آردوینو (Arduino) چیست؟
فهرست مطالب
آردوینو (Arduino) را می‌توان به عنوان یک پروژه، پلتفرم سخت افزاری و نرم افزاری متن باز (Open Source) معرفی کرد که برای طراحی و ساخت دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود. این شرکت کیت‌های میکروکنترلر و رابط‌های تک برد را برای ساخت پروژه‌های الکترونیکی طراحی و تولید میکند. در این مقاله با آردوینو و ویژگی‌های آن آشنا می‌شویم.
آردوینو (Arduino) چیست؟
آردوینو یک پلتفرم نرم افزاری و سخت افزاری است که در ساخت پروژه‌های الکترونیکی کمک میکند. این یک پلتفرم متن باز است و دارای انواع کنترلر و ریزپردازنده است. انواع مختلفی از بردهای آردوینو برای اهداف مختلف استفاده می‌شود.
آردوینو یک برد مدار تکی است که از رابط‌ها یا قطعات مختلفی تشکیل شده است. این برد شامل مجموعه‌ای از پین‌های ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ است که برای اتصال دستگاه‌ها و قطعات مختلف استفاده می‌شود که می‌خواهیم برای عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی از آنها استفاده کنیم. (چنین بردهایی برای اتصال دارای USB و سایر رابط‌های ارتباطی هستند.)
بیشتر آردوینو‌ها از 14 پین ورودی/خروجی دیجیتال تشکیل شده اند. پین‌های آنالوگ در آردوینو بیشتر برای کنترل fine-grained مفید هستند. پین‌های موجود در برد آردوینو در یک الگوی خاص قرار گرفته اند. سایر دستگاه‌های موجود در برد آردوینو پورت USB، قطعات کوچک (تنظیم کننده ولتاژ یا نوسانگر)، میکروکنترلر، کانکتور برق و غیره هستند.
جالب است بدانید بردهای آردوینو در ابتدا برای کمک به دانش آموزان با پیشینه غیر فنی ایجاد شدند. همچنین در طراحی بردهای آردوینو از انواع کنترلرها و ریزپردازنده‌ها استفاده شده است. همچنین یک IDE ارائه میکند که می‌توان برای آپلود کد در برد فیزیکی از آن استفاده کرد.
امکانات
ویژگی‌های آردوینو به شرح زیر است:
- برنامه نویسی آردوینو یک نسخه ساده شده از C++ است که فرآیند یادگیری را آسان میکند.
- Arduino IDE برای کنترل عملکرد بردها استفاده می‌شود. همچنین مجموعه‌ای از مشخصات را به میکروکنترلر ارسال میکند.
- آردوینو برای بارگذاری کد جدید به برد یا قطعه اضافی نیاز ندارد.
- آردوینو می‌تواند سیگنال‌های ورودی آنالوگ و دیجیتال را بخواند.
- پلت فرم سخت افزاری و نرم افزاری برای استفاده و پیاده سازی آسان است.
تاریخ
این پروژه در موسسه طراحی تعامل Ivrea یا Interaction Design Institute Ivrea در ایتالیا آغاز شد. هرناندو بار (Hernando Bar) تحت نظارت کیسی ریس (Casey Reas) و ماسیمو بانزی (Massimo Banzi)، پروژه ای تحت عنوان Wiring که یک پلتفرم توسعه بود را در سال 2003 ایجاد کرد. این پروژه به عنوان پروژه پایان نامه کارشناسی ارشد در این موسسه در نظر گرفته شد. این پروژه شامل PCB یا Printed Circuit Board (برد مدار چاپی) است. PCB با میکروکنترلر ATmega168 کار میکند.
میکروکنترلر ATmega168 یک IDE بود. این میکروکنترلر بر اساس توابع کتابخانه و پردازش بود که برای برنامه ریزی آسان میکروکنترلر استفاده می‌شود.
در سال 2005، ماسیمو بانزی، دیوید کوارتیلس (David Cuartielles)، دیوید ملیس (David Mellis) و یکی دیگر از دانشجویان IDII با تشکیل تیم روی این پروژه تمرکز کردند. همچنین نام این پروژه را آردوینو گذاشتند.
