ما هو الاردوينو وماذا يمكنك أن تفعل به؟ شرح مفصل

إذا كنت مثلنا، فإن العبث بالإلكترونيات هو أمر ترغب في القيام به – من الناحية النظرية على الأقل. ربما تحب تشريح الأجهزة المكسورة، ولكنك لا تفعل أي شيء بالأجزاء التي تجدها سوى تخزينها ليوم ممطر (درج مليء بأجزاء الميكروويف؟ حسنًا!). ولكن من لديه الوقت لتعلم مثل هذا الموضوع المعقد؟




Arduino هو الحل لكل ذلك: لوحة تحكم دقيقة مفتوحة المصدر تمثل طريقة ممتعة وسهلة لبدء تعلم الإلكترونيات. ويمكنك البدء بتكلفة أقل من 5 دولارات للأجهزة.

ما هو الاردوينو؟

Arduino هو أشياء كثيرة: إنه علامة تجارية، وقطعة من الأجهزة، ولغة برمجة، ونظام بيئي كامل من المنتجات. ولكن بشكل عام، عندما نناقش Arduino، فإننا نشير إلى منصة نماذج أولية للإلكترونيات مفتوحة المصدر. ولكن ماذا يعني هذا في الواقع؟

ببساطة، يعتبر Arduino جهاز كمبيوتر صغيرًا يمكنك برمجته للقيام بأشياء. يمكنه الحصول على البيانات من العالم من خلال توصيل أجهزة الاستشعار كمدخلات، ومعالجة هذه المعلومات بطريقة ما، ثم توفير المخرجات في شكل محركات أو مصابيح LED أو أجهزة تنبيه.

أردوينو أونو

أشهر لوحات متحكم Arduino هي لوحة Uno. ويرجع هذا جزئيًا إلى أنها كانت واحدة من أولى لوحات المتحكمات الدقيقة، لذا فقد حظيت باعتماد واسع النطاق قبل إنشاء تصميمات أخرى.

يتم تعريف Arduino Uno من الناحية الفنية من خلال شكله وموقع دبابيس الإدخال والإخراج. كل شيء بينهما يمكن أن يتغير، لذلك ستجد العديد من إصدارات Arduino Uno، لكنها لا تزال جميعها تؤدي نفس الشيء وتشغل نفس الكود.

إن عقل نموذج Uno هو شريحة منطقية ATmega328P أو 168. هذا هو الشيء الذي يخزن ويشغل الكود الخاص بك.

في الجزء العلوي من الدائرة (أي مع موصل USB على يسارك)، ستجد 14 مقبس إدخال/إخراج رقمي. في الكود الخاص بك، تخبر Arduino ما إذا كان سيستخدم دبوسًا معينًا كمدخل أو مخرج؛ يمكن أن يكونا أيًا منهما، ولكن ليس في نفس الوقت. نظرًا لكونها رقمية، فيمكنها إما قراءة أو إصدار إشارة صفر أو واحد (تسمى أيضًا منخفضة أو عالية). نظرًا لأن Arduino يعمل عند 5 فولت، فإن الإشارة المنخفضة تكون 0 فولت، بينما الإشارة العالية تكون 5 فولت. لا يوجد وسط.

في أسفل اليمين، ستجد خمسة دبابيس إدخال تناظرية. وعلى عكس دبابيس الإدخال/الإخراج الرقمية، فهذه الدبابيس مخصصة للإدخال فقط، ويمكن أن تعمل مع أجهزة استشعار ذات جهد متغير من 0 إلى 5 فولت. وهي تحول هذا الجهد المتغير إلى رقم من 1 إلى 1024. ومن الأمثلة على أجهزة الاستشعار التناظرية المقاومة التي تعتمد على الضوء (LDR)، والتي تختلف في مقدار الجهد المسموح بمروره وفقًا لمستوى الضوء الحالي. يجب عليك التحقق مما إذا كان المستشعر الخاص بك تناظريًا أم رقميًا قبل توصيله.

