آردوینو
 | بخش پیوند به بیرون این مقاله ممکن است پیرو رهنمودها و سیاستهای ویکی‌پدیا نباشد. (اکتبر ۲۰۲۱) |
 | |
 آردوینو، مدل اونو، نسخه ۳ | |
| توسعه‌دهنده | آردوینو |
|---|---|
| سازنده | مختلف |
| گونه | ریزکنترل‌گر تک‌بردی |
| سیستم‌عامل | ندارد |
| CPU | ATmega328P |
| حافظه رم | حافظه دسترسی تصادفی ایستا |
| ذخیره‌سازی | حافظه فلش، ئی‌ئیپ‌رام |
آردوینو (به انگلیسی: Arduino) یک پلتفرم سخت‌افزاری و نرم‌افزاری متن‌باز است. پلتفرم آردوینو شامل یک میکروکنترلر تک‌بردی متن‌باز است که قسمت سخت‌افزار آردوینو را تشکیل می‌دهد. علاوه بر این، پلتفرم آردوینو یک نرم‌افزار آردوینو IDE که به منظور برنامه‌نویسی برای بردهای آردوینو طراحی شده‌است و یک بوت لودر نرم‌افزاری که بر روی میکروکنترلر بارگذاری می‌شود را در بر می‌گیرد. پلتفرم آردوینو به منظور تولید سریع و ساده پروژه‌های سخت‌افزاری تعاملی و ساخت وسایلی که با محیط تعامل داشته باشند طراحی شده‌است،[۱] البته بردهای آردوینو اهداف آموزشی را نیز دنبال می‌کنند.
اغلب بردهای آردوینو که تمام آنها سخت‌افزار متن‌باز هستند بر پایه میکرو کنترلر ای‌وی‌آر اتمل و تعداد کمی از بردهای آردوینو بر پایه میکروکنترلرهای آرم اتمل طراحی شده‌اند. به عنوان مثال برد آردوینو UNO که پرکاربردترین برد آردوینو و برد پایه آردوینو در اکثر دوره‌های آموزش آردوینو است و بر پایه میکروکنترلر AVR ATmega328 ساخته شده‌است، دارای رابط یواس‌بی جهت بارگذاری برنامه و ارتباط با کامپیوتر، ۶ پین ورودی آنالوگ و همچنین ۱۴ پین ورودی/خروجی دیجیتال است که شما را قادر می‌سازند تا برد آردوینو را به قطعات، سنسورها، بردها و ماژول‌های دیگری متصل کنید. تعداد ورودی خروجی‌های آنالوگ و دیجیتال در مدل‌های مختلف بردهای آردوینو با توجه به میکروکنترلر اصلی استفاده شده بر روی برد متفاوت است.
آردوینو می‌تواند جهت طراحی و ساخت سریع و آسان وسایل تعاملی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال فرض کنید شما دوست دارید وسیله‌ای داشته باشید که با استفاده از گوشی موبایلتان بتوانید چراغ اتاقتان را خاموش و روشن کنید. یا دوست دارید زمانی که اتاق شما گرم می‌شود کولر اتاقتان روشن شود و شب‌ها که دمای اتاق پایین می‌آید کولر اتاق شما به صورت خودکار خاموش شود! این‌ها وسایل تعاملی هستند که آردوینو به ساخت سریع و بی درد سر آنها کمک می‌کند. برد آردوینو می‌تواند مقادیر ورودی را از تعداد زیادی سنسور و کلید و… بخواند و بر اساس برنامه ای که درون آن بارگذاری شده‌است تصمیم بگیرد و خروجی خاصی که می‌تواند کنترل تعدادی لامپ، موتور و … را برای شما انجام دهد. آردوینو در سال ۲۰۰۵ به منظور ایجاد راهی ارزان و ساده برای برنامه‌نویسی اشیایی تعاملی ایجاد شد. آردوینو به همراه یک محیط یکپارچه توسعه نرم‌افزار (IDE) ساده ارائه می‌شود که در رایانه‌های عادی قابل اجرا است که اجازهٔ برنامه‌نویسی به کمک سی یا سی++ را برای آردوینو می‌دهد.[۲]
آردوینو می‌تواند پارامترهایی مانند نور محیط، کلیدها یا حتی یک ایمیل را به عنوان ورودی دریافت نماید و بعد از پردازش، خروجی‌هایی مانند روشن کردن یک وسیلهٔ برقی، تغییر رنگ LEDها یا ارسال یک ایمیل یا نظیر آن را ارائه دهد.[۳]
پلتفرم آردوینو شامل نرم‌افزار و سخت‌افزار متن باز می‌شود. سخت‌افزار آردوینو متشکل از بردهای مختلفی بر پایه میکرو کنترلرهای مختلف است که پر مصرف‌ترین سخت‌افزار آردوینو، Arduino UNO است که از میکرو کنترلر ATmega328 استفاده می‌کند و در بسیاری از پروژه‌های دانشجویی، رباتیک و پروژه‌های تحقیقاتی کاربرد دارد.
