آردوينو

الآردوينو منصة مفتوحة المصدر تُنتج لوحات إلكترونية قابلة للبرمجة وسهلة الاستخدام، تفيدك في بناء المشاريع الإلكترونية، تتضمن اللوحة متحكمًا صغريًا أو مايكرو كونترولر وعددًا من المداخل والمخارج، تتصل المداخل بالحساسات مثل: حساسات الحركة والحرارة، وتُنَفِذ المخارج الإجراء الذي تريده فتُدير محركًا أو تُظهر قراءةً ما على الشاشة أو غير ذلك.

وللآردوينو بيئة تطوير متكاملة IDE خاصة به، هي عبارة عن تطبيق مجاني بسيط يُثبت على الحاسوب، ويستخدمه مبرمج الآردوينو لبرمجة لوحتك بلغة C أو C++.

أما أبرز مميزات الآردوينو:

1. انخفاض السعر: فسعر اللوحة لا يتجاوز 50$.
2. التوافق مع عدة نظم تشغيل: مثل ويندوز ولينكس وماك.
3. سهولة الاستخدام والتَعَلُّم: على صعيد أوامر برمجة الآردوينو ولوحته الإلكترونية التي سهلت التعامل مع المايكرو كونترولر وجعلته في متناول أكبر شريحة ممكنة، إضافةً إلى سهولة تحميل الشيفرة البرمجية على متحكم اللوحة، إذ لا يتطلب الأمر أكثر من كبل USB يصلها مع الحاسوب.
4. المصدر المفتوح: الذي يسمح للمختصين بالاطلاع على مخططات لوحات الآردوينو المنشورة تحت رخصة المشاع الإبداعي ويُسهل عليهم تصميم أي مشروع، والحالة نفسها بالنسبة للشيفرة البرمجية إذ يستطيع مبرمجي الآردوينو تعديلها دون قيود لتناسب احتياجك.
5. المرونة وسعة الخيارات: بسبب تنوع اللوحات ومواصفاتها، واحتوائها على مداخل ومخارج رقمية وتماثلية تناسب معظم المشاريع، بالإضافة إلى المكاتب البرمجية المختلفة التي تدعم ربط اللوحات مع معظم الأجهزة التي قد يحتاجها مشروعك.

مجالات استخدام آردوينو متنوعة، إذ يمكن للمختصين برمجة أي مشروع إلكتروني تعتمد فكرته على التحكم بعمل جهاز معين بناءً على مدخلات معينة تُمررها الحساسات أو بعض البرامج، وهذه بعض مشاريع الآردوينو على سبيل المثال لا الحصر:

• الألعاب
• الروبوتات
• إنترنت الأشياء IoT.
• أجهزة التعقب باستخدام GPS.
• أضواء الزينة المُستخدمة في الاحتفالات والأعياد.
• المنسوجات الإلكترونية أو التكنولوجيا القابلة للارتداء - Wearable Technology.
• النماذج الأولية سهلة الإعداد ومنخفضة التكلفة التي تُمكنك من اختبار مشاريعك قبل الإنتاج الفعلي بأقل وقت وجهد ومال.
• المنازل الذكية بكل ما فيها من: نظم إنذار عن السرقة والحريق ونظم تحكم بالدخول وتحكم بالإنارة وأجهزة التكييف وفتح وإغلاق الأبواب... إلخ.
• أجهزة تسجيل البيانات، ومنها: تسجيل تغيرات الحرارة أو الرطوبة أو الحركة بحالة ممارسي رياضة المشي، وأيضًا المؤشرات الحيوية لجسم الإنسان مثل معدل ضربات القلب.

إضافة المشاريع ونشرها على مستقل إجراء بسيط ومجاني، تُنجزه بثلاث خطوات:

• اضغط على زر "أضف مشروع" الموجود في الشريط العلوي.
• املأ الحقول التي ستظهر أمامك ببيانات مشروعك مع الاهتمام بالتالي:
• اجعل عنوان المشروع معبرًا عن محتواه ليجذب انتباه المستقلين المناسبين فضمنه عبارة مثل: برمجة لوحة آردوينو.
• حدد المهارات التي تحتاجها، ومنها: آردوينو و++C والإلكترونيات وغيرها وفق مجال المشروع.
• اشرح مشروعك أكثر في حقل "تفاصيل المشروع"، وبين ما تريده من تطبيقات على الآردوينو مفصلًا في المهام التي تسعى لبرمجتها، واذكر إن كان المشروع تعديلًا على برنامج قائم أم برمجة لوحة آردوينو من الصفر، وأرفق أي ملفات أو مخططات ضرورية لفهمه.
• اضغط على زر "انشر الآن" وسيظهر مشروعك على الموقع وتبدأ عروض الراغبين بالعمل عليه.

يوفر لك موقع مستقل عدة مؤشرات تساعدك على اختيار مبرمج الآردوينو الأنسب لمشروعك، ادخل إلى الملف الشخصي لكل مبرمج أثار اهتمامك وتصفح هذه الأقسام:

• النبذة التعريفية: التي يكتبها عن نفسه ليُعرّف أصحاب المشاريع بمجال عمله ومهاراته وشهاداته العلمية، واهتم خصيصًا بمن ذكر خبراته السابقة في آردوينو والإلكترونيات ولغة C.
• معرض الأعمال: الذي يضع فيه نماذج عن أعماله أو يشرح عنها.
• التقييمات: التي تُظهر لك انطباع أصحاب المشاريع الذين وظفوه سابقًا وآرائهم بعمله، تفقدها فهي تعطيك فكرةً جيدة عن خبرة المبرمج ومرونته في التعديلات وتعاونه لإنجاح المشروع.