پروژه آردوینو در سال 2005 برای دانش آموزان در Ivrea ایتالیا آغاز شد. هدف آن ارائه روشی آسان و کم‌هزینه برای علاقه‌مندان و متخصصان برای تعامل با محیط با استفاده از محرک‌ها و حسگرها بود. دستگاه‌های مبتدی شامل آشکارسازهای حرکتی ساده، روبات‌ها و ترموستات‌ها بودند.
در اواسط سال 2011، تولید تجاری آردوینو حدود 300000 عدد تخمین زده شد و در سال 2013، بردهای آردوینو در حال استفاده حدود 700000 بود. در حال حاضر آردوینو به دلیل قیمت پایین و کارایی بالا توانسته است بدون تبلیغات و بازاریابی در تمام دنیا گسترش پیدا کند.
میکروکنترلر
مهمترین بخش آردوینو میکروکنترلر است که شامل موارد زیر است:
- میکروکنترلر یک کامپیوتر کوچک و کم مصرف است. اکثر میکروکنترلرها مانند سایر سیستم‌های کامپیوتری دارای یک RAM (حافظه دسترسی تصادفی)، CPU (واحد پردازش مرکزی) و یک حافظه ذخیره سازی هستند.
- حافظه بسیار کمی (دو کیلوبایت) دارد. به دلیل حافظه کمتر، برخی از میکروکنترلرها قادر به اجرای تنها یک برنامه در هر زمان هستند.
- یک تراشه است که شامل حافظه، ورودی/خروجی (Input/Output) و یک پردازنده است.
- پین‌های GPIO یا General Purpose Input Output (خروجی ورودی با هدف عمومی) موجود بر روی تراشه به ما کمک می‌کنند تا سایر الکترونیک یا مدارات برنامه را کنترل کنیم.
دستگاه‌های الکترونیکی در اطراف ما
ما وسایل الکترونیکی زیادی در اطراف خود داریم. بیشتر دستگاه از میکروکنترلر برای عملکرد آن تشکیل شده است. اجازه دهید در مورد برخی از مثال‌ها بحث کنیم.
- میکروکنترلر موجود در مایکروفر ورودی کاربر را می‌پذیرد و جریان آهنربا را کنترل میکند که پرتوهای مایکروویو را برای پختن غذا تولید میکند و تایمر خروجی را نمایش می‌دهد.
- خودروهای مدرن همچنین حاوی ده‌ها میکروکنترلر هستند که به صورت پشت سر هم (یکی پس از دیگری) برای کنترل عملکردهایی مانند روشنایی، رابط رادیویی و غیره کار می‌کنند.
پروژه‌ها
بیایید یک پروژه ساده از چشمک زدن LED را در نظر بگیریم.
برای نصب طرح یا کد خود روی برد آردوینو به یک نرم افزار نیاز داریم. LED پس از آپلود موفقیت آمیز کد چشمک می‌زند. این نرم افزار Arduino IDE (محیط توسعه یکپارچه) نامیده می‌شود.
پروژه‌های مختلفی با کمک آردوینو ایجاد شده است. برخی از پروژه‌ها را عبارت اند از:
- سیستم اتوماسیون خانگی با استفاده از IOT (اینترنت اشیا).
- جمع کننده زباله آب که با نیروی خورشیدی کار میکند.
- ردیاب حریق و غیره
برخی از پروژه‌ها به لیستی از اجزا نیاز دارند. بنابراین، برای سهولت آسان و پروژه‌های عملی، کیت‌های آردوینو به راحتی در بازار در دسترس هستند.
کیت‌های آردوینو
ما به راحتی می‌توانیم با استفاده از کیت کامل پروژه‌های الکترونیکی خود را شروع کنیم. همچنین به ما در ایجاد پروژه‌های عملی و جذاب کمک میکند.