تاریخچه
[ویرایش]ایدهٔ ساخت آردوینو در سال ۲۰۰۳ میلادی در انستیتو طراحی‌تعاملی ایورئا در کشور ایتالیا شکل گرفت. ایده عبارت بود از ساخت وسیله‌ای ساده و کم‌هزینه برای انجام پروژه‌های دیجیتال دانشجویان، به‌خصوص آن‌هایی که آشنایی چندانی با اصول مهندسی و برنامه‌نویسی ندارند. سه فرد کلیدی در به ثمر نشاندن این ایده نقش داشتند:
هرناندو باراگان، ماسیمو بانزی، و کیسی ریس.
باراگان یکی از دانشجویان انستیتو ایورئا بود که تصمیم گرفت پایان‌نامهٔ کارشناسی‌ارشد خود را در این زمینه اجراء نماید. بانزی و ریس نیز استادان راهنمای پایان‌نامهٔ باراگان بودند. تا آن زمان هنوز اسمی از آردوینو در میان نبود. نتیجهٔ پایان‌نامهٔ باراگان بسیار موفقیت‌آمیز بود و منجر به ایجاد سخت‌افزار و نرم‌افزاری شد که وایرینگ نام گرفت. سخت‌افزار وایرینگ ویژگی‌های مورد نظر را نسبت به سایر نمونه‌های موجود در بازار آن زمان داشت یعنی ساده و کم‌هزینه بود. نرم‌افزار وایرینگ نیز بر مبنای یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی موجود به نام پراسسینگ تهیه شده بود.
پس از اتمام پایان‌نامه، بانزی درصدد کاهش هزینه‌های سخت‌افزار وایرینگ برآمد و در سال ۲۰۰۵ میلادی با همکاری دیوید کوآرتلس و دیوید ملیس (که به‌ترتیب کارمند و دانشجوی انستیتو ایورئا بودند)، به توسعهٔ پروژهٔ وایرینگ پرداخت و نام آن را به آردوینو تغییر داد. این نام جدید برگرفته از نام کافه‌ای به نام آردوین در شهر ایورئا بود که اکثر جلسات گروه در آنجا تشکیل می‌شد. واژهٔ آردوین، نام یکی از شاهزادگان قدیم ایتالیا است که زمانی حکمران شهر ایورئا بود و در قرن یازدهم میلادی به پادشاهی ایتالیا رسید.[۴]
نرم‌افزار آردوینو
[ویرایش]آردوینو، یک نرم‌افزار متن باز اختصاصی برای برنامه‌نویسی بردهای خود تهیه کرده‌است که به نام نرم‌افزار آردوینو IDE (محیط توسعهٔ یکپارچه آردوینو) شناخته می‌شود. نرم‌افزار آردوینو بدون نیاز به پروگرامر می‌تواند مستقیماً میکرو کنترلر شما را برنامه‌ریزی نماید. امکاناتی مانند ترمینال سریال نیز در داخل نرم‌افزار آردوینو قرارداده شده تا بتوانید به وسیله ارتباط سریال و USB برنامه‌هایی را که برای میکرو کنترلر می‌نویسید عیب‌یابی نمایید. می‌توان مقادیر ADC و وضعیت پین‌ها یا هر اطلاعات دیگری را به ترمینال سریال آردوینو فرستاد و از طریق کامپیوتر اطلاعات را از میکرو کنترلر دریافت کرد. همان‌طور که پیش تر اشاره شد، شیوه نگارش دستورها در این نرم‌افزار، تا حدود زیادی مشابه برنامه‌نویسی به زبان C و ++C است. همان‌طور که در شکل می‌بینید، محیط این برنامه از چند بخش اصلی تشکیل می‌شود:
- منوی دستورها
- پنجره کدنویسی
- پنجره کامپایلر
- اطلاعات باد (یکا) rate و port
- Serial monitor
سخت‌افزار آردوینو