ومن ثم ضع قائمة بالذين أعجبوك وراسلهم عبر رسائل الموقع لتصل لقراراك النهائي وتوظف الأكثر كفاءة بينهم.

تتكون لوحة الآردوينو من عدة أجزاء أهمها:

• مدخل التغذية الكهربائية.
• منظم الجهد الكهربائي.
• مذبذب لتوليد نبضات الساعة التي تُنظم عمليات المعالجة.
• زر إعادة التشغيل لإعادة تشغيل برنامجك.
• منفذ USB يتصل بالحاسوب لنقل شيفرة مشروعك من الحاسوب إلى اللوحة، ونقل بعض المعلومات بالاتجاه المعاكس أيضًا عند الحاجة.
• المايكرو كونترولر العنصر الرئيسي في لوحة الآردوينو، وهو دائرة متكاملة قابلة للبرمجة تُحدد أداء اللوحة وإمكاناتها.
• مجموعة PINS بشكل ثقوب صغيرة هي مداخل ومخارج رقمية وتماثلية يختلف عددها ونوعها حسب نوع اللوحة.
• مؤشرات ضوئية LED تُضيء في حالة إرسال البيانات (TX) أو استقبالها (RX).
• أطراف التأريض.

تتنوع اللوحات لتناسب تطبيقات الآردوينو المختلفة، وتتميز عن بعضها بالحجم والسعر، وعدد المداخل والمخارج الذي يحدد عدد الحساسات والأجهزة المسموح الاتصال بها، بالإضافة إلى نوع المايكرو كونترولر الذي ينعكس مباشرةً على قدرة اللوحة على المعالجة، أما أشهر الأنواع:

1. Arduino Uno: الأسهل والأكثر انتشارًا بين مستخدمي الآردوينو، تتضمن 6 مداخل تماثلية و14 مدخلًا ومخرجًا رقميًا 6 منها مخارج PWM، وتتميز بتثبيت المايكرو كونترولر على حامل، وهو ما يسهل عليك استبداله عند الحاجة.
2. Arduino Leonardo: ميزتها الأساسية وجود منفذ USB مدمج على اللوحة، فاتصالها بالحاسب سهل ولا يحتاج أي متطلبات إضافية، لتحاكي بذلك الماوس ولوحة المفاتيح.
3. LilyPad Arduino: مُصممة خصيصًا لتُثبت على الأقمشة، ولها مجموعتها الخاصة من المداخل والمخارج والحساسات الملاءمة لهذا الاستخدام.
4. Arduino Mega: النسخة الأكبر حجمًا من Arduino Uno وتناسب المشاريع الأكبر، إذ إنها تتضمن 16 مدخلًا تماثليًا و54 مدخلًا ومخرجًا رقميًا 14 منها مخارج PWM.
5. Arduino Shields: هذا النوع من لوحات الآردوينو مُجهز ليتصل باللوحات الأخرى، ويضيف إليها ميزاتٍ خاصة مثل: القدرة على الاتصال بشبكة الإيثرنت أو البلوتوث أو Wi-Fi أو الشبكة الخلوية وما إلى ذلك.

بعد تحميل بيئة التطوير المتكاملة IDE من موقع الآردوينو وتثبيتها على الحاسوب، يبدأ المبرمج بالخطوات التالية:

1. يختار نوع لوحة الآردوينو الخاصة بمشروعك من قائمة الأنواع المُعرّفة في بيئة التطوير، وأيضًا رقم منفذها التسلسلي.
2. يُعرّف المكاتب البرمجية المطلوبة للمشروع بناءً على نوع الأجهزة والدوال البرمجية التي يحتاجها، ثم يبدأ بكتابة شيفرته البرمجية التي تتضمن في الأقل كتلتين من التعليمات البرمجية:
• كتلة الإعدادات أو Setup: يُحدد فيها وظيفة أطراف اللوحة أو PINS إن كانوا مداخل أم مخارج.
• كتلة الحلقة التنفيذية أو Loop: يُبرمج فيها المخارج لتُنفذ المهام المطلوبة منها بعد تحقق شروط معينة، فيبرمج مثلًا المخرج رقم 2 ليعطي إشارة 5 فولت للجهاز المتصل معه ويُكررها كل 2000 ميلي ثانية.
3. يتحقق من صحة الشيفرة البرمجية ويُصحح الأخطاء إن وجدت، بواسطة زر خاص في شريط أدوات بيئة التطوير يفحص التعليمات المكتوبة قواعديًا ويُميز الأخطاء بلونٍ مختلف.
4. يُحَمّل الشيفرة البرمجية أو برنامج مشروعك إلى لوحة الآردوينو بإحدى طريقتين: إما بواسطة زر التحميل الموجود في شريط الأدوات في حال كان ينفذ مشروعك عبر اتصال سطح المكتب البعيد ببرنامج مثل TeamViewer وكانت اللوحة موصولة مباشرةً مع الحاسوب، أو يحفظ البرنامج على شكل ملف ويرسله لك لتُحمله فيما بعد على لوحة الآردوينو.

وحدة التحكم المنطقية المبرمجة أو PLC أداة أساسية في الأتمتة الصناعية، والفرق بين الآردوينو وplc أن المايكرو كونترولر الموجود ضمن PLC مصمم خصيصًا للتطبيقات الصناعية، وسعر PLC أغلى بكثير من سعر لوحات الآردوينو، بالإضافة لكونها مغلقة المصدر فلا يمكنك التعديل على مكوناتها، بينما آردوينو مرن ومفتوح المصدر وسهل البرمجة والتعلم، ويُستخدم في الصناعة لكن على مستوى أقل من PLC إذ إنه يناسب المشاريع الصغيرة والمتوسطة أو بناء النماذج الأولية الاختبارية.