في الجزء السفلي الأيسر توجد مجموعة من دبابيس الطاقة. في أغلب الأحيان، ستستخدم فقط دبابيس +5 فولت وGND (الأرض أو 0 فولت)، لتوفير الطاقة لأجهزة الاستشعار وأجهزة الإخراج الأصغر. إذا كنت تقوم بتوصيل محركات ذات طاقة أعلى أو سلسلة من مصابيح LED، فمن الضروري تشغيلها خارجيًا وعدم محاولة سحب كل الطاقة من Arduino.

في أفضل الأحوال، قد تتسبب في إتلاف لوحة Arduino، والتي لا تتطلب تكاليف كبيرة لاستبدالها. وفي أسوأ الأحوال، إذا تم توصيلها عبر USB، فقد تتسبب في إتلاف منفذ USB بجهاز الكمبيوتر الخاص بك.

نظام Arduino Uno البيئي

ذكرنا أن شكل اللوحة والدبابيس هو ما يميز Arduino Uno. ولكن لماذا يعد هذا الأمر مهمًا للغاية؟ أولاً، هناك مفهوم “الدروع”. وهي عبارة عن ترقيات يمكنك تكديسها فوق Arduino لإضافة وظائف جديدة. يمكن أن تكون هذه لوحة دوائر مصممة خصيصًا لك، أو لوحة قمت بشرائها، مثل شاشة LCD.

ثانيًا، نظرًا لأن Uno هو شكل قياسي، فستجد مجموعة كبيرة من الحالات، سواء كانت جاهزة أو تصميمات قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد للتنزيل والطباعة في المنزل، أو حتى تعديلها بنفسك.

إنه جهاز مفتوح المصدر

قد تكون على دراية بالبرمجيات مفتوحة المصدر. من السهل فهم ذلك: يمكن لأي شخص الاطلاع على الكود وإصلاحه، أو حتى إنشاء نسخته الخاصة منه. وينطبق نفس الشيء على أجهزة Arduino. وهذا يعني أنه يمكن لأي شخص نسخ Arduino وتعديله ووضع شعاره الخاص عليه وبيعه. وهذا ليس غير قانوني. في الواقع، تم بناء Arduino نفسه على خلفية مشاريع مفتوحة المصدر أخرى. على سبيل المثال، يعتمد برنامج تطوير Arduino على الأسلاكوالتي تعتمد في حد ذاتها على لغة المعالجة!


القاعدة الوحيدة هي أنه لا يمكنك أن تطلق عليه اسم “Arduino” الفعلي لأن هذه علامة تجارية محمية. ومع ذلك، يمكنك أن تزعم أنه “متوافق مع Arduino”.

ولكن إذا كانت الأجهزة هي نفسها، فلماذا تشتري لوحة Arduino “مزيفة”؟ في حين أن اللوحة الرسمية يمكن بيعها بالتجزئة بأكثر من 20 دولارًا، فستجد نسخًا مقلدة بنفس الوظيفة تمامًا بأقل من 5 دولارات. يمكنك حتى شراء جميع المكونات بشكل فردي وصنعها بنفسك من الصفر.

لكن لا ينبغي لك أن تفعل ذلك إلا إذا كنت تريد معرفة المزيد عن محتويات لوحة الدوائر الإلكترونية Arduino، وليس لأنك تريد توفير المال. فهي ليست أرخص، والنتيجة النهائية ليست أنيقة.

يقوم بعض المصنعين بتصنيع لوحات متوافقة مع Arduino متطابقة تمامًا، ولكنها أرخص. يضيف البعض وظائف أكثر من تلك الموجودة في اللوحات الأصلية. قد تكون في شكل فريد مصمم لتطبيق معين، أو يضيف المزيد من الموصلات، أو ربما تحتوي على شاشة LED مصفوفة مدمجة، أو قد تضيف Wi-Fi.

على سبيل المثال، Lilypad عبارة عن لوحة تطوير متوافقة مع Arduino مصممة للمشروعات القابلة للارتداء والخيوط الموصلة.

