; i++) { digitalWrite(LEDs_PINs[i], HIGH); delay(250); } } النمط الثاني LEFT_TO_RIGTHT سنحقق النمط الثاني بالدالة ()LEFT_TO_RIGTHT لإضاءة جميع الليدات بشكل متتالي من اليسار إلى اليمين مع الحفاظ على إضاءة الليدات السابقة. يبدأ هذا النمط بإطفاء جميع الليدات من خلال استدعاء الدالة ()RESET_PINs، ثم يضيء الليد الثامن الموصول مع القطب رقم 10، ومن ثم الانتظار لمدة 250 مللي ثانية، ثم إضاءة الليد السابق أي الليد السابع الموصول مع القطب رقم 9، والانتظار بعدها لمدة 250 مللي ثانية وهكذا تضيء الليدات بالتتالي بالطريقة نفسها حتى الوصول إلى الليد الأول الموصول مع القطب رقم يشبه الكود البرمجي لهذا النمط النمط السابق مع اختلاف بسيط وهو أن الحلقة التكرارية ()for تمر على جميع عناصر المصفوفة []LEDs_PINs بدءًا من العنصر الأخير j=7 وحتى العنصر الأول j=0، وإعطاء أمر التشغيل لعنصر المصفوفة المماثل لقيمة المتغير الخاص بهذه الحلقة التكرارية من خلال الدالة المدمجة ()digitalWrite، أما لتحقيق التأخير الزمني نستخدم الدالة المدمجة ()delay كما في النمط السابق. void LEFT_TO_RIGTHT() { RESET_PINs(); for (int j = 7; j >= 0; j--) { digitalWrite(LEDs_PINs[j], HIGH); delay(250); } } النمط الثالث GO_AND_BACK سنحقق النمط الثالث بالدالة ()GO_AND_BACK لإضاءة جميع الليدات بشكل متتالي من اليمين إلى اليسار ومن ثم إطفاء الليدات بشكل متتالي من اليسار إلى اليمين. يبدأ هذا النمط بإطفاء جميع الليدات من خلال استدعاء الدالة ()RESET_PINs ، ثم يضيء الليد الأول الموصول مع القطب رقم 3، ومن ثم الانتظار لمدة 250 مللي ثانية، ثم إضاءة الليد الذي يليه وهو الليد الثاني الموصول مع القطب رقم 4، والانتظار بعدها لمدة 250 مللي ثانية وهكذا تضيء الليدات بالتتالي بالطريقة نفسها حتى الوصول إلى الليد الثامن الموصول مع القطب رقم 10. بعد الانتهاء من تشغيل جميع الليدات ينطفئ الليد الثامن الموصول مع القطب رقم 10، ومن ثم الانتظار لمدة 250 مللي ثانية ، ثم إطفاء الليد السابق وأي الليد السابع الموصول مع القطب رقم 9، والانتظار بعدها لمدة 250 مللي ثانية وهكذا تنطفئ الليدات بالتتالي بالطريقة نفسها حتى الوصول إلى الليد الأول الموصول مع القطب رقم 3. سنستخدم الحلقة التكرارية ()for للمرور على جميع عناصر المصفوفة []LEDs_PINs، وإعطاء أمر التشغيل لعنصر المصفوفة المماثل لقيمة المتغير الخاص بهذه الحلقة التكرارية من خلال الدالة ()digitalWrite. وسنستخدم الحلقة التكرارية الثانية ()for للمرور على جميع عناصر المصفوفة []LEDs_PINs بدءًا من العنصر الأخير j=7 وحتى العنصر الأول j=0، وإعطاء أمر الإطفاء لعنصر المصفوفة المماثل لقيمة المتغير الخاص بهذه الحلقة التكرارية من خلال الدالة المدمجة ()digitalWrite، وسنستخدم الدالة المدمجة ()delay لتحقيق التأخير الزمني بين إضاءة الليدات وإعطاءها القيمة 250 مللي ثانية. void GO_AND_BACK() { RESET_PINs(); for (int i = 0; i <= 7; i++) { digitalWrite(LEDs_PINs[i], HIGH); delay(250); } for (int j = 7; j >= 0; j--) { digitalWrite(LEDs_PINs[j], LOW); delay(250); } } النمط الرابع LED_BY_LED سنحقق النمط الرابع بالدالة ()LED_BY_LED لإضاءة الليدات بشكل متتالي من اليمين إلى اليسار بدون الحفاظ على إضاءة الليدات السابقة. يشبه النمط الأول في تسلسل الإضاءة ولكن مع اختلاف بسيط أن الليدات السابقة ستنطفئ عند إضاءة الليد التالي، حيث يبدأ هذا النمط بإطفاء جميع الليدات من خلال استدعاء الدالة ()RESET_PINs التي كتبناها سابقًا ضمن الكود البرمجي، ثم يضيء الليد الأول الموصول مع القطب رقم 3 وإطفاء جميع الليدات الأخرى، ومن ثم الانتظار لمدة 250 مللي ثانية، ثم إضاءة الليد الثاني الموصول مع القطب رقم 4 وإطفاء جميع الليدات الأخرى، والانتظار بعدها لمدة 250 مللي ثانية وهكذا تضيء الليدات بالتتالي بشكل مستقل عن الليدات الأخرى وبالطريقة نفسها حتى الوصول إلى الليد الثامن الموصول مع القطب رقم 10. نلاحظ من الصورة السابقة أن لدينا ثمانية مراحل في كل مرحلة سيضىء الليد المطابق لرقم المرحلة فمثلًا عند المرحلة الخامسة i=4 سيضيء الليد الخامس j=4 لذلك يمكننا استخدام حلقتين تكراريتين ()for متداخلتين، الأولى للمرور على جميع المراحل بدءًا من i=0 وحتى i=7، أما الحلقة الثانية فهي للمرور على جميع عناصر المصفوفة []LEDs_PINs بدءًا من العنصر الأول j=0 وحتى العنصر الثامن j=7، ومن خلال استخدام الشرط i==j سنتحقق من تطابق رقم الحالة مع رقم الليد فإذا تحقق الشرط يعطى أمر التشغيل لعنصر المصفوفة، وإذا لم يتحقق يعطى أمر الإطفاء. void LED_BY_LED() { RESET_PINs(); for (int i = 0; i <= 7; i++) { for (int j = 0; j <= 7; j++) { if (i == j) { digitalWrite(LEDs_PINs[j], HIGH); } else { digitalWrite(LEDs_PINs[j], LOW); } } delay(250); } } النمط الخامس CUSTOM MODE سنحقق النمط الخامس بالدالة CUSTOM_MODE لتشغيل الليدات وإطفاءها وفق تسلسل خاص على شكل ستارة إلكترونية. يبدأ هذا النمط بإطفاء جميع الليدات من خلال استدعاء الدالة ()RESET_PINs التي كتبناها سابقًا ضمن الكود البرمجي، ومن ثم ستعمل الليدات وفق تسلسل خاص مشابه لفكرة الإضاءة على شكل ستارة إلكترونية، تبدأ بإضاءة ليد واحد من كل جهة ليد من اليمين وليد آخر من اليسار، ومن ثم الانتظار لمدة 250 مللي ثانية، ثم إضاءة ليد آخر من كل جهة، وهكذا إلى أن تضاء جميع الليدات، بعدها نعمل بشكل معاكس من خلال إطفاء الليدين من المنتصف، ومن ثم الانتظار لمدة 250 مللي ثانية وهكذا إلى أن تنطفئ جميع الليدات. نحدد طريقة إضاءة الليدات في هذا النمط من خلال تعريف مصفوفة ثنائية [][]Custom_Mode من نوع const int تحتوي على شكل الإضاءة في كل مرحلة، وذلك من خلال تحديد الليدات المضاءة والليدات المطفئة، نضع 1 منطقي مكان الليد الذي سيضيء و 0 منطقي مكان الليد الذي سينطفئ، وكما نعرف أن المصفوفة الثنائية تحتوي على أسطر وأعمدة، ولتحديد حجم المصفوفة يجب أن يكون عدد الأسطر بعدد المراحل التي ستضيء وتنطفئ فيها الليدات وفي حالتنا هذه لدينا ثمانية مراحل بالتالي ثمانية أسطر كما هو موضح بالشكل السابق، أما عدد أعمدة المصفوفة فيجب أن يكون بعدد الليدات التي لدينا وفي حالتنا هذه لدينا ثمانية ليدات بالتالي ثمانية أعمدة. سنستخدم حلقتين تكراريتين ()for الأولى للمرور على جميع أسطر المصفوفة والثانية للمرور على جميع أعمدتها وسنستخدمها أيضًا للوصول إلى أرقام الليدات المخزنة ضمن المصفوفة []LEDs_PINs، نعطي أمر التشغيل أو الإيقاف الخاص بكل ليد من خلال المصفوفة [][]Custom_Mode باستخدام الدالة ()digitalWrite، ونحقق التأخير الزمني بين إضاءة الليدات باستخدام الدالة ()delay. void CUSTOM_MODE() { RESET_PINs(); const int customMode[8][8] { {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1}, {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1}, {1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1}, {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1}, {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1}, {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}, }; for (int i = 0; i <= 7; i++) { for (int j = 0; j <= 7; j++) { digitalWrite(LEDs_PINs[j], customMode[i][j]); } delay(250); } } بهذا نكون انتهينا من تحقيق كافة أنماط الإضاءة التي سننجرزها في مشروعنا وحان دور برمجة عملية الانتقال فيما بينها. التبديل بين الأنماط باستخدام المفتاح التكراري سنبدل بين الأنماط ضمن الدالة التكرارية ()loop والتي سنعرف بداخلها متغير BTN_STAT من نوع int يخزن فيه حالة المفتاح الموصول على القطب BTN_PIN، ونقرأ حالته بالدالة ()digitalRead التي تأخذ وسيطًا واحدًا وهو رقم القطب وتعيد القيمة الفيزيائية الموجودة على القطب، وبما أن المفتاح موصول مع مقاومة رفع داخلية ستكون قيمة القطب LOW أو 0 منطقي في حالة الضغط على المفتاح وHIGH أو 1 منطقي عند إزالة الضغط عن المفتاح. وبعد ذلك سنتحقق من حالة المفتاح في حال كان مضغوط سنزيد قيمة LEDs_Style، ونستخدم عبارة شرطية لفحص قيمة النمط LEDs_Style في حال أصبحت أكبر من عدد الأنماط 4 سنرجع إلى النمط الأول، ونعطي أمر لتشغيل الليد الأصفر الذي يشير إلى أن المفتاح ضُغِط وعلينا الانتقال للنمط التالي والانتظار ثلاث ثواني وإعطاء أمر آخر لإطفاء الليد الأصفر. void loop(){ int BTN_STAT = digitalRead(BTN_PIN); if (BTN_STAT == 0) { LEDs_Style++; if (LEDs_Style > 4) { LEDs_Style= 0; } digitalWrite(YELLOW_LED, HIGH); delay(3000); digitalWrite(YELLOW_LED, LOW); } بعد تحديد قيمة النمط، تُستخدم العبارة الشرطية ()Switch لاستدعاء الدالة المطابقة لقيمة المتغير LEDs_Style وتنفيذ النمط المرتبط لكل حالة من 0 إلى 4 من خلال الدالة الخاصة به مع إنهاء التنفيذ بـ break لتجنب فحص باقي الحالات. switch (COUNTER) { case 0: RIGHT_TO_LEFT(); break; case 1: LEFT_TO_RIGTHT(); break; case 2: GO_AND_BACK(); break; case 3: LED_BY_LED(); break; case 4 : CUSTOM_MODE(); break; default: break; } } الكود البرمجي النهائي لمشروع إضاءة زينة بأنماط مختلفة باستخدام أردوينو #define BTN_PIN 2 #define YELLOW_LED 12 const int LEDs_PINs[8] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; int LEDs_Style = 0; void RESET_PINs() { for (int i = 0; i <= 7; i++) { digitalWrite(LEDs_PINs[i], LOW); } } void RIGHT_TO_LEFT() { RESET_PINs(); for (int i = 0; i <= 7; i++) { digitalWrite(LEDs_PINs[i], HIGH); delay(250); } } void LEFT_TO_RIGTHT() { RESET_PINs(); for (int j = 7; j >= 0; j--) { digitalWrite(LEDs_PINs[j], HIGH); delay(250); } } void GO_AND_BACK() { RESET_PINs(); for (int i = 0; i <= 7; i++) { digitalWrite(LEDs_PINs[i], HIGH); delay(250); } for (int j = 7; j >= 0; j--) { digitalWrite(LEDs_PINs[j], LOW); delay(250); } } void LED_BY_LED() { RESET_PINs(); for (int i = 0; i <= 7; i++) { for (int j = 0; j <= 7; j++) { if (i == j) { digitalWrite(LEDs_PINs[j], HIGH); } else { digitalWrite(LEDs_PINs[j], LOW); } } delay(250); } } void CUSTOM_MODE() { RESET_PINs(); const int customMode[8][8] { {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1}, {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1}, {1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1}, {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1}, {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1}, {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}, }; for (int i = 0; i <= 7; i++) { for (int j = 0; j <= 7; j++) { digitalWrite(LEDs_PINs[j], customMode[i][j]); } delay(250); } } void setup() { pinMode(BTN_PIN, INPUT_PULLUP); pinMode(YELLOW_LED, OUTPUT); for (int i = 0; i <= 7; i++) { pinMode(LEDs_PINs[i], OUTPUT); } } void loop() { int BTN_STAT = digitalRead(BTN_PIN); if (BTN_STAT == 0) { LEDs_Style++; if (LEDs_Style > 4) { LEDs_Style = 0; } digitalWrite(YELLOW_LED, HIGH); delay(3000); digitalWrite(YELLOW_LED, LOW); } switch (LEDs_Style) { case 0: RIGHT_TO_LEFT(); break; case 1: LEFT_TO_RIGTHT(); break; case 2: GO_AND_BACK(); break; case 3: LED_BY_LED(); break; case 4: CUSTOM_MODE(); break; default: break; } } محاكاة مشروع إضاءة زينة بأنماط مختلفة سنحاكي المشروع على موقع وكوي Wokwi وفق الخطوات التي شرحنا في مقال التحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED باستخدام الأردوينو Arduino. أضف العناصر الإلكترونية اللازمة للمشروع المفتاح اللحظي Push Button والليدات LEDs والمقاومات Resistors ولوحة التجارب BreadBoard. غيّر قيمة مقاومة الليدات إلى 220 أوم من خلال النقر فوقها، حيث تظهر لك نافذة في الأعلى تمكنك من تغير القيمة والواحدة. بالطريقة نفسها يمكنك تغير ألوان الليدات والمفتاح من خلال النقر فوقها واختيار اللون من اللوحة الظاهرة. رتب العناصر على لوحة التجارب بالشكل الذي تراه مناسبًا، ثم صل العناصر بعضها ببعض حسب مخطط التوصيل الذي عرضناه سابقًا. اكتب الكود البرمجي في الجزء الخاص به ثم شغل المحاكاة، ولاحظ الحالات الآتية: في البداية ستضيء جميع الليدات بشكل متتالي من اليمين إلى اليسار مع الحفاظ على إضاءة الليدات السابقة أي أنها ستعمل وفق النمط الأول. اضغط على المفتاح اللحظي بشكل مستمر حتى إضاءة الليد الأصفر، عندها ستستمر إضاءة هذا الليد لمدة ثلاث ثواني ومن ثم ستضيء جميع الليدات بشكل متتالي من اليسار إلى اليمين مع الحفاظ على إضاءة الليدات السابقة أي أنها ستعمل وفق النمط الثاني. بالضغط على المفتاح مرة ثانية بشكل مستمر حتى إضاءة الليد الأصفر، عندها ستستمر إضاءة هذا الليد أيضًا لمدة ثلاث ثواني ومن ثم ستضيء جميع الليدات بشكل متتالي من اليمين إلى اليسار ثم ستنطفئ جميع الليدات بشكل متتالي من اليسار إلى اليمين، أي أنها ستعمل وفق النمط الثالث. بالضغط على المفتاح مرة ثالثة بشكل مستمر حتى إضاءة الليد الأصفر، ستستمر إضاءة هذا الليد أيضًا لمدة ثلاث ثواني ومن ثم إضاءة الليدات بشكل متتالي من اليمين إلى اليسار بدون الحفاظ على إضاءة الليدات السابقة، أي أنها ستعمل وفق النمط الرابع. أخيرًا، بالضغط على المفتاح مرة رابعة بشكل مستمر حتى إضاءة الليد الأصفر، عندها ستستمر إضاءة هذا الليد لمدة ثلاث ثواني ومن ثم تشغيل الليدات وإطفاءها وفق تسلسل خاص على شكل ستارة إلكترونية، أي أنها ستعمل وفق النمط الخامس. في حال تكرار الضغط على المفتاح مرة أخرى بعد ذلك سيعود إلى النمط الأول. الخاتمة في ختام هذا المقال نكون قد تعلمنا كيفية بناء مجموعة أنماط مختلفة من الإضاءات باستخدام الأردوينو Arduino، واكتسبنا العديد من المهارات البرمجية والإلكترونية، نشجعكم لتجربة بناء هذا المشروع وتطوير وإضافة أنماط جديدة عليها. اقرأ أيضًا المقال السابق: التحكم بالليد LED باستخدام مفتاح الضغط اللحظي Push Button في أردوينو التحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED باستخدام الأردوينو Arduino التحكم بالليد LED باستخدام مفتاح الضغط اللحظي Push Button والأردوينو Arduino أساسيات في عالم الإلكترونيات: التيار والجهد والعناصر الساكنة

يعرفك هذا المقال كيفية بناء مشروع إلكتروني باستخدام لوحة الأردوينو Arduino للتحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED من خلال استخدام اثنين من مفاتيح الضغط اللحظية Push Button الذي تعرفنا عليها في المقال السابق من سلسلتنا التعليمية لبناء المشاريع الإلكترونية باستخدام لوحات الأردوينو Arduino Board. فكرة مشروع التحكم بالليد باستخدام مفتاح الضغط اللحظي والأردوينو سنبني في هذا المشروع دائرة كهربائية بسيطة تستخدم مفتاحين من نوع Push Button للتحكم في تشغيل وإطفاء ليد بشكل دائم، فعند الضغط على المفتاح الأول (ونرمز له بالرمز S1) يضيء الليد، أما عند الضغط على المفتاح الثاني (ونرمز له بالرمز S2) فإن الليد سينطفئ، وفي حال الضغط على المفتاح الأول S1 والمفتاح الثاني S2 معًا وفي الوقت نفسه سينطفئ الليد أيضًا، وعند عدم الضغط على أي من المفتاحين S1 و S2 سيحافظ الليد على حالته السابقة سواء كان مضيء أو منطفئ، فنحصل بهذه الطريقة على تحكم دائم بالليد من خلال مفاتيح ضغط لحظية Push Button حتى عند إزالة الضغط عنها. يوضح لك الجدول الآتي جميع الحالات الممكنة للمفاتيح S1 و S2 ونتيجة تأثيرها على الليد LED سنتعلم من هذا المشروع كيفية تطوير مهارات التفكير والتحليل البرمجية حيث سنستطيع من خلال الكود البرمجي استخدام مفتاح الضغط اللحظي Push Button الذي يعطي إشارة للأردوينو فقط عندما يكون مضغوط كمفتاح دائم Switch من خلال بعض المهارات البرمجية. يمكن توظيف فكرة هذا المشروع في المشاريع المستقبلية للتحكم في بدء وإيقاف عمل الكود البرمجي من خلال هذه المفاتيح، فالمفتاح الأول S1 سيستخدم لبدء عمل الكود أما المفتاح الثاني S2 سيستخدم لإيقاف عمل الكود. العناصر المستخدمة للتحكم بالليد LED باستخدام مفتاح الضغط اللحظي Push Button والأردوينو Arduino سنستخدم مجموعة من العناصر الإلكترونية والأدوات وهي: لوحة أردوينو أونو Arduino Uno. كابل البرمجة USB Cable. لوحة توصيل التجارب Breadboard. ليد LED. مفتاحين من نوع Push Button. مقاومة بقيمة 220 أوم. مجموعة أسلاك توصيل من نوع Male to Male. مخطط التوصيل لمشروع التحكم بالليد باستخدام مفتاح الضغط اللحظي والأردوينو اتبع الخطوات الآتية في عملية توصيل العناصر والأسلاك مع لوحة الأردوينو Arduino لتنفيذ فكرة المشروع: صل أقطاب التغذية في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno مع لوحة توصيل التجارب BreadBoard، إذ يوصل القطب 5v في لوحة الأردوينو مع المسرى الموجب للوحة التجارب، والقطب GND في لوحة الأردوينو مع المسرى السالب للوحة التجارب من خلال أسلاك التوصيل. صل الرجل الأقصر (التي تمثل الطرف السالب) لليد مع الرجل الأولى للمقاومة ذات القيمة 220 أوم، ثم الرجل الأخرى للمقاومة ذات القيمة 220 أوم مع المسرى السالب في لوحة توصيل التجارب BreadBoard. صل الرِّجل الأطول (التي تمثل الطرف الموجب) لليد مع القطب رقم 8 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno. ثبت المفتاحين الأول S1 والثاني S2 بشكل جيد في منتصف لوحة توصيل التجارب BreadBoard بحيث يكون نصف المفتاح في الجزء الأيمن للوحة التجارب BreadBoard والنصف الثاني للمفتاح في الجزء الأيسر للوحة التجارب BreadBoard. يوجد في مفتاح الضغط اللحظي Push Button أربعة أرجل أو أطراف كما ذكرنا سابقًا، كل اثنين منها متصلة ببعضها داخليًا ويمكن اعتبارها رجلًا واحدة، ولتجنب الخطأ أو التشتت في التوصيل سنعتمد أن نأخذ الأرجل القُطريَّة (الأرجل المختلفة للمفتاح) دائمًا. صل الطرف الأول للمفتاح الأول S1 مع المسرى السالب للوحة التجارب BreadBoard، ثم صل الطرف الثاني للمفتاح الأول S1 مع القطب رقم 7 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno. صل الطرف الأول للمفتاح الثاني S2 مع المسرى السالب للوحة التجارب BreadBoard، ثم صل الطرف الثاني للمفتاح الثاني S2 مع القطب رقم 6 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno. سنفعل مقاومة الرفع الداخلية للمتحكم الموجود في لوحة الأردوينو Arduino برمجيًا؛ لذلك لا داعي لتوصيل مقاومات رفع Pull-Up أو مقاومات خفض Pull-Down مع مفاتيح الضغط اللحظية Push Button. توضح الصورة الآتية مخطط التوصيل لمشروع التحكم بالليد باستخدام مفتاح الضغط اللحظي: الكود البرمجي لمشروع التحكم بالليد LED سنربط الأقطاب التي سنستخدمها في المشروع مع أسماء خاصة من خلال الماكرو define# في بداية الكود، وذلك لسهولة التعديل عليها عند الحاجة، فكما هو موضح في مخطط التوصيل سيوصل الليد مع القطب رقم 8، المفتاح الأول S1 مع القطب رقم 7، والمفتاح الثاني S2 مع القطب رقم 6 في لوحة الأردوينو أونو Arduino UNO. #define ledpin 8 #define button1pin 7 #define button2pin 6 استخدمنا الماكرو لربط أرقام الأقطاب بأسماء معبرة عنها فبدلًا من استخدام رقم القطب في الكود سنستخدم اسم الماكرو الخاص به، وعند الحاجة لتعديل رقم هذا القطب يمكننا ببساطة تعديله في مكان تعريف الماكرو فقط بدلًا من تعديله في جميع أماكن استخدامه في الكود، إضافة إلى أن الماكرو لا يأخذ حجم من ذاكرة البيانات SRAM الخاصة بالأردوينو Arduino على عكس المتغيرات. سنضبط الأقطاب المستخدمة في المشروع في الدالة الرئيسية ()setup، وذلك من خلال الدالة المدمجة ()pinMode التي تأخذ وسيطين: الأول رقم القطب (الذي خُزن في المتغير) والثاني نوع القطب (إما خرج وإما دخل)، حيث أن قطب الليد ledpin سيكون خرج OUTPUT وأقطاب المفاتيح button1pin وbutton2pin ستكون أقطاب دخل مع تفعيل مقاومة رفع داخلية INPUT_PULLUP void setup() { pinMode(ledpin, OUTPUT); pinMode(button1pin, INPUT_PULLUP); pinMode(button2pin, INPUT_PULLUP); } سنعرف في بداية الدالة التكرارية ()loop متغيرين: الأول button1stat خاص بتخزين قيمة القطب الموصول مع المفتاح الأول S1، والثانيbutton2stat خاص بتخزين قيمة القطب الموصول مع المفتاح الثاني S2، وذلك بعد قراءتها من خلال الدالة المدمجة ()digitalRead التي تأخذ وسيطًا واحدًا وهو رقم القطب وتعيد القيمة الفيزيائية الموجودة على القطب، وبما أن المفتاح موصول مع مقاومة رفع داخلية ستكون قيمة القطب LOW أو 0 منطقي في حالة الضغط على المفتاح وHIGH أو 1 منطقي عند إزالة الضغط عن المفتاح. int button1stat = digitalRead(button1pin); int button2stat = digitalRead(button2pin); بعد الحصول على حالة المفاتيح (الأول S1 والثاني S2) هل هي مضغوطة أم لا (تحوي القيمة 0 في حالة الضغط والقيمة 1 في حالة عدم الضغط)، سنستخدم العبارات الشرطية if وelse if لفحص حالة المفاتيح والتحكم بتشغيل وإطفاء الليد بالطريقة المناسبة (حسب الجدول الموضح مسبقًا)، ويتم تشغيل وإطفاء الليد برمجيًا من خلال الدالة المدمجة ()digitalWrite التي تأخذ وسيطين: الأول رقم القطب (الذي خُزن في المتغير) والثاني حالة أو قيمة القطب (إما 1 منطقي HIGH للتشغيل وإما 0 منطقي LOW للإطفاء). تحقق هل المفتاح الأول S1 مضغوط؟ وهل المفتاح الثاني S2 غير مضغوط؟ في حال تحقق الشرطين معًا (استخدمنا المعامل المنطقي AND الذي يرمز له && لضرورة تحقق الشرطين معًا)، إذًا شغّل الليد في هذه الحالة. if ((button1stat == 0) && (button2stat == 1)) { digitalWrite(ledpin, HIGH); } إن لم يتحقق الشرط السابق، تحقق من الشرط الآتي: هل المفتاح الأول S1 غير مضغوط؟ وهل المفتاح الثاني S2 مضغوط؟ في حال تحقق الشرطين معًا، إذًا أطفئ الليد في هذه الحالة. else if ((button1stat == 1) && (button2stat == 0)) { digitalWrite(ledpin, LOW); } إن لم يتحقق أي من الشروط السابقة، تحقق من الشرط الآتي: هل المفتاح الأول S1 مضغوط؟ والمفتاح الثاني S2 مضغوط أيضًا؟ في حال تحقق الشرطين معًا، إذًا أطفئ الليد في هذه الحالة. else if ((button1stat == 0) && (button2stat == 0)) { digitalWrite(ledpin, LOW); } إن لم يتحقق أي من الشروط السابقة، تحقق من الشرط الآتي: هل المفتاح الأول S1 غير مضغوط؟ والمفتاح الثاني S2 غير مضغوط؟ في حال تحقق الشرطين معًا، حافظ على حالة الليد وذلك من خلال إعطاء قيمة لليد في الدالة المدمجة ()digitalWrite تساوي القيمة المقروءة على قطب الليد من الدالة المدمجة ()digitalRead التي تأخذ رقم القطب وتعيد قيمته الفيزيائية. else if ((button1stat == 1) && (button2stat == 1)) { digitalWrite(ledpin, digitalRead(ledpin)); } الكود البرمجي النهائي لمشروع التحكم بالليد LED باستخدام مفتاح الضغط اللحظي والأردوينو #define ledpin 8 #define button1pin 7 #define button2pin 6 void setup() { pinMode(ledpin, OUTPUT); pinMode(button1pin, INPUT_PULLUP); pinMode(button2pin, INPUT_PULLUP); } void loop() { int button1stat = digitalRead(button1pin); int button2stat = digitalRead(button2pin); if ((button1stat == 0) && (button2stat == 1)) { digitalWrite(ledpin, HIGH); } else if ((button1stat == 1) && (button2stat == 0)) { digitalWrite(ledpin, LOW); } else if ((button1stat == 0) && (button2stat == 0)) { digitalWrite(ledpin, LOW); } else if ((button1stat == 1) && (button2stat == 1)) { digitalWrite(ledpin, digitalRead(ledpin)); } } محاكاة مشروع التحكم بالليد باستخدام مفتاح الضغط اللحظي اتبع الخطوات التي تعلمناها في مقالٍ سابق للوصول الى الصفحة الخاصة بمحاكاة مشروعك على موقع وكوي Wokwi .تستطيع الرجوع إليها من خلال مقال التحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED باستخدام الأردوينو Arduino أضف العناصر الإلكترونية اللازمة للمشروع (مفاتيح Push Button، والليدات LEDs، والمقاومات Resistors، ولوحة التجارب BreadBoard). غيّر قيمة مقاومة الليد إلى 220 أوم من خلال الضغط عليها فتظهر لك نافذة في الأعلى تمكنك من تغير القيمة والواحدة. بالطريقة نفسها يمكنك تغير ألوان الليد والمفاتيح S1 و S2 من خلال الضغط عليها فتظهر لك نافذة بالأعلى تستطيع من خلالها اختيار اللون. رتب العناصر على لوحة التجارب بالشكل الذي تراه مناسبًا، ثم صل العناصر بعضها ببعض حسب مخطط التوصيل الذي عرضناه سابقًا. اكتب الكود البرمجي في الجزء الخاص به ثم شغل المحاكاة، ولاحظ الحالات الآتية: اضغط على المفتاح الأول S1 ستجد الليد يضيء (الحالة الأولى). أزل الضغط عنه ستجد ان الليد ما زال مضيئًا (الحالة الرابعة). الآن اضغط على المفتاح الثاني S2 ستجد أن الليد انطفئ (الحالة الثانية). أزل الضغط عنه ستجد أن الليد ما زال منطفئ (الحالة الرابعة). جرب إعادة الضغط على المفتاح الأول S1 لكي يضيء الليد ثم اضغط على المفتاحين معًا في وقت واحد سينطفئ الليد في هذه الحالة (الحالة الثالثة). الخلاصة تعلمنا في مقال اليوم خطوات تصميم وتنفيذ مشروع للتحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED من خلال مفتاحين من نوع Push Button وهو المشروع الرابع في سلسلة دليل أردوينو التي تشرح بناء مجموعة من المشاريع الإلكترونية باستخدام الأردوينو Arduino، واستعرضنا أهم خطوات تنفيذ المشروع وتوصيل العناصر والأدوات والتعامل معها وكيفية كتابة الكود الخاص ببرمجة الأردوينو باستخدام بيئة التطوير المتكاملة (IDE) الخاصة به وعمل محاكاة للمشروع من خلال منصة وكوي Wokwi. اقرأ أيضًا المقال السابق: تخمين عدد مرات وميض الليد باستخدام الأردوينو Arduino التعرف على أساسيات الأردوينو وتجهيز بيئة العمل تثبيت أردوينو IDE ورفع الشيفرات على لوحة أردوينو بناء إشارة مرور باستخدام الأردوينو Arduino صنع قلب نابض باستخدام لوحة راسبيري باي بيكو

نشرح في هذا المقال كيفية بناء مشروع إلكتروني تفاعلي من خلال تصميم وتنفيذ لعبة بسيطة لتخمين عدد مرات وميض ليد باستخدام لوحة أردوينو أونو Arduino Uno ونوضح خطوات تنفيذ المشروع وأهم عناصره وطريقة محاكاته. فكرة مشروع تخمين عدد مرات وميض الليد سنبني مشروعًا يحسب عدد مرات تشغيل وإطفاء ليد بفترات زمنية عشوائية ضمن مجال محدد عند الضغط على مفتاح الضغط اللحظي Push Button (سنشرحه لاحقًا في هذا المقال) بشكل مستمر، ويجب على المستخدم حساب أو تخمين هذا الرقم، في النهاية بعد إزالة الضغط عن المفتاح سيتوقف الليد عن الومض ويطبع عدد مرات تشغيل وإطفاء الليد على نافذة الاتصال التسلسلي Serial monitor. سنتبع تسلسل الخطوات الآتية في آلية عمل المشروع: فحص حالة المفتاح (مضغوط أم لا) وإذا كان مضغوطًا تنفذ الخطوات من 2 إلى 5 وإلا تكرر الخطوة 1 يضيء الليد لفترة زمنية عشوائية ضمن مجال محدد ينطفئ الليد لفترة زمنية عشوائية ضمن مجال محدد تزداد قيمة العداد بمقدار 1 فحص حالة المفتاح (مضغوط أم لا) وإذا كان مضغوطًا تكرر الخطوات من 2 إلى 5 وإلا ينتقل إلى 6 فحص قيمة العداد إذا كانت أكبر من 0 (ومض الليد مرة واحدة على الأقل) وإذا كان الشرط محققًا تنفيذ الخطوة 7 و 8 وإلا الرجوع إلى الخطوة 1 طباعة قيمة العداد تصفير قيمة العداد العناصر المستخدمة لمشروع تخمين عدد مرات وميض الليد العناصر التي سنستخدمها لعمل هذا المشروع هي: لوحة أردوينو أونو Arduino Uno كابل البرمجة USB Cable لوحة توصيل التجارب Breadboard ليد LED مفتاح الضغط اللحظي Push Button مقاومة بقيمة 220 أوم مقاومة بقيمة 10 كيلو أوم مجموعة أسلاك توصيل من نوع Male to Male ما هو مفتاح الضغط اللحظي Push Button عبارة عن مفتاح ميكانيكي لحظي عند الضغط عليه تتصل أطرافه معًا مما يؤدي إلى إغلاق الدائرة الكهربائية المتصلة به، وعند إزالة الضغط يعود إلى حالته الأولى، يمكن أن يستخدم كعنصر للتحكم بالتشغيل والإيقاف بإعطاء إشارة رقمية Digital إلى الأردوينو Arduino من خلال توصيل أحد أطرافه مع 5v أو GND والطرف الآخر مع إحدى أقطاب الأردوينو الرقمية. مثلًا وصَّلنا الطرف الأول للمفتاح مع 5v والطرف الثاني مع القطب رقم 2 للأردوينو Arduino وضغطنا على المفتاح في هذه الحالة عند قراءة قيمة القطب ستكون HIGH أو 1 منطقي. أو إذا كان الطرف الأول للمفتاح وصل مع GND بدلًا من 5v والطرف الثاني مع القطب رقم 2 للأردوينو Arduino فإنه عند الضغط على المفتاح ستكون قيمة القطب LOW أو 0 منطقي. ولكن نلاحظ أنه في حال عدم الضغط على المفتاح فإنه يعطي قيم خاطئة أو عشوائية وذلك لأنه عند عدم الضغط على المفتاح لا يوجد أي إشارة على قطب الأردوينو (1 منطقي HIGH أو 0 منطقي LOW) وتسمى هذه الحالة بالحالة العائمة أو حالة مقاومة عالية (High-Z or High impedance). نحل هذه المشكلة من خلال إضافة مقاومة رفع Pull-Up Resistor من خلال توصيل مقاومة بين قطب الأردوينو و5v (تكون القيمة الافتراضية للقطب في حال عدم الضغط على المفتاح هي HIGH أو 1 منطقي أما عند الضغط على المفتاح فتكون قيمته LOW أو 0 منطقي) أو إضافة مقاومة خفض Pull-Down Resistor من خلال توصيل مقاومة بين قطب الأردوينو والأرضي GND (تكون القيمة الافتراضية للقطب في حال عدم الضغط على المفتاح هي LOW أو 0 منطقي أما عند الضغط على المفتاح فستكون قيمته HIGH أو 1 منطقي). توضح الصورة الآتية حالة قطب الدخل في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno في حال استخدام مقاومة رفع مع مفتاح الضغط اللحظي Push Button أو بدونها. وتوضح الصورة الآتية طريقة توصيل مقاومة الرفع والخفض مع مفتاح الضغط اللحظي Push Button في لوحة الأردوينوأونو Arduino UNO مخطط التوصيل لمشروع تخمين عدد مرات وميض الليد اتبع الخطوات الآتية في عملية توصيل العناصر والأسلاك مع لوحة الأردوينو Arduino لتنفيذ فكرة المشروع: صل أقطاب التغذية في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno مع لوحة توصيل التجارب BreadBoard، إذ يوصل القطب 5v في لوحة الأردوينو مع المسرى الموجب للوحة التجارب، والقطب GND في لوحة الأردوينو مع المسرى السالب للوحة التجارب من خلال أسلاك التوصيل صل الرِّجل الأطول التي تمثل الطرف الموجب لليد مع الرجل الأولى للمقاومة ذات القيمة 220 أوم، ثم صل الرجل الأخرى للمقاومة ذات القيمة 220 أوم مع القطب رقم 13 