البحث في الموقع

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