آردوینو چیست؟

در علم الکترونیک لوازمی که در مقابل درخواست هایی که به آنها ارسال میکنید عکس العمل نشان میدهند لوازم هوشمند هستند. برای مثال وقتی شما روی کنترل تلویزیون دکمه ای را می فشارید،تلویزیون عکس العمل خاصی نسبت به اون دکمه نشان میدهد حالا میخواهد عوض کردن کانال تلویزیون باشد یا کم و زیاد کردن میزان صدا.زمانی که شما دکمه کنترل را می فشارید تلویزیون به صورت  خودکار این کار را انجام نمیدهد بلکه پردازشی در آن صورت میگیرد که به ترتیب ارسال سیگنال از کنترل و دریافت سیگنال در تلویزیون سپس فرستان سیگنال به مرکز پردازش و پس از آن صدور دستور تغییر کانال و در نهایت تغییر کانال تلویزیون است. همه ی این دریافت،پردازش و ارسال ها نیاز به برنامه نویسی دارند. در الکترونیک برد های مدار چاپی به دو دسته ی برد های خام (قابل برنامه نویسی) و برد های آماده یا ماژول ( از  پیش برنامه نویسی شده) وجود دارند. آدوینو جزو دسته ی اول محسوب میشود که به اصطلاح به آن برد اوپن سورس (open source) هم گفته میشود که به معنی متن باز است و شما میتوانید کد های آن را بازنویسی یا اصلاح کنید.

تاریخچه آردوینو :

در سال 2003 در ایورئا (دانشگاهی در ایتالیا) سه دانشجو به نام های هرناندو باراگان، ماسیمو بانزی، و کیسی ریس به دلیل دور بودن مسافت از محل زندگی شان تا دانشگاه وقت کمی برای ساختن پروژه های الکترونیکی خود داشتند همین باعث شد تا فکری راجع به آن کنند و بردی بسازند که استاندارد کلی را دارا باشد و قابلیت این را داشته باشد که بتواند هر نوع بازدهی ولتاژی را با برنامه نویسی داشته باشد و نیاز نباشد که هر بار چینش و سیم کشی برد عوض شود. همین موضوع باعث شد که ساخت این پروژه عملی شود و همین موضوع پایان نامه ی هرنادو باراگان شد. پس از پایان دانشگاه با کمک دو دانشجوی دیگر به نام های دیوید کوآرتلس و دیوید ملیس که به این تیم اضافه شدند  در سال 2005 با اصلاح و کم هزینه کردن این برد ، محصولی به نام آدوینو را اختراع کردند.این نام جدید برگرفته از نام کافه‌ای به نام آردوین در شهر ایورئا بود که اکثر جلسات گروه در آنجا تشکیل می‌شد.

سخت افزار آردوینو :

سخت افزار برد های آردوینو شامل چندین مدار است که زیاد هم پیچیده نیست اما مدار های اصلی آن شامل :

⦁ بخش تغذیه
⦁ بخش ارتباط با رایانه
⦁ میکرو کنترلر
⦁ درگاه ورودی و خروجی آنالوگ
⦁ درگاه ورودی و خروجی دیجیتال

منظور از بخش تغذیه ، مدار تامین کننده ولتاژ است که می تواند به سه صورت ولتاژ ورودی را به برد برساند و برد را روشن کند. روش اول جک تغذیه است که توسط آداپتور به برد وصل میشود. دومین روش کابل USB AB هست که از طریق اتصال کابل از کامپیوتر به برد وصل میشود و آخری هم پین هدر Vin است که از طریق یک سیم جامپر از یک منبع تغذیه مثل باتری به برد وصل میشود.

 

بخش بعدی مدار ارتباط با رایانه هست. همان طور که بالاتر گفته شد با استفاده از پورت USB AB میتوانید برد را به رایانه خود وصل کنید وبه راحتی برنامه ای که نوشته اید را از رایانه به برد منتقل کنید.

بخش بعدی میکروکنترلرها هستند. وظیفه ی پردازش و ذخیره سازی برنامه ها بر عهده ی این مدار میباشد که شامل یک آی سی به نام ATmega328 و چند مقاومت و خازن است. این بخش بسیار مهم است چون تمام برنامه ی ما در این بخش جای میگیرد و پردازش و پاسخ دهی از این بخش به دیگر بخش ها صادر میگردد.

بخش درگاه های آردوینو کمی پیچیده است چون ورودی و خروجی های آنالوگ با دیجیتال  مقداری تفاوت دارند. اگر بر روی برد نگاه کنید در قسمتی از درگاه از کلمات A0 تا A5 وجود دارد که بالای آن اصطلاح Analog in نوشته شده است که این درگاه ها پایه ی ورودی آنالوگ ما هستند. در سمتی دیگر اعداد 0 تا 13 نوشته شده است که بالای آن Digital نوشته شده است از این پایه ها هم به عنوان ورودی و هم خروجی دیجیتال میتوان استفاده کرد اگر کمی بیشتر به این بخش دقت کنید کنار بعضی از اعداد علامت مد ( ~ ) وجود دارد این علامت به این معنی هست که از این پایه ها میتوانید به عنوان خروجی آنالوگ استفاده کنید.

