آردوینو (Arduino) :

آردوینو وسیله ای در جهت ساخت و اجرای ایده های الکترونیکی و دیجیتالی شماست !

فکر ساختن آردوینو از موضوع پایان نامه ارشد یکی از دانشجویان انستیتوی تعاملی ایورئا ایتالیا شکل گرفت . این ایده خیلی ساده بود . ساخت ابزاری برای دانشجویان و افراد علاقه مند به الکترونیک . ابزاری در جهت ساخت پروژه های دیجیتالی ; پروژه هایی که قبلا تنها مهندسان الکترونیک قادر به انجام آن بودند.

اگر بخواهیم خیلی ساده بگیم که آردوینو چیست ؟ باید گفت آردوینو در واقع یک مادر بورد کوچک است که خودتان می توانید برای آن برنامه بسازید، پروژه های مختلف رو باهاش اجرا کنید و یا از آن به صورت کاربردی و در جهت اجرای یک پروژه عملی استفاده کنید .

 

ساختار پلتفرم آردوینو :

آردوینو به خودی خود تنهای یک چیز نیست ، بلکه شامل دو قسمت اصلی می باشد که در کنار هم آردوینو را شکل می دهند ، یعنی سخت افزار و نرم افزار :

قسمت های نرم افزاری آردوینو :

قسمت نرم افزاری آردوینو شامل برنامه Arduino IDE است . این برنامه همانطور که از اسم آن مشخص می باشد یک IDE (محیطی برای برنامه نویسی ) جهت توسعه آردوینو می باشد. در این برنامه از کامپایلر GCC جهت کامپایل کردن کد های ++C به زبان ماشین استفاده می شود . چیزی که برنامه Arduino IDE را متمایز می کند وجود کتابخانه arduino می باشد . در این کتابخانه پیکربندی های پیچیده میکروکنترلر در قالب توابعی با اسامی واضح و مشخص نوشته شده اند که فرایند برنامه نویسی را برای افراد بسیار ساده تر و جذاب تر میکند . از Arduino IDE جهت برنامه ریزی قسمت های سخت افزاری آردوینو استفاده می شود .

 

قسمت های سخت افزاری آردوینو :

سخت افزار آردوینو شامل ده ها برد میکروکنترلی با امکانات و کاربرد های مختلف است . با وجود تنوع بسیار زیاد سخت افزاز های آردوینو ، تمامی آن ها تقریبا دارای ساختاری مشابه اند . به طور کلی هر برد آردوینو شامل یک میکروکنترلر و یا پرسسور هایی به صورت ماژولار است که هسته اصلی بورد را تشکیل می دهند . در رد های آردوینو پین هدر هایی برای دسترسی به پین های میکروکنترلر ، مدارت تغذیه و پورت هایی همچون USB جهت ارتباط با کامپیوتر وجود دارد .

آردوینو بردی برای همه !

برد های آردوینو اپن سورس می باشند . یعنی کلیه کتابخانه ها ، بوت لودر ها و هر آنچه در رابطه با این برد ها وجود دارد به صورت آزاد و بدون حق کپی می تواند در اختیار همه افراد باشد . این موضوع شامل اصلی ترین قسمت های آردوینو نیز می باشد یعنی سخت افزار . شما می توانید برد های آردوینو خودتان را بسازید . می توانید کتابخانه ها و برنامه های آردوینو را دست کاری کنید و آن را در اینترنت منتشر کنید .

جهت یادگیری آردوینو و برنامه ریزی آن نیازی به آموزش های گران قیمتی که افراد سود جو برگذار میکنند نیست ، می توانید یادگیری آردوینو را با همان مرجع آردوینو در سایت arduino.co شروع کنید .

پس از ساخت اولین سری های آردوینو طولی نکشید که توجه افراد حرفه ای الکترونیک و کامپیوتر به این برد ها جلب شد . این امر توسعه سریع آردوینو را به همراه داشت . از تیم های برنامه نویسی MIT تا مهندس های خود آموخته با انتشار کد ها و پروژه های خود در اینترنت ، برد های آردوینو را به یکی از محبوب ترین پلتفرم های حال حاضر در علوم الکترونیک تبدیل کرد.

تفاوتی ندارد شما یک فرد حرفه ای الکترونیک امبدد هستید یا یک کارمند دولتی که تنها بعد از ساعت اداره وقت آزاد دارد ، راه اندازی و به کار گیری آردوینو وقت چندانی از شما نمی گیرد . کافیست از مثال های خود آردوینو شروع کیند . آن ها را بر روی برد های خودتون پروگرام کنید و با دست کاری کد ها و آزمون و خطا برنامه را به آن صورتی که می خواهید در آورید . آردوینو می تواند ایده های الکترونیکی شما را تحقق بخشد . لزومی ندارد صبر کنید تا یک تولید کننده وسیله ای برای آبیاری باغچه تان را بسازد ، می توانید این کار را خودتان انجام دهید !

یکی از بهترین مزیت برد های آردوینو این است که این برد ها منحصر به برنامه های عرضه شده آروینو نمی باشند . شما می توانید در هر برنامه دیگری که می خواهید برد خودتان را برنامه ریزی کنید .