می‌توانید برخی از کیت‌های محبوب آردوینو را در لیست زیر مشاهده کنید:
- کیت استارتر آردوینو
- کیت Robot Linking UNO
- کیت استارتر آردوینو UNO 3 Ultimate
- کیت استارتر UNO Super
- کیت استارتر Mega 2560
آردوینو IDE
IDE پروژه‌های سنتی را آسان تر و ساده تر میکند. کابل USB برای بارگذاری برنامه یا طرح روی برد آردوینو خاص استفاده می‌شود.
برنامه IDE برای Windows ، Mac OS X و Linux مناسب است. از زبان برنامه نویسی C و C++ پشتیبانی میکند. برای آپلود طرح نوشته شده در نرم افزار Arduino IDE، باید برد Genuino و آردوینو را به IDE متصل کنیم.
بسیاری از شرکت‌های دیگر از جمله Sparkfun Electronics نیز بردهای خود را می‌سازند که با Arduino IDE سازگار است.
بردهای آردوینو
انواع بردهای آردوینو برای اهداف مختلف استفاده می‌شود. برد در پین‌های ورودی/خروجی، اندازه و غیره متفاوت است. اجزای مختلف موجود در بردهای آردوینو عبارتند از: میکروکنترلر، پایه‌های ورودی/خروجی دیجیتال، رابط و رابط USB، پین‌های آنالوگ، دکمه ریست، دکمه پاور، LED، اوسیلاتور کریستال و تنظیم کننده ولتاژ. برخی از اجزا ممکن است بسته به نوع برد متفاوت باشند.
چند مورد از بردهای محبوب آردوینو عبارت اند از:
- آردوینو UNO
- آردوینو Nano
- آردوینو Mega
- آردوینو Due
- آردوینو Bluetooth
سپرها
- سپر به عنوان سخت افزاری تعریف می‌شود که می‌تواند بر روی برد نصب شود تا قابلیت‌های پروژه‌ها افزایش یابد.
- سپر همراه با آردوینو می‌تواند پروژه‌ها را هوشمندتر و ساده تر کند. به عنوان مثال، از سپرهای اترنت برای اتصال برد آردوینو به اینترنت استفاده می‌شود.
- سپرها را می‌توان به راحتی از برد آردوینو متصل و جدا کرد. به هیچ سیم کشی پیچیده‌ای نیاز ندارد.
پیش نیاز
لازمه یادگیری آردوینو، دانش اولیه زبان برنامه نویسی C و C++ است. درک اولیه از مدارها ، میکروکنترلرها و الکترونیک نیز ضروری است.
موارد استفاده
دانشجویان، مهندسان و علاقه‌مندان به الکترونیک می‌توانند از آردوینو استفاده کنند. قبل از شروع آموزش آردوینو، دانش اولیه قطعات الکترونیکی و برنامه نویسی لازم است.
سخن پایانی
اگر شما هم علاقه مند به پروژه‌های الکترونیکی هستید و با میکروکنترلرها و نحوه برنامه نویسی آنها آشنایی دارید می‌توانید این پروژه‌ها را با استفاده از آردوینو تجربه کنید. جهت مشاهده مقالات بیشتر به وبلاگ پویان آی تی مراجعه کنید.
دیدگاه (2)
سلام به نظر شما از نظر کارایی خرید آردوینو به صرفه تر است یا خرید رزبری های موجود در بازار ؟ و این که برای اینترنت اشیا و همچنین تعداد ماژول های موجود در بازار کدام مدل را پیشنهاد می کنید . متشکرم
۱۹ بهمن ۱۴۰۱درود بر شما آردوینو مقداری ضعیف تر از رزبری پای عمل میکند . اگر مقدار پردازش شما کم است پیشنهاد میکنیم از آردوینو استفاده کنید . سوال دوم شما بسیار کلی است . بستگی به دستگاه هایی که به آن متصل میشوند دارد . پیشنهاد می کنم document های هر دو دستگاه را به صورت دقیق بررسی نمایید تا بهترین انتخاب را داشته باشید .
۳۰ بهمن ۱۴۰۱