تعرف على الأردوينو

الأردوينو “آردوينو Arduino”…ربما الاسم الأكثر شهرةً وتكراراً الآن في عالم المطورين وهواة التقنية حول العالم، وأي شخص قريب من المجالات الهندسية والتقنية، سيكون قد سمع بهذا الاسم مرة واحدة على الأقل.
عبر هذا المقال، سنستعرض المفاهيم التالية، والتي ستساعدكم على التعرف على الأردوينو:
1- مقدمة: مفهوم الأردوينو
2- لوحة الأردوينو
3- برمجة الأردوينو
4- توسيعات الأردوينو Arduino Shields
5- مصادر تعليمية

مفهوم الأردوينو Adruino Concept

ببساطة، وإذا كنت تريد التحكم بإضاءة مجموعة من الثنائيات المصدر للضوء LEDs، أو تريد التحكم بمحرك وسرعة دورانه، أو تريد أن تقرأ قيمة خرج حساس وتظهرها على شاشة كي تتأكد من فعالية الحساس، أو إذا كنت ببساطة تريد أن تتعلم مبادئ التحكم والتصميم البرمجي والإلكتروني، فإن الأردوينو بلا شك ستكون من خياراتك المفضلة.
يمكن النظر للأردوينو من عدة زوايا، وكلها صحيحة:
فمن ناحية، هي عبارة عن متحكم منطقي قابل للبرمجة PLD: Programmable Logic Controller، بحيث يستطيع المستخدم أن يبرمج اللوحة من أجل تنفيذ وظيفة أو مهمة ما.

من ناحيةٍ أخرى، الأردوينو عبارة عن نظام مفتوح المصدر Open-Source System، وذلك بشقيه العتادي Hardware والبرمجي Software، حيث تتوافر كافة التصميمات المتعلقة بلوحات الأردوينو بشكلٍ مجاني، بحيث يمكن تعديلها وتطويرها من قبل المطورين حول العالم، كما أن بيئة البرمجة الخاصة بها مجانية ومفتوحة المصدر، ويمكن تحسينها وإضافة توسيعات لها من قبل المبرمجين أيضاً حول العالم.

أيضاً، لوحة، وببساطة، عبارة عن وسيلةٍ تعليمية بسيطة وسهلة، يمكن لأي شخص اقتناؤها وتعلم البرمجة ومبادئ الإلكترونيات عبرها، من خلال البرامج والمشاريع المجانية المتوافرة على شبكة الإنترنت، والتي تم تنفيذها جميعاً باستخدام الأردوينو.

كل الكلام السابق صحيح، وبالنسبة لي شخصياً، فأنا أفضل القول أن الأردوينو عبارة عن نظام متكامل، يتكون من لوحة إلكترونية متعددة المهام + بيئة تطوير برمجية + مجتمع مطورين وفلسفة تفكير تعتمد على مفهوم المصادر المفتوحة.

 

 

 

ما هي الأردوينو-عالم الإلكترون

بدأت قصة الأردوينو مع مجموعة من الطلاب في معهد التصميم التفاعلي في مدينة ايفيرا بإيطاليا عام 2005. هدفهم الأساسي كان تصميم لوحة إلكترونية متعددة المهام، ومفتوحة المصدر.

 

استخدم الطلاب متحكم BASIC Stamp من أجل تنفيذ مشروعهم، وكلفتهم اللوحة الأولية ما يقارب 100 دولار أمريكي. تم اعتبار التصميم الأولي مكلفاً للغاية، وتم العمل من أجل تطوير اللوحة. تم تقديم المشروع وتفصيله ضمن أطروحةٍ خاصة، مع كافة التفاصيل المتعلقة بالتوصيل اللازم لها.

 

عمل الفريق الأولي على تطوير اللوحة وجعلها أخف وأقل كلفة، حتى تمكنوا من إنتاج لوحة التي نعرفها اليوم. واليوم، ينظر إلى كل من: ماسيمو بانزي Massimo Banzi، دايفيد كورتيليوس David Caurtielles، توم ايغو Tom Igoe، جيانلوكا مارتينو Gianluca Martino، ودايفيد ميلليس David Mellis، على أنهم نواة الفريق الأساسي الذي شكل مشروع “الأردوينو”.