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno صل الرجل الأقصر التي تمثل الطرف السالب لليد مع المسرى السالب في لوحة توصيل التجارب BreadBoard يوجد في مفتاح الضغط اللحظي Push Button أربعة أرجل أو أطراف كما ذكرنا سابقًا، كل اثنين منها متصلة ببعضها داخليًا ويمكن اعتبارها رجلًا واحدة، ولتجنب الخطأ أو التشتت في التوصيل سنعتمد أن نأخذ الأرجل القطرية أي الأرجل المختلفة للمفتاح دائمًا ثبت المفتاح بشكل جيد في منتصف لوحة توصيل التجارب BreadBoard، بحيث يكون نصف المفتاح في الجزء الأيمن للوحة التجارب BreadBoard والنصف الثاني للمفتاح في الجزء الأيسر للوحة التجارب BreadBoard صل الطرف الأول للمفتاح مع المسرى السالب للوحة التجارب BreadBoard، والطرف الثاني للمفتاح مع القطب رقم 2 في لوحة أردوينو أونو صل الطرف الأول للمقاومة ذات القيمة 10 كيلو أوم مع الطرف الثاني للمفتاح المتصل مع القطب رقم 2 في لوحة الأردوينو أونو صل الطرف الثاني للمقاومة ذات القيمة 10 كيلو أوم مع المسرى الموجب للوحة توصيل التجارب BreadBoard توضح الصورة الآتية مخطط التوصيل لمشروع تخمين عدد مرات وميض الليد: الكود البرمجي لمشروع تخمين عدد مرات وميض الليد نحتاج في البداية لتعريف متغيرات خاصة بأرقام أقطاب بالليد LED والمفتاح Push Button؛ فكما شرحنا في مخطط التوصيل سيوصل المفتاح مع القطب رقم 2 والليد مع القطب رقم 13، وبما أن هذه الأرقام صحيحة نخزنها في متغيرات من نوع int. int led = 13; int button = 2; شرحنا في فكرة المشروع أن الليد سيضيء وينطفئ لمدة زمنية عشوائية ولكن هذه المدة ضمن مجال محدد لذلك نخزن مجال القيم العشوائية الخاصة بالتأخير الزمني في متغيرات من نوع int وسنختار أقل مدة هي 100 مللي ثانية وأكثر مدة هي 500 مللي ثانية. int minDelay = 100; int maxDelay = 500; أخيرًا نحتاج إلى تعريف متغير من نوع int لتخزين قيمة العداد بقيمة ابتدائية 0. int count = 0; سنفعّل واجهة الاتصال التسلسلية Serial Communication داخل الدالة الرئيسية ()setup في البداية من أجل عرض قيمة العداد على نافذة الاتصال التسلسلي Serial Monitor الموجودة في بيئة الأردوينو البرمجية Arduino IDE وذلك من خلال التابع ()Serial.begin الذي تأخذ وسيطين: الأول أساسي وهو سرعة نقل البيانات Baud rate بمعدل بت في الثانية وسنختار 9600، والثاني اختياري خاص بضبط الإعدادات config الأخرى لواجهة الاتصال ويمكن تركه فارغًا حيث يأخذ الضبط الافتراضي في هذه الحالة. سنضبط بعدها القطب الخاص بالليد كقطب خرج OUTPUT والقطب الخاص بالمفتاح كقطب دخل INPUT من خلال الدالة المدمجة ()pinMode التي تأخذ وسيطين: الأول رقم القطب (الذي خُزن في المتغير) والثاني نوع القطب (إما خرج وإما دخل) void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(button, INPUT_PULLUP); } سنعرف في الدالة التكرارية ()loop في البداية متغيرًا خاصًا بتخزين قيمة القطب الموصول مع المفتاح بعد قراءتها من خلال الدالة ()digitalRead التي تأخذ وسيطًا واحدًا وهو رقم القطب وتعيد القيمة الفيزيائية الموجودة على القطب، وبما أن المفتاح موصول مع مقاومة رفع خارجية ستكون قيمة القطب LOW أو 0 منطقي في حالة الضغط على المفتاح وHIGH أو 1 منطقي عند إزالة الضغط عن المفتاح. int buttonStat = digitalRead(button); سيومض الليد وتزداد قيمة العداد باستمرار ولكن بشرط استمرار الضغط على المفتاح؛ لذلك سنستخدم الحلقة التكرارية ()while والشرط الذي سنضعه هو أن تكون قيمة المتغير buttonStat هي 0. while (buttonStat == 0) { } سيضيء الليد وينطفئ داخل هذه الحلقة بتأخير زمني عشوائي ويتم التحكم بقيمة القطب من خلال الدالة ()digitalWrite التي تأخذ وسيطين: الأول رقم القطب (الذي خُزن في المتغير) والثاني حالة أو قيمة القطب (إما 1 منطقي HIGH للتشغيل وإما 0 منطقي LOW للإطفاء). لتحقيق التأخير الزمني نستخدم الدالة ()delay التي تحقق انتظار أو تأخير زمني في مكان كتابتها في الكود ويُكتب الزمن داخلها بواحدة المللي ثانية "ms" وللحصول على قيمة عشوائية نستخدم الدالة ()random التي يمكن أن تأخذ وسيطين الأول أقل قيمة والثاني أكبر قيمة وتعيد قيمة عشوائية ضمن هذا المجال. digitalWrite(led, HIGH); delay(random(minDelay, maxDelay)); digitalWrite(led, LOW); delay(random(minDelay, maxDelay)); اكتملت مرة واحدة من تشغيل وإطفاء الليد في هذه الحالة لذلك سنزيد قيمة العداد count بمقدار 1، ومن ثَم سنحتاج إلى قراءة حالة المفتاح مرة أخرى كي لا تصبح الحلقة التكرارية غير منتهية فإذا تمت إزالة الضغط عن المفتاح سيخرج البرنامج من هذه الحلقة ويكمل تنفيذ باقي البرنامج. count++; buttonStat = digitalRead(button); ليصبح الكود الخاص بالحلقة التكرارية ()while: while (buttonStat == 0) { digitalWrite(led, HIGH); delay(random(minDelay, maxDelay)); digitalWrite(led, LOW); delay(random(minDelay, maxDelay)); count++; buttonStat = digitalRead(button); } سنطبع قيمة العداد count على نافذة الاتصال التسلسلي إن تحقق الشرط أن العداد count لا يساوي الصفر (المفتاح ضغط والليد اشتغل وانطفأ مرة واحدة على الأقل) وسبب استخدام هذا الشرط هو تجنب طباعة رقم 0 باستمرار في حالة عدم الضغط على المفتاح. if (count != 0) { } بعد التأكد من أن قيمة العداد ليست صفرًا سنطبع العبارة ":Number of blinking" من خلال الدالة المدمجة ()Serial.print ونضع البيانات التي نريد طباعتها داخل الأقواس وبما أننا نريد طباعة نص نكتبه ضمن علامتي تنصيص " " وبجانبه نريد طباعة عدد مرات الوميض ثم النزول إلى سطر جديد؛ لذلك سنستخدم التابع ()Serial.println الذي يطبع البيانات ثم ينتقل إلى سطر جديد. وفي النهاية نصفر قيمة العداد كي يبدأ العد من الصفر إذا ضُغط على المفتاح مرة أخرى. if (count != 0) { Serial.print("number of blinking: "); Serial.println(count); count = 0; } تحسين الكود البرمجي للمشروع من أكثر المشكلات التي تواجه المطورين في المشاريع الضخمة هي استهلاك ذاكرة البرنامج بشكل مفرط ولعل أهم أسباب هذه المشكلة هو العدد الكبير للمتغيرات الموجودة في الكود، ونلاحظ أن لدينا في هذا المشروع المتغيرات الآتية: led وbutton وminDelay وmaxDelay التي لم نعدل على القيمة المخزنة فيها مطلقًا خلال الكود على عكس المتغيرات الأخرى count buttonStat التي تتغير قيمها. لهذا نستطيع الاستغناء عن المتغيرات التي لا نحتاج للتعديل عليها مثل led وbutton و minDelay وmaxDelay من أجل تقليل استهلاك ذاكرة البرنامج، واستبدال هذه المتغيرات بالماكرو Macro وهو عبارة عن طريقة لتعريف مجموعة من التعليمات البرمجية التي يمكن استخدامها مرارًا وتكرارًا في البرنامج دون استهلاك ذاكرة البرنامج، ويعرف الماكرو باستخدام الموجهات Directives وتبدأ بالكلمة المفتاحية define# ثم اسم الماكرو وبعدها القيمة الخاصة به مثال لاستبدال المتغيرات السابقة: #define led 13 #define button 2 #define minDelay 100 #define maxDelay 500 لاحظ الفرق بين حجم استهلاك ذاكرة البرنامج في كلا الحالتين الأولى هي عند استخدام المتغيرات والثانية هي عند استبدالها بالماكرو ويمكن أن يكون الماكرو بسيطًا كاستبدال نص معين أو أرقام ويمكن أن يكون معقدًا أكثر مثل ماكرو الدالة، للاطلاع أكثر على الماكرو وأنواعه من خلال مقال الماكرو Macro والمعالج المسبق Preprocessor في لغة سي C. رأينا سابقًا مشكلة الحالة العائمة floating الخاصة بالمداخل الرقمية Digital Input عندما لا يكون هناك قيمة محددة عليها واستطعنا حل هذه المشكلة من خلال التعرف على مفهوم مقاومة الرفع والخفض واستخدمنا مقاومة رفع خارجية في مشروعنا مع مفتاح الضغط اللحظي Push Button. تدعم بعض المتحكمات ومن بينها لوحات الأردوينو وجود مقاومة رفع داخلية نستطيع تفعيلها برمجيًا أثناء ضبط نوع القطب من خلال الدالة المدمجة ()pinMode التي نمرر لها رقم القطب ونوعه كما ذكرنا سابقًا وقد تعرفنا على حالتين لنوع القطب إما أن يكون خرج OUTPUT وإما دخل INPUT ولكن هناك حالة ثالثة وهي دخل مع تفعيل مقاومة رفع داخلية INPUT_PULLUP وبهذه الحالة نستطيع الإستغناء عن مقاومة الرفع الخارجية والتقليل من التوصيلات والعناصر التي قد تسبب تعقيدًا في تنفيذ المشروع للبعض بحل برمجي بسيط pinMode(button, INPUT_PULLUP); يصبح الكود البرمجي النهائي للمشروع: #define led 13 #define button 2 #define minDelay 100 #define maxDelay 500 int count = 0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(button, INPUT_PULLUP); } void loop() { int buttonStat = digitalRead(button); while(buttonStat == 0){ digitalWrite(led, HIGH); delay(random(minDelay, maxDelay)); digitalWrite(led, LOW); delay(random(minDelay, maxDelay)); count++; buttonStat = digitalRead(button); } if(count !=0){ Serial.print("number of blinking: "); Serial.println(count); count = 0; } } محاكاة لمشروع تخمين عدد مرات وميض الليد اتبع الخطوات التي تعلمناها في المقال السابق للوصول الى الصفحة الخاصة بمحاكاة مشروعك على موقع وكوي Wokwi .تستطيع الرجوع إليها من خلال مقال التحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED باستخدام الأردوينو Arduino أضف العناصر الإلكترونية اللازمة للمشروع وهي Push Button LEDs و Resistors و BreadBoard. غير قيمة مقاومة الليد إلى 220 أوم ومقاومة المفتاح إلى 10 كيلو أوم (في حال استخدام مقاومة خارجية) من خلال الضغط عليها فتظهر لك نافذة في الأعلى تمكنك من تغير القيمة والواحدة. بالطريقة نفسها يمكنك تغير ألوان الليد والمفتاح من خلال الضغط عليها فتظهر لك نافذة بالأعلى تستطيع من خلالها اختيار اللون. رتب العناصر على لوحة التجارب بالشكل الذي تراه مناسبًا، ثم صل العناصر بعضها ببعض حسب مخطط التوصيل الذي عرضناه سابقًا. أخيرًا اكتب الكود البرمجي في الجزء الخاص به، ثم شغل المحاكاة، اضغط على المفتاح سيبدأ الليد بالوميض حاول أن تركز في عدد مرات تشغيل وإطفاء الليد انتظر قليلًا ثم أزل الضغط عن المفتاح سيظهر لك عدد مرات وميض الليد في الاسفل، هل استطعت تخمينها بشكل صحيح؟ الخلاصة شرحنا في هذا المشروع طريقة بناء مشروع لقياس وتخمين عدد مرات وميض الليد عند الضغط عليه باستخدام لوحة الأردوينو، واستعرضنا كيفية بناء المشروع وتوصيل العناصر والأدوات، بما في ذلك الأردوينو والليد والمقاومات والمفتاح، وتعلمنا كيفية كتابة الكود الخاص ببرمجة الأردوينو باستخدام بيئة التطوير المتكاملة IDE الخاصة به وعمل محاكاة للمشروع من خلال منصة وكوي Wokwi وكيفية حل مشكلات المشروع وتحسينه للأفضل. اقرأ أيضًا المقال السابق: بناء إشارة مرور باستخدام الأردوينو Arduino أداة التهيئة في راسبيري باي تجميع راسبيري باي والتحضير لاستخدامه جولة في نظام تشغيل راسبيري باي