ساختار برد های آردوینو :

برد های آردوینو دارای تنوع بسیار زیادی می باشند . همچنین هر چند مدت مدل های جدیدی از سوی شرکت آردوینو طراحی و عرضه می گردد . درصد زیادی از برد های آردوینو بر پایه میکروکنترلر های 8 بیتی Atmel هستند ، دسته ای دیگر بر پایه میکرو کنترلر های 32 بیتی ARM با هسته های CortexM و حتی آردوینو برد هایی بر پایه پرسسور های 32 بیتی Intel نیز دارد . کلیه برد های آردوینو به چند فرمت خاص از نظر ابعاد دسته بنده می شوند که شامل :

فرمت UNO :

در برد هایی که بر پایه قالب UNO هستند ، ابعاد برد تقریبا هم اندازه یک کارت اعتباری می باشد . برد هایی از قبیل آردوینو UNO و آردوینو LEONARDO از دسته برد هایی با فرمت UNO هستند.

قالب MEGA :

این قالب جز برد های بزرگ آردوینو است . برد هایی همانند آردوینو MEAG2560 و آردوینو DUE دارای این قالب هستند .

قالب MICRO و MINI :

این برد ها تنها مشخصه ای که دارند سایز کوچک آن ها است ولی در چینش پین ها ترتیب و استاندارد خاصی ندارند . مانند آردوینو NANO و ProMicro .

 

جهت درک درست شما از برد های آردوینو ، بد نیست که به مشخصات یکی از برد های آردوینو بپردازیم .

مدل آردوینو UNO (بخوانید اونو ) :

UNO در زبان ایتالیایی به معنی یک می باشد . این مدل یکی از قدیمی ترین و مشهورترین مدل های آردوینو است . در این مدل از یک میکروکنترلر AVR به عنوان هسته اصلی استفاده شده است . برای شروع کار با آردوینو این مدل پیشنهاد می گردد . UNO به نمادی از آردوینو تبدیل شده . مشخصات این مدل به شرح زیر می باشد :

• بر پایه میکروکنترلر ATmega328P_PU
• 32 کیلوبایت حافظه Flash
• 2 کیلوبایت حافظه SRAM
• فرکانس کاری 16MHz
• دارای پورت USB B
• دارای جک آداپتور
• دارای پین هدر مادگی برای تمامی I/O های میکروکنترلر
• دارای خروجی تغذیه 3.3 ولت و 5 ولت
• در دو مدل R3 و CH340 ساخته می شود که در درایور USB-TTL و پکیج ATmega328 تفاوت دارند .
• دارای LED های نشانگر تغذیه و تبادل دیتا UART
• استفاده از مبدل USB-TTL به صورت آنبورد در جهت ارتباط با کامپیوتر و پروگرام شدن

 

 

استفاده عملی و صنعتی از آردوینو :

با توسعه برد های آردوینو و توسعه کتابخانه های زیاد برای این برد ها ، شرکت های زیادی دست به توسعه این برد های زدند . یکی از این شرکت ها  Industrial Shields می باشد که PLC های صنعتی با هسته آردوینو را می سازد . این PLC ها تنوع بسیار زیادی دارند . راحتی راه اندازی این PLC ها ، کتابخانه های گسترده ، قیمت ارزان و از همه مهمتر اپن سورس بودن ، آن ها را به یکی از رقبای PLC های موجود در بازار تبدیل کرده است .

برد های آردوینو به طور بسیار ماهرانه و بسیار مهندسی شده طراحی شده اند . محاسبه امپدانس تک تک ترک ها در PCB برد های آردوینو ، مدارات سوویچینگ بین تغذیه های مختلف و… ، این برد ها را به برد هایی مقاوم در برابر کاربرد های عملی تبدیل کرده است . اما برد های آردوینو به طور معمول برای استفاده های صنعتی توصیه نمی شوند . در این میان شرکت Industrial Shields با ساخت PLC های صنعتی توسط آردوینو ، استفاده صنعتی از این برد ها را فراهم کرده است . در این PLC ها  یک برد آردوینو به عنوان هسته اصلی وجود دارد که به مدارات بافر ، PWM و سایر ماژول های صنعتی متصل است لذا به راحتی می توان از این PLC ها در محیط های صنعتی استفاده نمود . این PLC ها را با نام PLC های اپن سورس نیز میشناسند .

 

کلام آخر :

برد های آردوینو به عنوان یک ابزار می توانند ساخت نمونه های اولیه را راحت تر کنند . دیگر نیازی به این ندارید همیشه یک میکروکنترلر و رگولاتور و… را بر روی برد بورد نصب کنید . اما این تنها یک جنبه از آردوینو برای افراد حرفه ای الکترونیک امبدد است . آردونیو می تواند همانند یک کاتالیست یادگیری میکروکنترلر ها را برای شما راحت تر کند . در مطالب بعدی راه اندازی و به کار گیری این برد ها آموزش داده می شوند . در صورت نیاز به آموزش خاصی در این زمینه می توانید با ما در ارتباط باشد .