[ویرایش]همان‌طور که در بالا گفته شد، آردوینو از دو بخش سخت‌افزاری و نرم‌افزاری تشکیل می‌شود. مدل‌های مختلفی از بردهای سخت‌افزاری آردوینو وجود دارد که یکی از آنها، مدل اونو است. آردوینو اونو (Arduino UNO) یکی از پرکاربردترین مدل‌های سخت‌افزار آردوینو است. در این برد، از یک میکروکنترلر ATmega328P به عنوان پردازشگر و حافظه استفاده می‌شود. آردوینو مدل اونو، یکی از متداول‌ترین نمونه‌ها برای آموزش آردوینو است. سخت‌افزار آردوینو اونو از چهار بخش کلی زیر تشکیل می‌شود (شکل زیر):
- میکروکنترلر
- بخش تغذیه
- بخش ارتباط با رایانه
- درگاه‌های گروهی
در شکل و جدول زیر، قطعات تشکیل دهنده برد آردوینو (مدل Uno-نسخه ۳) معرفی شده‌اند.[۴]
| شماره
قطعه |
نام
قطعه |
مشخصه
قطعه |
توضیح |
|---|---|---|---|
| ۱ | میکروکنترلر | ATmega328 | پردازش و حافظه |
| ۲ | سوکت | ۲۸پایه | سهولت تعویض میکروکنترلر |
| ۳ | درگاه‌های ارتباطی | پین‌هدر مادگی | ارتباط با پایه‌های میکروکنترلر |
| ۴ | درگاه‌های ارتباطی | پین‌هدر نری | ارتباط سریال (بدون یواس‌بی) با میکروکنترلر |
| ۵ | درگاه یواس‌بی | USB port type B | ارتباط یواس‌بی رایانه با میکروکنترلر |
| ۶ | درگاه تغذیه | ۵/۵ میلی‌متر | اتصال فیش باتری یا آداپتور برای تغذیهٔ بورد |
| ۷ | کلید فشاری | تک‌سوییچ | ریست بورد و راه‌اندازی مجدد برنامه |
| ۸ | میکرو پردازشگر | ATmega16U2 | مبدّل ارتباط سریال به یواس‌بی |
| ۹ | نوسان‌ساز کریستالی | ۱۶ مگاهرتز | ایجاد سیگنال زمان برای میکرو پردازشگر یواس‌بی |
| ۱۰ | نوسان‌ساز سرامیکی | ۱۶ مگاهرتز | ایجاد سیگنال زمان برای میکروکنترلر آردوینو
(یک خازن ۱۰ پیکوفاراد نیز داخل قطعه تعبیه شده‌است) |
| ۱۱ | مقاومت | ۱ مگااهم | حفظ تعادل نوسان در نوسان‌ساز سرامیکی |
| ۱۲ | خازن | ۰/۱ میکروفاراد | حذف نویز از جریان تغذیهٔ میکروکنترلر |
| ۱۳ | خازن | ۴۷ میکروفاراد | فیلتر جریان تغذیهٔ خروجی |
| ۱۴ | خازن | ۴۷ میکروفاراد | فیلتر جریان تغذیهٔ ورودی |
| ۱۵ | دیود | MRA4007T3G | محافظت از مدار در مقابل ولتاژ معکوس تغذیه |
| ۱۶ | تنظیم‌کنندهٔ ولتاژ | LD1117S50TR | تنظیم ولتاژ ورودی به آردوینو |
| ۱۷ | فیوز | MF-MSMF050-2 | فیوز درگاه یواس‌بی، ۵۰۰ میلی‌آمپر |
| ۱۸ | ترانزیستور | FDN340P | سوییچ بین درگاه‌تغذیه و یواس‌بی (برای تغذیهٔ بورد) |
| ۱۹ | آی‌سی | LMV358 | کنترل‌کنندهٔ ترانزیستور ۱۸ |
| ۲۰ | خازن | ۱ میکروفاراد | فیلتر برای آی‌سی ۱۹ |
| ۲۱ | تنظیم‌کنندهٔ ولتاژ | LP2985 | تنظیم‌کنندهٔ ولتاژ ۳/۳ ولت |
| ۲۲ | خازن | ۲/۲ میکروفاراد | فیلتر ولتاژ خروجی از LP2985 |
| ۲۳ | نویزگیر فریت | BLM21 | فیلتر حذف‌کنندهٔ نویزهای محیطی فرکانس‌بالا |
| ۲۴ | دیود | 1N4148W-7-F | کنترل نوسانات ولتاژ در زمان ریست |
| ۲۵ | خازن | ۱ میکروفاراد | رابط پایه‌های Ucap و GND پردازشگر یواس‌بی |
| ۲۶ | واریستور | CG0603MLC | جلوگیری از ورود الکتریستهٔ ساکن |