بعد أن أنشأنا أول مشروع بسيط لنا باستخدام لوحة أردوينو في المقال السابق، سنوظف ما تعلمناه حول التعامل مع الأقطاب الرقمية Digital Pins وكتابة التعليمات البرمجية لضبط نوع القطب وإعطاء أوامر التشغيل والإيقاف إليه وتوصيل العناصر على لوحة التجارب BreadBoard وربطها مع أقطاب لوحة أردوينو ونطور مشروعنا الثاني وهو مشروع يحاكي إشارة المرور. فكرة المشروع الهدف من هذا المشروع هو التحكم بإشارة مرور بسيطة مثل التي نراها في الطرقات والتي تحتوي على ثلاثة ليدات، أحمر وبرتقالي وأخضر، إذ تكون خطوات التشغيل بالشكل الآتي: يضيء الليد الأخضر في البداية وتنطفئ باقي الليدات لمدة زمنية محددة (5 ثوان). ينطفئ الليد الأخضر ويضيء الليد البرتقالي بشكل ومضات مرات عدة بفترات قصيرة (0.5 ثانية). يضيء الليد الأحمر وتنطفئ باقي الليدات لمدة زمنية محددة (5 ثوان). تتكرر عملية تشغيل وإطفاء الليد البرتقالي مرات عدة ( الخطوة نفسها رقم 2). إعادة تكرار الخطوات باستمرار بدءًا من الخطوة رقم 1. العناصر المستخدمة العناصر التي سنستخدمها لعمل هذا المشروع هي كالتالي: لوحة أردوينو أونو Arduino Uno. كابل البرمجة USB Cable. لوحة توصيل التجارب Breadboard. ليد أحمر RED LED. ليد أخضر GREEN LED. ليد برتقالي ORANGE LED. ثلاث مقاومات بقيمة 220 أوم. مجموعة أسلاك توصيل من نوع Male to Male. مخطط توصيل مشروع إشارة مرور باستخدام أردوينو لتنفيذ فكرة المشروع، اتبع الخطوات الآتية لتوصيل العناصر والأسلاك مع لوحة الأردوينو Arduino : صل أقطاب التغذية في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno مع لوحة توصيل التجارب BreadBoard، إذ يوصل القطب 5v في لوحة الأردوينو مع المسرى الموجب للوحة التجارب، والقطب GND في لوحة الأردوينو مع المسرى السالب للوحة التجارب من خلال أسلاك التوصيل. صل الرِّجل الأطول (التي تمثل الطرف الموجب) لليد الأخضر مع الرجل الأولى للمقاومة، ثم الرجل الأخرى للمقاومة مع القطب رقم 9 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno. صل الرِّجل الأقصر (التي تمثل الطرف السالب) لليد الأخضر مع المسرى السالب في لوحة توصيل التجارب BreadBoard. كرر الخطوتين السابقتين بالطريقة ذاتها لليد البرتقالي والليد الأحمر ولكن مع تغيير أرقام الأقطاب في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno إلى القطب رقم 10 لمقاومة الليد البرتقالي والقطب رقم 11 لمقاومة الليد الأحمر. لترتيب التوصيل بصورة أفضل يمكنك توصيل الرِّجل الأقصر (التي تمثل الطرف السالب) لليد الأول مع الرِّجل الأقصر من الليدات الأخرى، ثم توصيل إحداها بالمسرى السالب في لوحة توصيل التجارب BreadBoard لأنها تشترك جميعًا بالنقطة ذاتها وفي النهاية النتيجة واحدة. توضح الصورة الآتية مخطط التوصيل: الكود البرمجي لمشروع إشارة المرور في البداية نحتاج لتعريف ثلاثة متغيرات من نوع عدد صحيح int تحتوي على رقم القطب الموصول مع كل ليد في لوحة Arduino Uno حيث سنوصلها مع الأقطاب 9 لليد الأخضر و 10 لليد البرتقالي و 11 لليد الأحمر كما وضحنا ذلك في جزء مخطط التوصيل، وبما أننا نريد استخدام هذه المتغيرات في أي جزء من الكود سنعرفها في البداية كمتغيرات عامة خارج الدالتين الرئيسية والتكرارية كما يلي. int Green_Led = 9; int Orange_Led = 10; int Red_Led = 11; الآن، سنضبط داخل الدالة الرئيسية الأقطاب الخاصة بالليدات التي خُزّنت أرقامها ضمن متغيرات كأقطاب خرج من خلال الدالة المدمجة ()pinMode التي تأخذ معاملين الأول رقم القطب (الذي خُزن في المتغير) والثاني نوع القطب (إما خرج وإما دخل) وفي حالتنا هذه الأقطاب جميعها خرج OUTPUT. void setup() { pinMode(Red_Led, OUTPUT); pinMode(Orange_Led, OUTPUT); pinMode(Green_Led, OUTPUT); } وبما أننا نحتاج لتشغيل المشروع باستمرار لذلك سنكتب التعليمات البرمجية الخاصة بأوامر التحكم بالتشغيل والإطفاء الخاصة بالليدات في الدالة التكرارية ()void loop التي تنفذ الكود البرمجي الموجود داخلها بشكل متكرر. void loop() { } ذكرنا سابقًا أننا سنشغل القطب الخاص بالليد الأخضر في البداية ونطفئ الأقطاب الخاصة بالليدات الأخرى (الأحمر والبرتقالي) بتأخير زمني 5000 مللي ثانية أي بمقدار 5 ثوان، وللتحكم بإشارة خرج أقطاب الليدات برمجيًا سنستخدم الدالة المدمجة ()digitalWrite التي تأخذ معاملين أيضًا: الأول رقم القطب (الذي خُزن في المتغير) والثاني حالة أو قيمة القطب (إما 1 منطقي HIGH وإما 0 منطقي LOW) وفي حالتنا هذه سيأخذ القطب الخاص بالليد الأخضر القيمة HIGH لأننا نريد تشغيله وستأخذ الأقطاب الخاصة بالليدات الأخرى (الأحمر والبرتقالي) القيمة LOW، ولتحقيق التأخير الزمني نستخدم الدالة المدمجة ()delay كما يلي: digitalWrite(Red_Led, LOW); digitalWrite(Orange_Led, LOW); digitalWrite(Green_Led, HIGH); delay(5000); سنشغل الليد البرتقالي ثم نطفئه بشكل متكرر مرات عدة وبتأخير زمني قصير (0.5 ثانية بعد كل عملية تشغيل أو إطفاء) ليحاكي النموذج الحقيقي لإشارة المرور، ولتنفيذ ذلك برمجيًا نستدعي الدالة ()digitalWrite حيث سيأخذ القطب الخاص بالليد البرتقالي القيمة HIGH وستأخذ الأقطاب الخاصة بالليدات الأخرى (الأحمر والأخضر) القيمة LOW لأننا نريد تشغيل الليد البرتقالي بالبداية، وبالطريقة نفسها نستخدم الدالة ()digitalWrite مع تغيير قيمة القطب الخاص بالليد البرتقالي إلى القيمة LOW لأننا نريد إطفاءه. ونستدعي دالة التأخير الزمني()delay بين كل عملية تشغيل وإطفاء أو العكس بمقدار نصف ثانية أو 500 مللي ثانية، بهذه الطريقة نحقق وميض الليد البرتقالي مرة واحدة، وبتكرار الكود مرات عدة نحصل على الوظيفة المطلوبة. digitalWrite(Red_Led, LOW); digitalWrite(Orange_Led, HIGH); digitalWrite(Green_Led, LOW); delay(500); digitalWrite(Red_Led, LOW); digitalWrite(Orange_Led, LOW); digitalWrite(Green_Led, LOW); delay(500); digitalWrite(Red_Led, LOW); digitalWrite(Orange_Led, HIGH); digitalWrite(Green_Led, LOW); delay(500); digitalWrite(Red_Led, LOW); digitalWrite(Orange_Led, LOW); digitalWrite(Green_Led, LOW); delay(500); digitalWrite(Red_Led, LOW); digitalWrite(Orange_Led, HIGH); digitalWrite(Green_Led, LOW); delay(500); digitalWrite(Red_Led, LOW); digitalWrite(Orange_Led, LOW); digitalWrite(Green_Led, LOW); delay(500); سيضيءالقطب الخاص بالليد الأحمر في النهاية وتنطفئ الأقطاب الخاصة بالليدات الأخرى (الأخضر والبرتقالي) بتأخير زمني 5000 مللي ثانية أي بمقدار 5 ثوان، لذا نستدعي الدالة()digitalWrite حيث سيأخذ القطب الخاص بالليد الأحمر القيمة HIGH لأننا نريد تشغيله وستأخذ الأقطاب الخاصة بالليدات الأخرى (الأخضر والبرتقالي) القيمة LOW، ونستدعي الدالة المدمجة ()delay بقيمة 5000 لتحقيق تأخير الزمني بمقدار 5 ثوان. digitalWrite(Red_Led, HIGH); digitalWrite(Orange_Led, LOW); digitalWrite(Green_Led, LOW); delay(5000); تحسين الكود البرمجي لمشروع إشارة مرور كما تلاحظ فإننا نكرر التعليمات البرمجية الخاصة بالتحكم بتشغيل وإطفاء الليد البرتقالي ثلاث مرات في الكود السابق، وفي كل مرة نعيد كتابة التعليمات البرمجية الخاصة بذلك، ويمكن اختصار الكود خلال كتابة التعليمات مرة واحدة فقط داخل حلقة تكرارية for بمتغير i تبدأ قيمته من 1 وتزداد بمقدار 1 في كل مرة حتى تصبح مساوية لـ 3 (تكرار تنفيذ ما بداخل الحلقة ثلاث مرات) ويصبح الكود الخاص بهذا الجزء: for (int i = 1; i <= 3; i++) { digitalWrite(Red_Led, LOW); digitalWrite(Orange_Led, HIGH); digitalWrite(Green_Led, LOW); delay(500); digitalWrite(Red_Led, LOW); digitalWrite(Orange_Led, LOW); digitalWrite(Green_Led, LOW); delay(500); } لاحظ أننا في كل مرة نتحكم بالأقطاب الثلاثة بالترتيب نفسه Red_Led ثم Orange_Led ثم Green_Led، يمكننا القيام بذلك بتعليمة برمجية واحد فقط بدلًا من أن نكتب ثلاث تعليمات برمجية خاصة بالتحكم بتشغيل وإطفاء هذه الليدات في كل مرة من خلال كتابة دالة باسم ()ROG_LED (أو أي اسم مناسب تريده) تأخذ ثلاثة معاملات، يمثل كل معامل حالة قطب من أقطاب الليدات الثلاثة وتكون بالترتيب الآتي: معامل حالة قطب الليد الأحمر Red_Stat، ومعامل حالة قطب الليد البرتقالي Orange_Stat، ومعامل حالة قطب الليد الأخضر Green_stat وبداخل هذه الدالة سنكتب التعليمات البرمجية التي تتحكم بتشغيل وإطفاء هذه الليدات مرة واحدة فقط وبقيمة الوسيط الخاص بكل ليد ذاتها. void ROG_LED(int Red_Stat, int Orange_Stat, int Green_stat) { digitalWrite(Red_Led, Red_Stat); digitalWrite(Orange_Led, Orange_Stat); digitalWrite(Green_Led, Green_stat); } يصبح الكود النهائي للمشروع كما يلي: int Red_Led = 11; int Orange_Led = 10; int Green_Led = 9; void ROG_LED(int Red_Stat, int Orange_Stat, int Green_stat) { digitalWrite(Red_Led, Red_Stat); digitalWrite(Orange_Led, Orange_Stat); digitalWrite(Green_Led, Green_stat); } void setup() { pinMode(Red_Led, OUTPUT); pinMode(Orange_Led, OUTPUT); pinMode(Green_Led, OUTPUT); } void loop() { // Green Light ROG_LED(LOW, LOW, HIGH); delay(5000); // Orange Light for (int i = 1; i <= 3; i++) { ROG_LED(LOW, HIGH, LOW); delay(500); ROG_LED(LOW, LOW, LOW); delay(500); } // Red Light