نرم افزار آردوینو :

نرم افزار آردوینو یک برنامه متن باز رایگان است که با نام اسکچ (Sketch) شناخته میشود و این برنامه بر پایه زبان برنامه نویسی C و C++ نوشته شده است که کاملا به زبان انسان نزدیک است و بسیار کد نویسی راحتی دارد و شما در آن از سه اصل استفاده میکنید که شامل :
⦁ ورودی (مثل سنسور ها)
⦁ دستور (تحلیل ورودی و در مقابل آن صدور فرمان خروجی)
⦁ خروجی ( مثل موتور ها)
برای مثال در ربات های مسیر یاب از سنسور مادون قرمز (ورودی) استفاده میشود که با برنامه نویسی اعدادی که به ما برمی گرداند را تحلیل کرده و پس از آن به موتور (خروجی) دستور حرکت یا ایست میدهد. 

کد نویسی آردوینو در فضای برنامه ای به نام آردوینو آی دی ای (Arduino IDE) انجام میشود که این برنامه برای سیستم عامل های ویندوز، مک و لینوکس موجود است و میتوانید از سایت این شرکت دانلود کنید. این برنامه محیطی بسیار راحت و سبک است و از شلوغی زیاد و سردرگمی برنامه نویس خبری نیست! استایل کد نویسی این برنامه تقریبا مثل بقیه زبان های برنامه نویسی است و شما حتی با قابلیت Show Monitor می توانید به راحتی خروجی کار هایتان را ببینید.

انواع آردوینو :

از سال 2005 تا به امروز برد های آردوینو با تنوع زیادی به بازار عرضه شده اند.  بسیاری از آنها منسوخ شده و توسط شرکت اصلی آردوینو تولید نمیشود اما چند برد که منسوخ شده اند ولی بین مردم محبوب هستند توسط شرکت های ثالث تولید و عرضه میشود، در ادامه در مورد انواع آردوینو صحبت خواهیم کرد.

⦁ Arduino Uno : 

این برد از معروف ترین برد های این شرکت است که حتی پس از منسوخ شدن هم تولیدش ادامه دارد و هنوز هم در بازار یافت میشود، در ایران هم این برد بسیار زیاد است. این برد برای ارتباط با رایانه مجهز به پورت USB AB میباشد. برتری و محبوبیت این برد نسبت به بقیه مدل ها حجم حافظه ی بالا و سریع تر بودن در پردازش داده ها است.

⦁ Arduino Leonardo : 

این برد کاملا شبیه به UNO میباشد تنها تفاوت آن ها در پورت USB و پین هدر هاست.

 

⦁ آردوینو  DUE:

این برد ورژن ارتقا یافته UNO میباشد و از حافظه و قدرت پردازش بالاتری برخوردار است اما به دلیل قیمت بسیار بالای آن زیاد مورد توجه قرار نگرفت.

 

⦁ Arduino Nano Every : 

این برد به دلیل کوچک تر بودن نسبت به آردوینو های دیگر شهرت دارد و در استفاده از ربات های کوچک و سبک بسیار کار آمد است و از پورت Type B پشتیبانی میکند.

⦁ Arduino Nano 33 BLE : 

این برد دارای ماژول بلوتوث میباشد و از قابلیت اتصال بین برد و دستگاه میتوان استفاده کرد که در پروژه دستگاه های کنترل از راه دور مورد استفاده قرار میگیرد.

⦁  Arduino UNO R4 : 

این برد دارای ماژوال وافای بوده و برای دستگاه هایی که نیاز به کنترل از راه دور دارند استفاده میشود.

⦁ Arduino ESP32 : 

این برد جدید ترین برد شرکت آردوینو میباشد که قابلیت های وافای، بلوتوث و اینترنت اشیا را باهم پشتیبانی میکند و پورت کامپیوتری آن USB Type C است که انقلابی در برد های این مجموعه بوده است زیرا همه ی قابلیت ها در یک برد جای گرفته است.

مزایا آردوینو :

اما در اخر میخواهیم مزایای این برد را بررسی کنیم و ببینیم که چرا باید از این برد استفاده کنیم؟
 شما با استفاده از این برد در پروژه های الکترونیکی خود اول از همه در زمان صرفه جویی می کنید در درجه ی دوم شما با کنترل کردن میزان ولتاژ به راحتی میتوانید قطعات خود را خاموش یا روشن کنید. از طرفی برای جذب ورودی هم میتوانید از قطعاتی که ورودی دیجیتال دارند استفاده کنید یا حتی میتوانید ورودی های آنالوگ را به دیجیتال تبدیل کنید. شما برای اصلاح خروجی برد خود نیاز به کم و زیاد کردن قطعات ندارید و فقط نیاز هست که چند خط کد را پاک کنید و دوباره از نو آنها را بازنویسی کنید. یکی دیگر از مزایای این برد سرعت بسیار بالای آن است که به دلیل برد مدار چاپی و کم بودن فاصله بین قطعات ارتباط بین این قطعات سریع انجام میشود و این درحالی است که قیمت آن بسیار بصرفه است چون اگر بخواهید چنین بردی طراحی و بسازید هزینه بسیار زیاد تری را در بر دارد.