| ۲۷ | مقاومت آرایه‌ای | ۲۲ اهم | حفاظت از درگاه‌های تبادل اطلاعات یواس‌بی |
| ۲۸ | واریستور | CG0603MLC | جلوگیری از ورود الکتریستهٔ ساکن |
| ۲۹ | درگاه دسترسی | - | امکان دسترسی به پایه‌های PB4 تا PB7 از
آی‌سی ATmega16U2 را فراهم می‌سازد |
| ۳۰ | خازن | ۰/۱ میکروفاراد | حذف نویز از جریان تغذیهٔ میکرو پردازشگر |
| ۳۱ | خازن | ۲۲ پیکوفاراد | خازن نوسان‌ساز کریستالی |
| ۳۲ | مقاومت | ۱ مگااهم | حفظ تعادل نوسان در نوسان‌ساز کریستالی |
| ۳۳ | خازن | ۲۲ پیکوفاراد | خازن نوسان‌ساز کریستالی |
| ۳۴ | خازن | ۰/۱ میکروفاراد | حذف نویز از ولتاژ ورودی مبنا |
| ۳۵ | ال‌ای‌دی | زرد | ال‌ای‌دی چشمک‌زن قابل برنامه‌ریزی |
| ۳۶ | مقاومت آرایه‌ای | ۱ کیلواهم | محافظت از ال‌ای‌دی‌های ۳۵، ۳۷ و ۳۸ |
| ۳۷ | ال‌ای‌دی | زرد | نشان‌گر تبادل داده‌های سریال (خروج) |
| ۳۸ | ال‌ای‌دی | زرد | نشان‌گر تبادل داده‌های سریال (ورود) |
| ۳۹ | خازن | ۰/۱ میکروفاراد | حذف نویز برای میکرو پردازشگر |
| ۴۰ | خازن | ۰/۱ میکروفاراد | ارسال پالس ریست از ATmega16U2 به ATmega328 |
| ۴۱ | اتصال | لحیم | اگر قطع شود، آردوینو ریست خودکار نمی‌شود |
| ۴۲ | مقاومت آرایه‌ای | ۱۰ کیلواهم | مقاومت ریست میکروکنترلر |
| ۴۳ | ال‌ای‌دی | سبز | نشان‌گر روشن/خاموش آردوینو |
| ۴۴ | مقاومت آرایه‌ای | ۱ کیلواهم | تبادل داده‌های سریال |
| ۴۵ | دیود | cd1206 | کنترل نوسانات ولتاژ در زمان ریست |
برد های آردوینو
[ویرایش]بردهای آردوینو ابزارهای قدرتمند و محبوبی در زمینه الکترونیک و برنامه‌نویسی هستند که به ویژه برای مبتدیان طراحی شده‌اند. این بردها با میکروکنترلرهای مختلفی عرضه می‌شوند و هر کدام ویژگی‌ها و قابلیت‌های خاص خود را دارند. در زیر به معرفی انواع مختلف بردهای آردوینو و کاربردهای آنها پرداخته می‌شود.
انواع بردهای آردوینو
[ویرایش]- آردوینو یونو (Arduino Uno)
- آردوینو مگا (Arduino Mega)
- آردوینو نانو (Arduino Nano)
- آردوینو Due
- آردوینو لیلی‌پاد (LilyPad Arduino)
- آردوینو پرو میکرو (Pro Micro)
- و ...
کاربردهای عمومی بردهای آردوینو
[ویرایش]- رباتیک: طراحی ربات‌هایی که می‌توانند به صورت خودکار حرکت کنند یا از موانع عبور کنند.
- خانه هوشمند: کنترل اتصالات خانه مانند روشنایی، دما و امنیت.
- سیستم‌های سنجش محیطی: اندازه‌گیری پارامترهایی مانند دما، رطوبت و کیفیت هوا.
- پروژه‌های هنری: استفاده در آثار هنری تعاملی که نیاز به کنترل الکترونیکی دارند.
آردوینو و صنعت
[ویرایش]یکی از مشکلات و ایرادات جدی که به آردوینو وارد می‌شد تا قبل از سال 2018 صنعتی نبودن این برد ها بود تا این که آردوینو برد PLC به نام برد PLC هوشمند آردوینو را تولید نمود و با نام تجاری Arduino Opta RS485 در حال حاضر در سراسر جهان موجود است.