ROG_LED(HIGH, LOW, LOW); delay(5000); } محاكاة المشروع: سننفذ المحاكاة باستخدام منصة ووكوي Wokwi باتباع الخطوات التي شرحناها في المقال السابق للوصول الى الصفحة الخاصة بمحاكاة المشروع كما توضح الصورة التالية: بعدها أضف العناصر الإلكترونية اللازمة للمشروع مثل لوحة التجارب BreadBoard، والليدات LEDs، والمقاومات Resistors. غيّر قيمة المقاومات إلى 220 أوم من خلال الضغط عليها فتظهر لك نافذة تمكنك من تغير القيمة والواحدة. يمكنك الطريقة نفسها تغير ألوان الليدات من خلال الضغط عليها فتظهر لك نافذة تستطيع من خلالها اختيار لون الليد. رتب العناصر على لوحة التجارب بالشكل الذي تراه مناسبًا، ثم صل العناصر بعضها ببعض حسب مخطط التوصيل الذي عرضناه سابقًا. اكتب الكود البرمجي في الجزء الخاص به، ثم شغل المحاكاة، ستجد أن الليدات تعمل بالترتيب الذي ذكرناه في وصف المشروع. الخلاصة تعلمنا في هذا المقال بناء المشروع الثاني في سلسلة دليل أدوينو وهو إشارة مرور بسيطة بعدة خطوات سهلة بدءًا من فهم فكرة المشروع ووصولًا إلى كتابة الكود البرمجي الخاص به، مع تعلم كيفية التفكير في تحسين وتطوير الكود، وسنستكمل في المقالات القادمة بناء المزيد من المشاريع الإلكترونية المفيدة ونتعلم من خلالها أفكارًا جديدة. اقرأ أيضًا المقال السابق: مشروع التحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED باستخدام الأردوينو Arduino تصميم لعبة السلك والحلقة باستخدام برنامج سكراتش وحاسوب راسبيري باي تنفيذ مصباح ليد ثلاثي الأبعاد باستخدام سكراتش ولوحة راسبيري باي صنع آلة موسيقية باستخدام سكراتش وحاسوب راسبيري باي

بعد أن تعلمنا في المقال السابق مجموعة من المعلومات والمفاهيم الأساسية حول لوحات أردوينو وأنواعها ومكوناتها وبيئة برمجتها، سنتعلم في هذا المقال كيفية بناء أول مشروع باستخدام هذه اللوحة، وهو التحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED. يعد هذا المشروع من المشاريع الأساسية والمهمة للمبتدئين في عالم الأردوينو، فمن خلاله تتعلم كيفية التعامل مع لوحة الأردوينو، وتوصيل العناصر البسيطة وربطها مع اللوحة، بالإضافة إلى فهم البنية البرمجية الأساسية لأي مشروع، وكيفية استخدام التعليمات البرمجية الأساسية. فكرة المشروع تعتمد فكرة المشروع على توصيل ليد LED على إحدى الأقطاب الرقمية Digital Pins في لوحة أردوينو أونو Arduino Uno، والتحكم في طريقة عمله، يُضبط القطب كقطب خرج OUTPUT، ثم يُشغل الليد لمدة ثانية واحدة وبعدها يوقف لمدة ثانية أخرى وتتكرر هذه العملية باستمرار. يمكن ربط هذه الفكرة بمثال بسيط لا بد أنك رأيته سابقًا في مكان ما، فهو يستخدم في الساعات الرقمية، إذ يوجد فيها شريحتان من الليدات تفصل بين أرقام الثواني والدقائق والساعات، وتومض بشكل متكرر كل ثانية. العناصر المستخدمة سنحتاج مجموعة من العناصر الضرورية لعمل هذا المشروع، وهي: لوحة أردوينو أونو Arduino Uno. كابل البرمجة USB Cable. لوحة توصيل التجارب Breadboard. ليد LED. مقاومة بقيمة 220 أوم. مجموعة أسلاك توصيل من نوع male to male. ما هي لوحة التجارب Breadboard لوحة التجاري هي لوحة مسطحة مصنوعة من البلاستيك، تحتوي على ثقوب متصلة ببعضها البعض بشكل أفقي أو رأسي بواسطة مسارات معدنية من الداخل. تُستخدم في توصيل العناصر الإلكترونية والأسلاك ببعضها البعض وبناء المشاريع والتجارب الإلكترونية دون الحاجة إلى عملية اللحام، مما يجعلها قابلة لإعادة الاستخدام ومن السهل تغيير مكوناتها. تتصل الثقوب متصلة ببعضها بشكل رأسي في المسارات الجانبية على الأطراف وتوصل عليها أقطاب التغذية غالبًا، لذلك يوجد مساران في كل طرف: الأول للقطب الموجب والآخر للقطب السالب. أما باقي الثقوب فتكون متصلة ببعضها بشكل أفقي وتُستخدم لإدخال العناصر الإلكترونية وتوصيلها ببعضها البعض، كما يوجد فراغ في المنتصف يقسم اللوحة إلى قسمين متناظرين ويسمح بتركيب الدوائر المتكاملة integrated circuit. مخطط توصيل المشروع Circuit Diagram سنوضح طريقة توصيل المشروع من خلال مجموعة من النصائح والخطوات البسيطة التي ستساعدك بإنجاز مشروعك بطريقة سهلة، اتبع الخطوات الآتية لتوصيل المشروع: صل أقطاب التغذية دائمًا بلوحة التجارب أولًا، فسوف تساعدك هذه الخطوة كثيرًا في أي مشروع، ويمكنك الحصول على التغذية من أقطاب الطاقة Power Pins في لوحة الأردوينو التي تحدثنا عنها في المقال السابق، صل القطب 5v مع المسرى الموجب للوحة التجارب والقطب GND مع المسرى السالب للوحة التجارب من خلال الأسلاك. صل الرِّجل الأطول للِّيد (التي تمثل الطرف الموجب) مع القطب رقم 13 في لوحة الأردوينو أونو Arduino Uno. صل الرِّجل الثانية للِّيد (التي تمثل الطرف السالب) مع الرجل الأولى للمقاومة (لا توجد قطبية للمقاومة، لذلك لا يوجد فرق إذا عكسنا بين الرجل الأولى والرجل الثانية). صل الرِّجل الأخرى للمقاومة مع المسرى السالب في لوحة التجارب. توضح الصورة التالية مخطط التوصيل: الكود البرمجي للتحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED يجب أن يحتوي أي كود بلغة الأردوينو على دالتين، الأولى()void setup ينفذ ما بداخلها مرة واحدة فقط عند بداية التشغيل وسنسميها الدالة الرئيسية لسهولة الشرح، وبعدها ينتقل لتنفيذ ما بداخل الدالة الثانية ()void loop بشكل متكرر، وسنسميها الدالة التكرارية. void setup() { } void loop() { } تُضبط الأقطاب والطرفيات الخاصة بلوحة الأردوينو في الدالة الرئيسية، ففي مثالنا هذا سنضبط القطب رقم 13 على أنه قطب خرج OUTPUT من خلال الدالة المدمجة ()pinMode التي تأخذ معاملين: الأول يمثل رقم القطب والثاني نوع القطب (خرج أو دخل) فتصبح الدالة الرئيسية بالشكل الآتي: void setup () { pinMode(13, OUTPUT); } ملاحظة: توفر نواة أردوينو Arduino core مجموعة من الدوال المدمجة التي تتميز بأنها سهلة الفهم والاستخدام مما يجعل عملية البرمجة وتطوير المشاريع الإلكترونية أبسط وأكثر كفاءة وفعالية في الكثير من الأوقات كما أنها توفر الوقت والجهد على المبرمجين بتجنب إعادة كتابة الأكواد الشائعة والمستخدمة بكثرة من خلال استخدام هذه الدوال المبنية مسبقًا، مما يساعدهم على التركيز للإبداع والابتكار. يمكنك الاستزادة أكثر والإطلاع على جميع التوابع المدمجة التي توفرها نواة أردوينو من خلال زيارة توثيق أردوينو على موسوعة حسوب، أو الاطلاع على المرجع الرسمي Arduino Reference. وبما أننا نريد تشغيل وإطفاء الليد بشكل متكرر ومستمر لذلك سنكتب أمر التشغيل والإطفاء في الدالة()loop ونتحكم بالتشغيل والإطفاء من خلال الدالة ()digitalWrite التي تأخذ أيضًا معاملين: يمثل المعامل الأول رقم القطب، ويمثل الثاني حالة القطب (إما قيمة 1 منطقي HIGH، أو قيمة 0 منطقي LOW) void loop() { digitalWrite(13, HIGH); digitalWrite(13, LOW); } ولكن عند تجربة هذا الكود نجد أن الليد لا يومض بل يعمل بشكل مستمر، والسبب في ذلك أننا نشغل الليد ثم نطفئه بشكل مباشر وسريع بالتالي لا نلاحظ عملية الومض، في هذه الحالة علينا استخدام الدالة ()delay التي تضيف فترة انتظار أو تأخير زمني في موضع كتابتها في الكود ويمرر الزمن المطلوب لها بواحدة المللي ثانية ms. وبتعديل الكود السابق تصبح الدالة التكرارية على النحو التالي: void loop() { digitalWrite(13, HIGH); delay(1000); digitalWrite(13, LOW); delay(1000); } تحسين الكود البرمجي للتحكم بتشغيل وإطفاء ليد LED عند تجربة الكود السابق نجد أنه يعمل بشكل جيد كما هو مطلوب بالضبط، ولكن يمكن تحسينه أكثر، على فرض أنك تتحكم بحالة القطب من HIGH إلى LOW أو العكس عدة مرات خلال مشروعك، وتريد تغير رقم القطب لسبب ما كترتيب التوصيل ضمن الدارة أو استخدام هذا القطب في وظيفة أخرى خاصة به، ستحتاج في هذه الحالة لتعديل رقم القطب في كل تعليمة تغير فيها حالة القطب من HIGH إلى LOW أو العكس ضمن الكود. لهذا السبب، يجب تعريف متغير ثابت (بما أننا لن نعدل قيمة هذا المتغير أثناء تنفيذ الكود)، يحتوي هذا المتغير على رقم القطب وإذا اضطررنا لتغير رقم القطب فنغير قيمته في الكود مرة واحدة فقط ونُعرِّف المتغير في بداية الكود خارج التوابع ليكون متغيرًا عامًا global variable ونتمكن من استخدامه في أي مكان ضمن الكود. const int LED_PIN = 13; يصبح الكود النهائي للمشروع على النحو التالي: int LED_PIN = 13; void setup() { pinMode(LED_PIN, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(1000); digitalWrite(LED_PIN, LOW); delay(1000); } محاكاة المشروع تعد ميزة المحاكاة مفيدة ومهمة في كثير من الأحيان لإجراء بعض التجارب أو المشاريع إضافة إلى أنها توفر الوقت والجهد. وتقدم منصة ووكوي Wokwi إمكانية محاكاة العديد من اللوحات الإلكترونية مثل لوحات الأردوينو Arduino ولوحات إي إس بي اثنان وثلاثين ESP32 ولوحات إس تي إم اثنان وثلاثين STM32 بالإضافة إلى العديد من الحساسات والعناصر والقطع الإلكترونية، يمكنك الاطلاع أكثر على القسم الخاص بتوثيق الموقع للمزيد من المعلومات حول المميزات والخدمات التي يقدمها، اتبع الخطوات الآتية لإنشاء ومحاكاة مشروعك من خلال هذه المنصة: بعد الدخول إلى موقع ووكوي Wokwi ستظهر لك في الواجهة الرئيسية اللوحات المختلفة التي تستطيع عمل محاكاة لها من خلال الموقع. اضغط على خيار Arduino، وانتظر انتهاء تحميل الصفحة ثم انزل قليلًا واختر لوحة أردوينو أونو Arduino Uno. ستظهر الصفحة الخاصة بمحاكاة مشروعك كما في الصورة التالية، الجزء الأيسر في الصورة خاص بكتابة الكود البرمجي، والجزء الأيمن خاص بإضافة العناصر الإلكترونية وتوصيل الدائرة الكهربائية. أضف العناصر الإلكترونية اللازمة للمشروع مثل لوحة توصيل التجارب BreadBoard، والليد LED، والمقاومة Resistor (ستلاحظ عند إضافة عنصر المقاومة ظهور نافذة تتيح لك تغير قيمتها، غيرها إلى 220 أوم). رتب العناصر على لوحة التجارب بالشكل الذي تراه مناسبًا، ثم صل العناصر بعضها ببعض حسب مخطط التوصيل الذي عرضناه سابقًا. أخيرًا اكتب الكود البرمجي في الجزء الخاص به، ثم شغل المحاكاة ستجد الليد يومض كل ثانية. تهانينا بهذا تكون قد أنجزت مشروعك الأول في أردوينو، ويمكنك بالطبع إجراء بعض التجارب والتعديلات على مشروعك مثل تغير زمن التأخير، أو تغير رقم القطب الخاص بالليد، أو إضافة أكثر من ليد LED. الخاتمة تعلمنا في هذا المقال بناء أول مشروع إلكتروني من خلال لوحة أردوينو بعدة خطوات بسيطة وتعرفنا على العديد من الخطوتات والنصائح المفيدة التي تساعد على محاكاة مشروعك وتنفيذه بطريقة صحيحة، وسنستكمل في المقالات القادمة رحلتنا هذه في عالم الأردوينو من خلال بناء المزيد من المشاريع الإلكترونية الممتعة الأكثر تقدمًا. اقرأ أيضًا المقال السابق: التعرف على أساسيات الأردوينو وتجهيز بيئة العمل أساسيات في عالم الإلكترونيات: التيار والجهد والعناصر الساكنة أساسيات في عالم الإلكترونيات: تشكيل الدوائر اﻹلكترونية والعناصر الفعالة مدخل إلى الدوائر المتكاملة Integrated Circuits والمتحكمات الصغرية Micro-processor بنية برنامج لغة سي C

