آردوینو چیست؟ اصول راه اندازی برد آردوینو با آموزش Arduino

با توجه به رشد و توسعه ی نرم افزار ها و سخت افزار های منبع باز یا  Open-Source افراد زیادی علاقه مند به ساختن makers شده اند و یادگیری آن در سال های اخیر رشد زیادی داشته است که همین مورد کمک زیادی به گسترش فرهنگ ساختن کرده است. در گذشته اگر فردی قصد تولید چیزی را داشت و می خواست ایده خود را عملی کند با مشکلات زیادی نظیر عدم دسترسی و نبودن ابزارهای ساده و ابتدایی به ویژه در زمینه الکترونیک و میکروکنترلر ها رو به رو می شد. این ابزار و امکانات به سادگی قابل دسترسی نبودند، اما امروزه اردوینو یکی از مهم ترین برد های الکترونیکی منبع باز است که می توانید پروژه ها و ایده های خود را به راحتی بسازید. اگر شما هم علاقه مند به این موضوع هستید پس با ما در ادامه ی این مقاله همراه باشید.

آموزش آردوینو

آردوینو چیست؟

تا چندین سال قبل انجام پروژه و کارهایی در حوزه های الکترونیک نیاز به دانش زیادی در زمینه الکترونیک، ریاضیات و فیزیک، مهارت های عملی و تجهیزات مختلف داشته است اما امروزه آردوینو برای انجام پروژه های نمونه سازی سریع مانند یک آچار فرانسه به شما کمک خواهد کرد. آردوینو در سال 2003 معرفی شد و کمک فراوانی به افرادی که قصد داشتن ایده خود را بسازند کرد. آردوینو پیچیدگی های الکترونیک را بسیار کمتر کرد تا افرادی که اطلاعات زیادی در زمینه الکترونیک هم ندارند بتوانند کار خود را پیاده سازی کنند. آردوینو باعث شده است که افراد بتوانند با کمترین هزینه ایده ی خود را عملی کنند و همچنین برای افرادی که می خواهند پروژه ی خود را در مرحله ی عملی آن بررسی و تست کنند بسیار مناسب است.

آردوینو از دو بخش سخت افزاری و نرم افزاری تشکیل شده است که بخش سخت افزار آن مربوط به برد آردوینو است که بر روی  آن میکروکنترلر قابل برنامه ریزی قرار دارد. بخش نرم افزاری آردوینو که به اسم IDE شناخته می شود برای نوشتن برنامه ها و انتقال آنها به برد مورد استفاده قرار می گیرد.

برخی از برد ها برای انتقال برنامه، باید از یک سخت افزار جانبی دیگر استفاده کرد اما در آردوینو با کابل USB به صور مستقیم می توان این کار را انجام داد. برای برنامه نویسی آردوینو از زبان ++C استفاده می شود اما نسخه ی ساده شده ی آن، که کار با آن را بسیار ساده تر کرده است.

کاربرد آردوینو

اگر بخواهیم کار آردوینو را به طور خلاصه توضیح دهیم شامل: شنیدن، تصمیم گیری و فرمان دادن می باشد. سیستم آردوینو می تواند با بیشتر سنسورهای موجود مانند رطوبت سنج، GPS، دماسنج و شتاب سنج ارتباط برقرار کند و داده هایی را که دریافت می کند را درک کند. در محیط برنامه نویسی آردوینو می توان به سادگی تمام محاسبات و تصمیماتی که مورد نیاز است و از برد انتظار می رود را به صورت کد وارد کرد و نتیجه دلخواه را دریافت کرد.

شما می توانید در آردوینو دستوراتی را به آن بدهید تا یک کار مشخص مانند چرخش موتور با سرعت مشخص، ارساب یک پیام، نمایش یک تصویر روی نمایشگر و متصل شدن به اینترنت را به راحتی انجام دهد. اگر شما این توانایی ها و امکانات آردوینو را با اندکی خلاقیت و تفکر ترکیب کنید می توانید کارهای بسیار بزرگی را با ابزاری ساده انجام دهید. آردوینو می تواند به صورت کاملا مستقل با محیط اطراف خود تعامل داشته باشد.

در ادامه می خواهیم نمونه های از عملکرد آردوینو را برای شما شرح دهیم تا با قابلیت های ان بیشتر آشنا شوید.

شما با استفاده از یک سنسور رطوبت سنج که به یک گلدن متصل کرده اید می توانید سیستم آبیاری خودکار را روشن کنید تا در مواقعی که خاک گلدان خشک است آن را آبیاری کنید. یا می توانید یک سیستم پیام رسان را به مودم اینترنت خود وصل کنید تا در مواقعه ای که کسی وارد منزل می شود به شما پیامی ارسال شود. شما می توانید با استفاده از آردوینو و پرینتر های سه بعدی قطعات کوچکی برای یک ربات بسازید تا حرف بزنید یا حرکات نمایشی انجام دهد. همچنین می توانید سیستمی را فعال کنید که قهوه ساز شما هر صبح به در ساعت مشخصی روشن شود.

آردوینو تقریبا می تواند با تمامی وسایل الکترونیکی تعامل برقرار کند و از آن استفاده کنید، همچنین می توانید با وسایلی که با برق هم کار نمی کنند را به طور غیر مستقیم مثلا به وسیله ی یک موتور الکتریکی با آردوینو هماهنگ کنید و از امکانات آردوینو استفاده کنید.

1 .آشنایی با انواع بردهای آردوینو

انواع زیادی از آردوینوها وجود دارد که هر کدام مشخصات و ویژگی های خاصی را دارند و برای کاربردهای خاصی مورد استفاده قرار می گیرد.