تعد NodeMCU، الموضحة أدناه، واحدة من لوحات Arduino المفضلة لدينا. نحن نحبها كثيرًا لدرجة أننا أطلقنا عليها اسم Arduino-killer. إنها صغيرة الحجم، وتحتوي على Wi-Fi مدمج، ويمكن شراؤها بأقل من 3 دولارات. إنها مثالية لمشاريع إنترنت الأشياء المدمجة وأتمتة المنزل.

وفي الوقت نفسه، صغير السن تتمتع سلسلة لوحات التطوير بقدرة معالجة أكبر بكثير من لوحات Arduino، مع عامل شكل صغير – مما يجعلها مثالية للمشاريع الصغيرة التي تعتمد على معالجة قوية في جوهرها.

إذن، ما الذي يجعل Arduino مميزًا للغاية؟

في قلب Arduino يوجد وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة. وهي ليست مفهومًا جديدًا، وكانت موجودة منذ عقود قبل ظهور Arduino؛ لمزيد من التفاصيل، راجع دليلنا حول وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة.


ولكن عالم أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة غامض إلى حد ما. وقد سهلت أردوينو الأمر. فقد جمعت بين قطعة من الأجهزة سهلة الاستخدام، تذكرنا بمجموعات الإلكترونيات التي نشأنا عليها، وبيئة برمجة عالية المستوى يمكن الوصول إليها بسهولة، وهو ما يعني أنك لن تضطر إلى تعلم فن البرمجة الآلية المظلم.

اجتذبت أردوينو بسرعة مجتمعًا من المستخدمين في جميع أنحاء العالم الذين كتبوا دروسًا تعليمية، وشاركوا في الأكواد البرمجية، ونشروا معرفتهم. لم تعد النماذج الأولية المعقدة للإلكترونيات حكرًا على خريجي الهندسة الكهربائية.

لقد جعلت Arduino مشاريع الأجهزة التي تحتوي على إلكترونيات معقدة قابلة للبرمجة في متناول الجميع، وبالتالي يمكن للفنانين والمبدعين التركيز على تحويل أفكارهم إلى واقع. إنها أداة العبث النهائية؛ ثورة لمصممي الأجهزة في كل مكان.

هل يجب عليك شراء مجموعة أدوات Arduino؟

ذكرنا أنه يمكنك شراء لوحة Arduino Uno الأساسية بأقل من 5 دولارات، ولكن لا يوجد الكثير مما يمكنك فعله باستخدام Arduino بمفرده. بالتأكيد، تحتوي على مصباح LED مدمج، والذي يمكن أن يوفر دقائق من الترفيه حرفيًا أثناء جعله يومض بطرق مختلفة. ولكن لصنع بعض المشاريع الممتعة حقًا، ستحتاج إلى بعض الأجزاء الإضافية، مثل أجهزة الاستشعار والمحركات ومصابيح LED متعددة الألوان. بعد ذلك، ستحتاج إلى بعض كابلات التوصيل لتوصيل هذه الأجزاء، وربما حتى لوحة توصيل لوضع كل هذه الأجزاء عليها؛ راجع دليلنا حول ماهية لوحة التوصيل وكيف تعمل.

وهنا يأتي دور مجموعة Arduino Starter Kit. ولكن أيهما أفضل للشراء؟ مجموعة Grove Beginner Kit المفضلة لدينا حاليًا (راجع مراجعتنا)، والتي تكلف أقل من 50 دولارًا.

إنها لوحة ذكية متعددة الأغراض مزودة بأجهزة استشعار مُجهزة مسبقًا، ومصابيح LED، وجهاز تنبيه، وحتى شاشة OLED. اللوحة الموجودة في المنتصف متوافقة مع Arduino، ولكنها تتضمن 12 موصل Grove. يسهل نظام Grove توصيل المكونات من خلال كابل واحد، دون الحاجة إلى استخدام لوحة توصيل أو الكثير من كابلات التوصيل الفوضوية.