لوحة الأردوينو عبارة عن نظام حاسوبي صغير ومتكامل. والمقصود بـ “نظام حاسوبي” أنه يتضمن داخله نواةً أساسية هي “المتحكم الصغري Microcontroller” حيث تقوم هذه النواة بأداء الوظائف الحاسوبية، من استقبال المعطيات والبيانات، ومعالجتها، وإصدار الأوامر اللازمة لعمل الأجزاء والقطع الأخرى المرتبطة بهذا النظام.
تنويه بسيط: المتحكمات الصغرية تختلف عن المعالجات الصغرية Microprocessors، ولتوضيح الفرق ننصح بقراءة المقالين التاليين:
1- كيف تعمل الأشياء: المعالجات الصغرية
2- ما هو الفرق بين المتحكمات والمعالجات الصغرية
يجدر بنا الإشارة هنا إلى أنه لا يوجد لوحة أردوينو واحدة، بل يوجد العديد من الأنماط واللوحات المختلفة، التي تختلف عن بعضها البعض من حيث المتحكم الصغري المتواجد في اللوحة، وعدد المداخل والمخارج والرقمية، وفي شرحنا المبسط هنا حول مفهوم لوحات، فإننا سنقوم بالشرح بشكلٍ عام عن المكونات الأساسية التي سنجدها على أي لوحة.
تعتمد معظم لوحات الأردوينو على متحكماتٍ صغرية بدقة 8-بت، وهي من عائلة Atmel AVR، كما أن بعض اللوحات تعتمد على متحكمات بدقة 32-بت من عائلة Atmel ARM. هنالك فرق أكيد وكبير بين اللوحات التي تعتمد على متحكمات بدقة 8-بت وبين اللوحات التي تعتمد على متحكمات بدقة 32-بت، والأمر يعود هنا للمستخدم نفسه، من حيث حاجته للوحة وطبيعة المشاريع التي سيقوم بتنفيذها عبرها. أهم المتحكمات الصغرية التي يتم استخدامها في لوحات هي متحكمات Atmega8 و Atmega168 و Atmega328.
إلى جانب المتحكم الصغري (الوحدة الأساسية في لوحة الأردوينو) فإننا نميز أيضاً على اللوحة مأخذ الطاقة الكهربائية اللازم لتشغيل اللوحة، حيث تعمل لوحات الأردوينو عند جهد تغذية معياري هو 5 فولط.
يجب أن تتضمن لوحة الأردوينو وسيلةً للتواصل مع الحاسب كي يتم تحميل البرامج على المتحكم الصغري الخاص باللوحة. أكثر وسائل التواصل استخداماً وأشهرها هي منفذ الـ USB الذي يربط لوحة الأردوينو مباشرةً بالحاسب. بعض لوحات تتضمن منفذ الاتصال التسلسلي RS-232.
أخيراً، تتضمن لوحة نوعين من الأرجل Pins التي سيستخدمها المطورون في مشاريعهم: أرجل الدخل والخرج الرقمي Digital Pins، وهي تكون أرجل من إدخال وإخراج البيانات والمعطيات الرقمية من وإلى اللوحة. عدد هذه الأرجل يختلف من لوحةٍ إلى أخرى، وفي لوحة الأردوينو اونو Arduino UNO يبلغ عدد هذه الأرجل 14 رجل. النوع الثاني من الأرجل هو المداخل التماثلية (التشابهية) Analog Pins، وهي الأرجل المسؤولة عن قراءة البيانات التماثلية وإدخالها إلى المتحكم الصغري الخاص بلوحة الأردوينو، من أجل عمليات المعالجة اللاحقة.

 
تتضمن لوحات عناصر أخرى مثل الكريستالة المسؤولة عن تزويد المتحكم بنبضات ساعة العمل الخاصة به، بالإضافة لمكثفات ومنظمات جهد للمحافظة على قيمةٍ ثابتة ومحددة للجهد والتيار الكهربائي التي تعمل عندها معظم عناصر لوحة الأردوينو، إلا أنه لايوجد داعي للخوض بتفاصيل هذه العناصر، كونها ليست أولوية أساسية بالنسبة لأي مطور يريد استغلال لوحات الأردوينو في مشاريعه التقنية.