اولین قدم برای یادگیری آردوینو، انتخاب یک برد آردوینوی مناسب می باشد. ما در این مبحث معروف ترین بردهای آردوینو را معرفی خواهیم کرد و به شما خواهیم گفت که هر کدام چه کاربردی دارند. همچنین اجزای سخت افزاری آردوینو را هم به شما معرفی خواهیم کرد تا در انتخاب آردوینو و همچنین مطالب بعدی دوره ی آموزشی مشکلی نداشته باشید.

 

2 .شروع کار با نرم افزار آردوینو

گام دوم آموزش و یادگیری برنامه نویسی برای آردوینو است. اگر شما قبلا برنامه نویسی نکرده اید و آشنایی با برنامه نویسی ندارید جای نگرانی نیست زیرا برنامه نویسی در آردوینو بسیار آسان می باشد و شما در مدت زمان کوتاهی می توانید برنامه نویسی را انجام دهید. شما در این قسمت از آموزش ها نحوه ی نصب نرم افزار برای محیط برنامه نویسی آردوینو و دستورات اولیه، بخش های مختلف نرم افزار، امکانات و قابلیت های آن آشنا خواهید شد

3 .آموزش سنسور های دما و رطوبت با آردوینو

سنسورهای دما و رطوبت به عنوان اولین ماژول هایی که با آنها استفاده و کار خواهید کرد آشنا می شوید. کار کردن با این سنسورها بسیار راحت است و برای شروع یادگیری آردوینو بسیار سنسورهای مناسبی می باشند. همچنین از کاربردی ترین سنسورها می توان به سنسور های دما و رطوبت نیز اشاره نمود.

از کاربردهای این سنسورها می توان به کنترل ایستگاه های آب و هوایی از راه دور، سیستم های کنترلی محصولات کشاورزی، کنترل وسایل و تجهیزات خانگی اشاره کرد.  به وسیله ای این سنسورها شما می توانید رطوبت گیاهان خود را کنترل کنید یا دماسنجی برای خود بسازید. انواع مختلفی از سنسورهای دما و رطوبت وجود دارد که هر کدام به روش خاصی کار می کنند. ما در این دوره آموزشی به بررسی سنسورهای معروفی مانند DHT11  و DHT22، سنسور دمای LM35، سنسور اندازه گیری دما با ترمیستور و سنسور رطوبت خاک می پردازیم.

 

4 .آموزش استفاده از پتانسیومتر، انکودر و سروو موتور با آردوینو

این قسمت از آموزش شروع کار با المان های حرکتی با کمک آردوینو می باشد که ساختن دستگاه های متحرک مانند ربات ها می تواند برای بسیاری از افراد جذاب و هیجان انگیز باشد. برای ساخت یک ربات متحرک و قابل کنترل شما باید مطالب زیادی را یاد بگیرید.

پتانسیومتر قطعه ای است که به وسیله ی آن می توانی دستوری را به یک عمگلر فرستاد و انکودر هم وسیله ی اصلی برای اندازه گیری زاویه ی موتورها می باشد. همچنین سروو موتور را در این آموزش به شما معرفی می کنیم که بسیار ساده است اما خیلی از عمگلرها در ربات ها از این سروو موتور ها استفاده می کنند.

 

5 .راه اندازی ماژول التراسونیک با آردوینو

یکی از وسایلی که بتوانید با استفاده از ان فاصله ی اجسام و موانع را اندازه بگیرید و در بسیاری از پروژه ها به آن نیاز خواهید داشت ماژول فاصله سنج التراسونیک می باشد. این وسیله ی روش ساده و کاربردی برای اندازه گیری فاصله ها دارد.  نکته ای که باید به آن توجه کرد این است که از ماژول التراسونیک برای فاصله های نزدیک استفاده می شود و فقط اجسامی که رو به روی یکدیگر قرار دارند بر روی ماژول تاثیر می گذارند و زاویه انتشار آن محدود می باشد.

یکی از کاربرد های این ماژول در ربات ها این است که برای جلوگیری از برخورد ربات به موانع یا دیواره ها و همچنین تشخیص عبور اشخاص استفاده می شود.

 

6 .آموزش نحوه استفاده از جوی استیک و کی ید فلت آردوینو

ماژول های زیادی وجود دارد که شما می توانید به عنوان ورودی یک فرمان از آنها استفاده کنید. برای نمونه می توان به جوی استیک اشاره نمود  همان قطعه ای که در دسته های کنسول بازی یا کنترلرهای رادیویی هم وجود دارد، این قطعه ی ساده می تواند میزان زاویه را در دو جهت میسنجد. یکی دیگر از قطعاتی که در این آموزش آن را مورد بررسی قرار می دهیم کی پد است، این ماژول یک صفحه کلید ماترسی در ابعاد 4*3 یا 4*4 است. این ماژول ها به شما کمک می کند تا بتوانید دستوری را ارسال کنید تا دستگاه را به صورتی که دوست دارید کنترل و هدایت کنید

7 .آموزش راه اندازی ماژول اسپیکر با آردوینو

یکی از ابزاری که برای تولید و ساخت صدا استفاده می شود یک قطعه ی کوچک است که می تواند به عنوان هشداردهنده یا هنگامی که کلیدی را فشار می دهید صدای دلخواه شما را تولید کنید. بازر یک نوع اسپیکر ساده و ارزان می باشد که می تواند صداهای مورد نظر شما را تولید کند.  در این بخش شما می توانید با بازر یک قطعه موسیقی را اجرا کنید البته تنوع صداهای قابل استفاده در بازر چندان زیاد نیست اما نمی توان به سادگی از آن گذشت، بازر توانایی تولید صداهایی با چند ده هزار هرتز را دارد.