هل سمعت بمصطلح أردوينو Arduino من قبل، وراودك الاهتمام بهذا المصطلح؟ سنشرح في هذا المقال عن لوحات أردوينو من خلال نظرة موسعة عنها وما هي الاختلافات بين أنواعها ومكوناتها الأساسية، بالإضافة إلى شرح كيفية تجهيز بيئة العمل للبدء برحلة ممتعة في عالم الأردوينو والمتحكمات وبناء المشاريع الإلكترونية من خلاله. هذا المقال هو جزء من سلسلة مقالات تعليمية حول الأردوينو وكيفية بناء المشاريع الإلكترونية من خلالها ويمكنك الوصول لكامل مقالات هذه السلسلة المنشورة تحت وسم دليل أردوينو. ما هي لوحة أردوينو Arduino هي لوحة إلكترونية تطويرية مفتوحة المصدر، طُورت لمساعدة المبتكرين والهواة في تعلم تصميم وتنفيذ المشاريع الإلكترونية بطريقة سهلة وبدون تعقيد. يمكن للمستخدم برمجة هذه اللوحة لتنفذ وظيفة إلكترونية معينة كالتحكم بتشغيل أو إطفاء ليد LED وشدة إضاءته، أو قراءة قيم من حساسات مختلفة سواء أكانت رقمية Digital أو تشابهية Analog، أو حتى التحكم بشكل كامل بروبوت يقوم بعدة وظائف معًا، إضافة إلى العديد من المشاريع الأخرى. وتُبرمَج هذه اللوحة من خلال بيئة تطوير متكاملة Arduino IDE تستخدم بشكل أساسي لكتابة الأكواد والتعليمات البرمجية من خلالها ورفع الكود إلى اللوحة الإلكترونية وتنفيذه. ما هو المتحكم المصغر Microcontroller يعد المتحكم المصغر (أو المتحكم الصغري) من أهم المكونات الموجودة في لوحة الأردوينو، ويمكن تعريفه باختصار على أنه حاسوب مصغر يحوي العناصر الأساسية التي يحتويها الحاسوب مثل المعالج والذواكر وطرفيات الإدخال والإخراج موجودة جميعها في شريحة واحدة ولكن بحجم وإمكانيات محدودة جداً مقارنة مع الحواسيب الشخصية، ويمكنك التعرف أكثر عن المتحكمات الصغرية والدوائر المتكاملة من خلال مقال مدخل إلى الدوائر المتكاملة والمتحكمات الصغرية مميزات أردوينو من أهم المميزات التي قد تجعلك ترغب في استخدام الأردوينو في مشاريعك الإلكترونية هي أن منصة الأردوينو تملك مجتمع دعم كبير، وسوف تجد العديد من المشاريع والمصادر والمكتبات والأشخاص لمساعدتك وتبادل الأفكار والحلول حول المشاكل التي قد تواجهها خلال تنفيذ مشروعك، بالإضافة إلى العديد من المميزات الأخرى ومنها: سهولة الاستخدام: تستطيع البدء باستخدام لوحة الأردوينو وبرمجتها من خلال برنامج Arduino IDE بدقائق وببضعة خطوات بسيطة ولذلك تعد مناسبة جداً للمبتدئين والهواة. انخفاض التكلفة: تعتبر لوحات الأردوينو والعناصر والمجموعات التعليمية الخاصة بها غير مكلفة نسبيًا مقارنة مع المتحكمات الأخرى، بالإضافة الى أن البيئة البرمجية الخاصة ببرمجتها مجانية بشكل كامل. العمل على جميع الأنظمة: يمكنك تشغيل برنامج Arduino IDE على جميع أنظمة التشغيل مثل نظام ويندوز Windows أو لينكس Linux أو ماك أو إس Mac OS، مفتوحة المصدر: يمكنك الوصول إلى الأكواد المصدرية للأردوينو لمعرفة المزيد عن لغة البرمجة التي تعتمد عليها أو تعديلها والتطوير عليها، وكذلك الأمر بالنسبة لمخططات الدوائر الإلكترونية circuit diagram إذ يمكنك الاستفادة منها أو عمل لوحة أردوينو خاصة بك. المكتبات: يوجد العديد من المكتبات الموجودة في البيئة البرمجية Arduino IDE، بالإضافة الى العديد من المكتبات التي طورها أشخاص من جميع أنحاء العالم حيث يمكنك الاستفادة من هذه المكتبات عن طريق استخدام التوابع الموجودة فيها مباشرة، مما يوفر الوقت والجهد اللازمين لإعادة كتابة هذه التوابع من البداية. أنواع لوحات أردوينو والفروقات بينها تختلف لوحات الأردوينو عن بعضها بعدة عوامل تشمل بشكل أساسي شكل اللوحة وحجمها، وجهد العمل 5v أو 3.3v، وشريحة البرمجة الخاصة بنقل الكود من الحاسوب إلى المتحكم، ونوع المتحكم الرئيسي الذي يؤثر على مواصفات اللوحة مثل سرعة المعالج وعدد أقطاب الرقمية والتشابهية وبروتوكولات التواصل مع الطرفيات والمتحكمات الأخرى، ولتوضيح الفروقات بين لوحات الأردوينو سنصنف أشهر لوحات الأردوينو واستعراض مواصفات كل منها. لوحة أردوينو أونو Arduino Uno أشهر لوحات الأردوينو وأكثرها انتشاراً وتعد الخيار الأفضل لإجراء التجارب والنماذج الأولية للمشاريع وذلك بسبب ثمنها المنخفض وسهولة استخدامها، ومن أهم مواصفاتها: نوع المتحكم: Atmega328 عدد أقطاب الدخل والخرج: 22 عدد أقطاب إشارة PWM: تحتوي 6 عدد الأقطاب التشابهية: 6 سرعة المعالج: 16MHz جهد العمل: 5V حجم ذاكرة البرنامج Flash: تأتي بحجم 32KB حجم ذاكرة البيانات SRAM: تأتي بحجم 2KB حجم ذاكرة القراءة القابلة للبرمجة EEPROM: تأتي بحجم 1KB لوحة أردوينو نانو Arduino Nano تشبه لوحة Arduino Uno من حيث المواصفات ولكن بحجم صغير وشكل مناسب للتركيب على لوحة التجارب BreadBoard وتعد أيضًا من الخيارات المفضلة للمطورين بسبب صغر حجمها وسعرها المنخفض، ومن أهم مواصفاتها: نوع المتحكم: ATmega328 عدد أقطاب الدخل والخرج: 22 عدد أقطاب إشارة PWM: تحتوي 6 عدد الأقطاب التشابهية: 8 سرعة المعالج: 16MHz جهد العمل: 5V حجم ذاكرة البرنامج Flash: تأتي بحجم 32KB حجم ذاكرة البيانات SRAM: تأتي بحجم 2KB حجم ذاكرة القراءة القابلة للبرمجة EEPROM: تأتي بحجم 1KB لوحة أردوينو برو ميني Arduino Pro Mini نسخة مصغرة من لوحة Arduino Nano ومشابهة لها في بعض المميزات، ولكن تختلف بعدم وجود شريحة برمجة مدمجة مع اللوحة وتحتاج أداة منفصلة لبرمجتها تسمى USB-TTL وتوصل بها من خلال طرفية الاتصال التسلسلي UART وهي مناسبة للمشاريع التي تكون فيها المساحة محدودة وصغيرة ومن أهم مواصفاتها: نوع المتحكم: atmega328 عدد أقطاب الدخل والخرج: 14 عدد أقطاب إشارة PWM: تحتوي 6 عدد الأقطاب التشابهية: 6 سرعة المعالج: 8MHz/16MHz جهد العمل: 3.3V/5V حجم ذاكرة البرنامج flash: تأتي بحجم 32KB حجم ذاكرة البيانات SRAM: تأتي بحجم 2KB حجم ذاكرة القراءة القابلة للبرمجة EEPROM: تأتي بحجم 1KB لوحة أردوينو ليوناردو Arduino Leonardo يختلف عن الأنواع السابقة بنوع المتحكم الموجود فيه ويحوي بروتوكول اتصال USB مدمج والذي يلغي الحاجة إلى وجود شريحة برمجة خاصة ويمكن استخدامه في تطبيقات الأجهزة التي تستخدم كمنفذ HID أو منفذ COM ومن أهم مواصفاته: نوع المتحكم: ATmega32U4 عدد أقطاب الدخل والخرج: 22 عدد أقطاب إشارة PWM: تحتوي 7 عدد الأقطاب التشابهية: 12 سرعة المعالج: 16MHz جهد العمل: 5V حجم ذاكرة البرنامج Flash: تأتي بحجم 32KB حجم ذاكرة البيانات SRAM: تأتي بحجم 2.5KB حجم ذاكرة القراءة القابلة للبرمجة EEPROM: تأتي بحجم 1KB لوحة أردوينو مايكرو Arduino Micro تشبه لوحة Arduino Nano من حيث الشكل والحجم بالضبط ولكن من حيث المميزات والمواصفات فهي مماثلة للوحة Arduino Leonardo فهي تحوي المتحكم نفسه والإمكانيات نفسها ومن أهم مواصفاته: نوع المتحكم: ATmega32U4 عدد أقطاب الدخل والخرج: 20 عدد أقطاب إشارة PWM: تحتوي 7 عدد الأقطاب التشابهية: 12 سرعة المعالج: 16MHz جهد العمل: 5V حجم ذاكرة البرنامج flash: تأتي بحجم 32KB حجم ذاكرة البيانات SRAM: تأتي بحجم 2.5KB حجم ذاكرة القراءة القابلة للبرمجة EEPROM: تأتي بحجم 1KB لوحة أردوينو ميغا Arduino mega يعد الأكبر من جميع اللوحات التي تحدثنا عنها ويستخدم في التطبيقات والمشاريع الكبيرة التي تتطلب عدداً كبيراً من الأقطاب وتحتاج حجم ذاكرة أكبر من الأنواع السابقة ومن أهم مواصفاته: نوع المتحكم: ATMEGA2560 عدد أقطاب الدخل والخرج: 54 عدد أقطاب إشارة PWM: تحتوي 15 عدد الأقطاب التشابهية: 16 سرعة المعالج: 16MHz جهد العمل: 5V حجم ذاكرة البرنامج Flash: تأتي بحجم 256KB حجم ذاكرة البيانات SRAM: تأتي بحجم 8KB حجم ذاكرة القراءة القابلة للبرمجة EEPROM: تأتي بحجم 4KB لوحة أردوينو ليلي باد Arduino LilyPad صُمم هذا النوع من اللوحات بشكل خاص للمشاريع التي يمكن ربطها مع الملابس والأجهزة القابلة للإرتداء إذ يمكن خياطته بشكل مناسب وسهل مع القماش بسبب تصميمه الخاص والثقوب الموجودة فيه والتي تستخدم أيضا كأقطاب ومن أهم مواصفاته: نوع المتحكم: Atmega328/Atmega168 عدد أقطاب الدخل والخرج: 14 عدد أقطاب إشارة PWM: تحتوي 6 عدد الأقطاب التشابهية: 6 سرعة المعالج: 8MHz جهد العمل: 2.7V-5.5V حجم ذاكرة البرنامج Flash: تأتي بحجم 16KB حجم ذاكرة البيانات SRAM: تأتي بحجم 1KB حجم ذاكرة القراءة القابلة للبرمجة EEPROM: تأتي بحجم 512B كيف تختار اللوحة المناسبة لك تعتبر اللوحات السابقة من أشهر أنواع لوحات الأردوينو والأكثر انتشاراً واستخداماً. والآن بعد أن استعرضنا هذه الأنواع ومواصفاتها قد يأتي سؤال لذهنك: كيف أختار اللوحة المناسبة من بين كل هذه الأنواع العديدة؟ يعتمد اختيارك لنوع لوحة الأردوينو المناسبة على هدفك الرئيسي منها، فإذا كنت تبحث عن لوحة للتعلم فيجب أن تختار لوحة سهلة الاستخدام ومناسبة لعمل التجارب الإلكترونية وشائعة الاستخدام؛ لسهولة البحث عن المشاكل وإيجاد الحلول التقنية مثل لوحة أردوينو أونو التي سوف نعتمد عليها في هذه السلسلة التعليمية. أما إذا كنت تريد اختيار اللوحة المناسبة من أجل عمل مشروع إلكتروني فهناك عدة عوامل مثل: الميزانية المخصصة للمشروع، وعدد الأقطاب التي تحتاجها، وحجم الكود البرمجي، واستهلاك الذواكر، ودعم المكتبات البرمجية للوحة في حال استخدمت مكتبات في مشروعك، وكما يعد الحجم والشكل من العوامل المهمة في اختيار اللوحة المناسبة وضمان نجاح مشروعك والقدرة على تطويره بسلاسة. الفرق بين أردوينو Arduino وراسبيري باي Raspberry Pi إذا كنت قد بدأت حديثًا في عالم برمجة المتحكمات والأنظمة الرقمية، فقد تتساءل ما الاختلاف بين لوحة أردوينو Arduino ولوحة راسبيري باي Raspberry Pi، في الواقع كلاهما لوحتان رائعتان لإنجاز مشاريع إلكترونية مبتكرة وإبداعية، ولكن هناك بعض الاختلافات بينهما، دعنا نتعرف عليها. أردوينو Arduino: كما وضحنا سابقًا هي لوحة مبنية بالاعتماد على متحكمات مصغرة microcontrollers، والمتحكم هو حاسوب صغير مناسب لتشغيل برنامج واحد في كل مرة، وهو ملائم للمهام البسيطة مثل قياس درجة الحرارة أو تشغيل مجموعة من الليدات LED. راسبيري باي Raspberry Pi: هي عبارة عن حاسوب مبني بالاعتماد على معالج مصغر microprocessor يمكنه تشغيل عدة برامج معقدة في الوقت نفسه مثل أنظمة التشغيل. وقد تتساءل ماذا أختار بينهما؟ والجواب هو أن الخيار المناسب لك على نوع المشاريع التي تريد القيام بها فلوحة أردوينو مناسبة للمشاريع الإلكترونية الصغيرة والتعامل مع بيانات صغيرة نسبياً، أما لوحة راسبيري باي فمثالية للاستخدام مع المشاريع الكبيرة وتنفيذ عمليات الحوسبة المعقدة. المكونات الأساسية للوحة أردوينو أونو Arduino Uno بعد اختيار لوحة أردوينو أونو لشرح هذه السلسلة، سنتعرف في هذا الجزء أكثر على أجزاء هذه اللوحة ومكوناتها حتى نستطيع التعامل معها بسهولة ونتجنب حدوث أخطاء ومشكلات أثناء عمل المشاريع. منفذ البرمجة USB Programming Port نستطيع من خلال هذا المنفذ وصل لوحة أردوينو مع حاسوبك لنقل البيانات ورفع الكود البرمجي على اللوحة من خلال كابل البرمجة USB Cable، حيث يمكنك وصلها مع الحاسوب من خلال كابل من نوع USB A - USB B كما يمكنك تغذية لوحة أردوينو بالطاقة من خلال هذا المنفذ، وللعلم يمكن توصيل اللوحة مع أي مصدر تغذية من نوع DC وبجهد 5v (مثل شاحن الموبايل أو وحدة التغذية Power Bank) لأنه الجهد المناسب لعمل هذه اللوحة. مأخذ التغذية Power Connector يستخدم هذا المأخذ لتغذية لوحة أردوينو أونو بالطاقة الكهربائية بجهد يتراوح بين 7V و 12V، وعادة ما تُستخدم بطارية 9V أو مكيّف Adapter من 220V تيار متردد AC إلى 12V أو 9V تيار مستمر DC. منظم الجهد Voltage Regulator تتمثل وظيفة منظم الجهد في التحكم بالجهد المزود إلى لوحة أردوينو من خلال تنظيمه وتثبيت قيمته كي يتناسب مع الجهد المطلوب للوحة والعناصر الإلكترونية الأخرى المتصلة بها. الهزازة الكريستالية Crystal Oscillator الهزازة الكريستالية هي عنصر إلكتروني أساسي في لوحة أردوينو، حيث تستخدم لتوليد نبضات كهربائية بتردد محدد بدقة، هذه النبضات ضرورية لمعرفة كيفية حساب الوقت أثناء قيام اللوحة بتنفيذ التعليمات البرمجية وضمان تنفيذها بدقة. زر إعادة التشغيل Reset يستخدم هذا الزر لمقاطعة عمل المتحكم وإعادة تشغيله من البداية، ويتم ذلك من خلال طريقتين: إما بالضغط مباشرة على الزر الموجود في اللوحة، أو من خلال سلك بين قطب Reset وقطب الأرضي GND كما هو موضح بالصورة أعلاه. أقطاب الطاقة Power Pins تستخدم هذه الأقطاب لتغذية العناصر والوحدات الإضافية التي ستوصل مع لوحة الأردوينو مثلا الحساسات Sensors والليدات LEDs ووحدات العرض Display وغيرها من العناصر الأخرى وهي كالتالي: 3.3v قطب تغذية للعناصر بقيمة 3.3v. 5v قطب تغذية للعناصر بقيمة 5v. GND الأرضي ويعتبر القطب السالب ويستخدم لإكمال مسار الدارة الإلكترونية. Vin قطب دخل يمكن من خلاله تغذية الأردوينو من مصدر خارجي. الأقطاب التشابهية Analog Pins تحتوي لوحة أردوينو أونو على ستة أقطاب تشابهية مرقمة من A0 إلى A5 حيث أن حرف A هنا هو اختصار لكلمة Analog والني تعني تشابهي أو تماثلي، تقرأ هذه الأقطاب الإشارات التشابهية من الحساسات المختلفة مثل حساس الحرارة وحساس الرطوبة وتحولها إلى قراءة رقمية يمكن أن تُقرأ بدورها عن طريق المعالج المصغر microprocessor. المتحكم المصغر Microcontroller يعد المتحكم المصغر المتحكم الرئيسي للوحة، فهو بمثابة عقل الدارة ويتكون من شريحة إلكترونية صغيرة تحتوي على وحدة المعالجة المركزية CPU، وذاكرة، ومجموعة من الدوائر الكهربائية المخصصة لإدخال البيانات ومعالجتها وإخراجها، وتحتوي كل لوحة أردوينو متحكمًا خاصًا بها يختلف من نوع لوحة إلى آخر. ليد مؤشر التشغيل وظيفة هذا الليد هي مراقبة حالة تشغيل اللوحة، ففي حالة تغذية اللوحة بمصدر طاقة كهربائية سيعمل الليد مباشرة ويضيء باللون الأخضر بشكل مستمر، وفي حالة عدم تغذية اللوحة لن يعمل. ليدات بروتوكول الاتصال UART تفيد في مراقبة حالة نقل البيانات، إذ تجد في لوحة الأردوينو هذه الكتابة "TX" و"RX" في مكانين مختلفين: الأول في الأقطاب 0 و1 المسؤولة عن الاتصال التسلسلي لإرسال واستقبال البيانات، والثاني في ليدات تحديد حالة إرسال البيانات واستقبالها، ففي حالة إرسال الأردوينو للبيانات سيضيء الليد الخاص بـ TX، وفي حالة استقبال البيانات يضيء الليد الخاص بـ RX. الأقطاب الرقمية Digital Pins تحتوي لوحة أردوينو أونو على 14 قطب رقمي يمكنك استخدامها كمداخل لتلقي البيانات أو مخارج لإرسال البيانات بشكل رقمي، حيث تعطي خرجين محددين إما 0 منطقي (يعادل 0 فولت)، وإما 1 منطقي (يعادل 5 فولت) كما يمكن استخدام الأقطاب التشابهية كأقطاب رقمية. قطب الجهد المرجعي AREF هو قطب لتحديد قيمة الجهد المرجعي المستخدم كمعيار أو موجه أجل تحويل الإشارة التشابهية Analog إلى رقمية Digital، ويكون ضمن مجال تغذية اللوحة ففي حال لوحتنا ستكون قيمة المجال من 0 إلى 5 فولت. لغة برمجة الأردوينو Arduino تعتمد لغة برمجة الأردوينو بشكل أساسي على لغتي C و ++C، إضافة إلى احتوائها على مجموعة كبيرة من المكتبات والدوال المبنية مسبقًا، ما يجعلها سهلة الاستخدام للمبتدئين وغير المبرمجين. تُبرمج المتحكمات الموجودة في لوحات الأردوينو باستخدام هذه اللغة للتفاعل مع الحساسات والمحركات والأجهزة والعناصر الأخرى المتصلة باللوحة. وتُستخدم بشكل واسع في مشاريع الروبوتات والأنظمة الذكية وإنترنت الأشياء. يمكنك التعرف بشكل أكبر على بنية لغة برمجة الأردوينو والدوال والتعليمات البرمجية المتوفرة فيها من خلال المرجع الرسمي على موقع الأردوينو Arduino Reference. تجهيز بيئة العمل البرمجية بعد أن تعرفنا على الأردوينو وما هي أنواع لوحات الأردوينو والأجزاء الرئيسية من لوحة أردوينو أونو Arduino UNO التي سوف نستخدمها في هذه السلسلة كما ذكرنا، علينا الآن تعلم كيفية إعداد بيئة العمل البرمجية. ففي هذا القسم، سنتعلم بخطوات سهلة، كيفية تثبيت البيئة البرمجية Arduino IDE على جهاز الحاسوب، وتجهيز اللوحة لاستقبال الكود البرمجي عبر كابل USB. تثبيت برنامج Arduino IDE 1.8 عملية تثبيت بسيطة جداً، كل ما عليك هو الذهاب إلى صفحة التحميل الخاصة بأردوينو لتظهر لك إصدارات مختلفة من برنامج Arduino IDE، حدد نسخة متوافقة مع نوع نظام التشغيل الخاص بك (Windows أو Mac-OS أو Linux) وبعد اكتمال تنزيل الملف فك ضغطه في المكان الذي تريده، وثبّت البرنامج مثل أي برنامج عادي والصور التالية توضح عملية التثبيت على نظام التشغيل ويندوز. بعد الانتهاء من التثبيتب ابحث في شريط البحث -الموجود بجانب قائمة ابدأ أسفل الشاشة- عن Arduino للعثور على البرنامج وتشغيله، كما ستجد أيقونة البرنامج على سطح المكتب لفتحه بسهولة، بعد فتح البرنامج ستظهر لك الواجهة التالية: المكان A يستخدم لتصليح الكود وفحصه من وجود الأخطاء. المكان B يستخدم لرفع الكود على لوحة الأردوينو. المكان C يستخدم لإنشاء مشروع جديد فارغ. المكان D يستخدم لفتح ملف محفوظ أو مثال جاهز. المكان E يستخدم لحفظ الملف. المكان F يستخدم لفتح نافذة العرض التسلسلي Serial Monitor. تمثل المنطقة رقم 1 المكان المخصص لكتابة الكود البرمجي والأوامر والتعليمات البرمجية. تمثل المنطقة رقم 2 المكان الذي يعرض معلومات عن استهلاك الذاكرة ورسائل الأخطاء. ربط لوحة أردوينو مع البرنامج في البداية عليك توصيل لوحتك مع الحاسوب من خلال كابل USB ثم فتح البرنامج Arduino IDE وبمجرد تشغيل البرنامج، سيكون أمامك خياران: إنشاء مشروع جديد فارغ من خلال الضغط على قائمة File في الأعلى، ثم New. فتح مثال جاهز من الأمثلة من خلال الضغط على قائمة File في الأعلى ثم الخيار Example ثم اختيار المثال الذي تريده. حاليًا سنستخدم المثال Blink الموجود في قسم Basics وهو عبارة عن مشروع بسيط يضيء ليد مدة زمنية معينة ويطفئه مدة زمنية معينة مع تكرار العملية بشكل مستمر. نحتاج الآن لتحديد نوع لوحة الأردوينو المستخدمة لتنفيذ المثال ورقم المنفذ الموصول عليه في الحاسوب: لتحديد نوع اللوحة من خلال الذهاب إلى قائمة Tools ومن ثم الخيار Board واختيار Arduino Uno. لتحديد رقم المنفذ من خلال الذهاب إلى قائمة Tools ومن ثَم الخيار Port واختيار المنفذ الخاص به (يمكنك معرفة رقم المنفذ الخاص بالأردوينو من خلال إزالة توصيله مع الحاسوب فستلاحظ أن هناك خيار اختفى فيكون هو المنفذ الصحيح). أخيراً يمكنك الضغط على اختصار رفع الكود في البرنامج، إذا نفذت الخطوات السابقة بشكل صحيح، انتظر بضع ثوان، وسترى مصابيح RX وTX تومض على اللوحة. في حالة نجاح التحميل، ستظهر رسالة "تم التحميل" أو "Done Uploading" في شريط الحالة وبعدها يبدأ الليد الموصول على القطب 13 في اللوحة بالوميض لفترة زمنية. وهكذا تكون قد تكون نفذت أول مشروع لك على الأردوينو بخطوات سهلة وبسيطة. الخلاصة تعرفنا في هذا المقال على العديد من المفاهيم المهمة في عالم الأردوينو والمتحكمات، واخترنا اللوحة المناسبة لتعلم التعامل مع لوحات أردوينو وهي لوحة Arduino Uno، واستعرضنا أهم مكونات وأجزاء هذه اللوحة وجهزنا بيئة العمل البرمجية، وتعرفنا على طريقة رفع الكود البرمجي إلى لوحة الأردوينو الخاصة بنا وطريقة تنفيذه، سوف نستكمل رحلتنا في المقال القادم وننفذ أول مشروع عملي يتحكم بتشغيل وإطفاء ليد ونشرح خطوات بناءه بالتفصيل. اقرأ أيضًا أساسيات في عالم الإلكترونيات: التيار والجهد والعناصر الساكنة أفضل لغات برمجة الروبوتات تعرف على جهاز راسبيري باي Raspberry Pi تعلم الذكاء الاصطناعي