الشيء الرائع حقًا في مجموعة Grove Beginner Kit هو أنه بمجرد رغبتك في الانتقال من تصميم اللوحة الشاملة والبدء في إنشاء نماذج أولية للأجهزة الفعلية، يمكنك فصل اللوحة والمكونات بالكامل، والتبديل إلى كابلات نظام Grove (أو كابلات التوصيل في فتحات الدبابيس القياسية) بدلاً من ذلك. إنه نظام مرن للغاية لبدء تجربة برمجة Arduino الخاصة بك.

ما هي لغة الاردوينو؟

لغة Arduino هي امتداد للغة C/C++. وهذا يعني أن Arduino أضاف مجموعة من الوظائف والميزات إلى لغة C++ القياسية ولكنه لا يزال يتبع نفس القواعد الأساسية والاتفاقيات.

لا تحتاج إلى معرفة لغة C أو C++ بالفعل لبرمجة Arduino. قد تساعدك بعض الخلفية في أي نوع آخر من البرمجة، لكنها ليست ضرورية أيضًا. يمكنك البدء فقط بتحميل برامج أمثلة بسيطة ومحاولة تعديلها. ثم انتقل إلى استبدالها بأجهزة استشعار مختلفة أو مخرجات أخرى. أخيرًا، حاول قراءة وتعديل برامج أكثر تعقيدًا، وسرعان ما ستتمكن من تجميع مشاريع أصلية. يمكنك حتى الحصول على ChatGPT لتصحيح أخطاء الكود أو شرحه.

فيما يلي بعض المفاهيم الأساسية التي تحدد كيفية كتابة برنامج Arduino:

• يجب أن يكون لديك على الأقل يثبت() و حلقة() تم تعريف الوظيفة.
• يثبت() يتم تشغيله مرة واحدة عند إعادة تعيين جهاز Arduino أو تشغيله لأول مرة. يمكنك استخدام هذه الوظيفة لإنشاء الحالة الأولية للمتغيرات، وإخبار Arduino بأي دبابيس أجهزة يجب أن تفعل ماذا، أو بدء تشغيل المكتبات التي تحتاجها لأجهزة استشعار مختلفة.
• حلقة() يتم التشغيل بشكل مستمر. عندما يتم إكمال كل التعليمات البرمجية في دالة loop()، فإنها تعود إلى بداية loop() وتفعل ذلك مرة أخرى! هذا هو المكان الذي يذهب إليه التعليمات البرمجية الرئيسية للبرنامج؛ أشياء مثل التحقق من متغير الاستشعار والعمل عليه.
• يمكنك أيضًا تعريف وظائف المساعدة الخاصة بك، لتغليف كتل التعليمات البرمجية. ويمكن لهذه الوظائف قبول أي عدد من المتغيرات كمدخلات، وإرجاع متغير مرة أخرى. إذا لم يتم إرجاع أي متغير، يتم وضع علامة على الوظيفة على أنها فارغة. هذه هي الحال مع إعداد فارغ () و حلقة فارغة ().
• يمكنك استيراد مكتبات Arduino أخرى لإضافة ميزات إلى تطبيقك أو للمساعدة عند استخدام أجهزة استشعار معينة.
• يمكنك ترك تعليقات في الكود الخاص بك عن طريق وضعها قبلها بعلامة مائلة مزدوجة // (حتى في نهاية سطر موجود من التعليمات البرمجية)؛ أو اترك تعليقًا متعدد الأسطر عن طريق وضعه قبله بـ /*وإنهاء ذلك بـ */

ابدأ في الإبداع!

يمكن القول إن Arduino كان بمثابة بداية ثورة في الأجهزة مفتوحة المصدر، ولا يمكن التقليل من أهميته في تاريخ الحوسبة. كما أنه لا يزال ذا أهمية اليوم كما كان دائمًا.

إن البدء باستخدام Arduino أمر سهل، وهناك مجموعة ضخمة من المشاريع التي يمكن إنشاؤها باستخدامها، والعديد منها مناسب للمبتدئين.