ماژول‌ها و شیلدهای آردوینو
[ویرایش]با استفاده از آردوینو و به کمک ماژول‌ها و شیلدهای متنوعی که برای آردوینو ساخته شده می‌توان پروژه‌های مختلفی مانند اینترنت اشیا، خانه‌های هوشمند ، ربات انسان نما و محصولات طراحی تعاملی را پیاده‌سازی کرد. ماژول‌ها و شیلدهای آردوینو را بدون نیاز به پروگرامر می‌توان از طریق کابل USB و محیط یکپارچه توسعه نرم‌افزار متن‌باز آردوینو پروگرام کرد.
ماژول یا مدول، معمولاً به مجموعه ای یکپارچه از یک برد مدارچاپی، تعدادی قطعه الکترونیک، و یک حسگر یا عملگر گفته می‌شود. ماژول با استفاده از سیم رابط به پین‌های برد آردوینو وصل می‌شود. در شکل زیر تصویر ماژول حسگر صدا آمده‌است.
امروزه ماژول‌های متفاوتی در بازار وجود دارد و هر فردی با توجه به نیازی که دارد می‌تواند از آنها استفاده کند
برخی از ماژول‌ها رو در زیر می‌توانید ببینید
ماژول بازر
ماژول دوربین
ماژول مادون قرمز
ماژول ژیروسکوپ
ماژول تشخیص دود
ماژول تشخیص آتش‌سوزی
ماژول بلوتوث
ماژول وای فای
ماژول رله
ماژول میکروفن
و…
سپر (اصطلاحاً یعنی سپر)، به برد الکترونیکی گفته می‌شود که مستقیماً از طریق پین‌های آن بر روی برد آردوینو سوار می‌شود و قابلیت‌های آن را افزایش می‌دهد. راه‌اندازی شیلدها معمولاً آسان است ولی ممکن است نیاز به نصب کتابخانه آنها در نرم‌افزار آردوینو IDE باشد.
لیست بعضی از معروف‌ترین شیلدهای آردوینو در زیر آمده‌است:
- شیلد XBee برای ارتباط بیسیم
- شیلد شبکه اترنت
- شیلد WiFi
- شیلد سیم‌کارت
- شیلد GPS
- شیلد کنترل موتور
- شیلد CNC
- شیلد جوی استیک
- شیلد کارت حافظه
- شیلد MP3 Player
- شیلد دوربین
- شیلد صفحه نمایش
- شیلد RFID و NFC
- شیلد باتری
- شیلد برد بورد و نمونه سازی[۵]
بازنشسته‌ها
[ویرایش]بردهای این دسته بازنشسته شده‌اند؛ یعنی دیگر توسط شرکت سازنده اصلی آن تولید نمی‌شوند.
- آردوینو دیو (Arduino DUE)
- آردوینو مگا ADK (Arduino MEGA ADK)
- آردوینو روبوت (Arduino ROBOT)
- آردوینو اترنت (Arduino ETHERNET)
- آردوینو لئوناردو (Arduino LEONARDO)
- آردوینو اسپلورا (Arduino ESPLORA)
- آردوینو مینی (Arduino MINI)
- آردوینو فیو (Arduino FIO)
- آردوینو GSM شیلد (Arduino GSM SHIELD)
- آردوینو اترنت شیلد (Arduino ETHERNET SHIELD)
- آردوینو وای‌فای شیلد (Arduino WIFI SHIELD)
- آردوینو USB هاست شیلد (Arduino USB HOST SHIELD)
- آردوینو موتور شیلد (Arduino MOTOR SHIELD)
- آردوینو وایرلس SD شیلد (Arduino WIRELESS SD SHIELD)
- آردوینو وایرلس پروتو شیلد (Arduino WIRELESS PROTO SHIELD)
- آردوینو LCD نمایشگر (Arduino LCD SCREEN)[۶]
- نگارخانه
-
آردوینو Diecimila -
آردوینو Duemilanove (rev 2009b) -
آردوینو UNO -
آردوینو Leonardo -
آردوینو Mega -
آردوینو Nano -
آردوینو Due (ARM-based) -
LilyPad Arduino (rev 2007)
منابع
[ویرایش]- ↑ "Official slogan". Arduino Project. Retrieved 2013-12-31.
- ↑ Wikipedia contributors, "Arduino," Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Arduino&oldid=603100523 (accessed April 10, 2014).
- ↑ "Introduction". Arduino. Archived from the original on 29 August 2017. Retrieved 2018-01-02.
- ↑ ۴٫۰ ۴٫۱ اردشیر حکیمی. کلید آردوینو. ناقوس.
- ↑ آموزش آردوینو: (arduinoedu.blogfa)
- ↑ «RETIRED». www.arduino.cc. بایگانی‌شده از اصلی در ۳ مارس ۲۰۲۰. دریافت‌شده در ۸ فوریه ۲۰۲۰.