أساسيات برمجة الأردوينو ومشاريعه العلمية

كتبت – فرح محمد محمود

الأردوينو عبارة عن تطور صناعي يجمع بين الفعالية والدقة وبين البساطة والسهولة، فهي مناسبة لأي أحد كان مهما كانت علاقته بالتقنية أو معرفته السابقة بالبرمجة أو بلغات البرمجة، كما أنه أداة قوية من الممكن أن تستخدم في جميع المجالات بداية من البحث العلمي وحتى الصناعات الترفيهية.

في بدايات الألفية الثالثة ظهر من معهد التصميم التفاعلي في إيطاليا فكرة الأردوينو من قبل فريق صغير يتكون من خمس أشخاص فقط، وهم ماسيمو بانزي وديفيد كوارتيليس جيانلوكا مارتينو وتوم إجوي وديفيد ميليس.

أساسيات برمجة الأردوينو

كانت الأسباب التي دفعت هذا الفريق إلى ابتكار الأردوينو هو كون وحدات التحكم المصغرة Micro Controllers كانت صعبة في التحكم والبرمجة في هذا الوقت، كما أنه لإنشاء لوحة تحكم واحدة مكونة من الأجزاء الأساسية مثل المدخلات والمخرجات والذاكرة سيتطلب دفع الكثير من المال، وهذا ما دفع هذا الفريق إلى محاولة التوصل وصنع نماذج سهلة الاستخدام سواء من الناحية البرمجية Software أو من ناحية الهاردوير Hardware، وذلك من أجل أن يستخدمها الطلاب والباحثون في أي مكان وفي أي وقت.

لوحة الأردوينو عبارة عَن منصة مفتوحة المصدر تُستخدم لإنشاء مَشاريع إلكترونية، تتكون لوحة الأردوينو من جزئين رئيسين الأول يسمى بالمتحكم (Microcontroller) يقوم بالتحكم بأجزاء المشروع الالكتروني وجَميع مكوناته أما الجزء الثاني يُسمى جزء من برنامج أو بيئة تطويرية متكاملة (IDE) تَعمل على جهاز الكمبيوتر وتستخدم لكتابة وتحميل أكواد معينة إلى لوحة الأردوينو.

الأردوينو هو برمجة Software و Hardware مفتوحة المصدر تستطيع من خلاله التحكم بالأجهزة بكل بساطة، وأداء عدد كبير من الوظائف بناءًا على ما تبرمج من تفاعل للبرمجة والهاردوير مع المدخلات التي تختارها، بحيث تكون المخرجات تحقق الأهداف التي تريدها، وهذا يشمل الأجهزة الصغيرة مثل المصباح الذي ينير ويظلم بالتصفيق له، أو القمر الصناعي الصغير الذي يدور في الفضاء، لقد حل الأردوينو العديد من الأزمات بسبب لوحته البسيطة التي لا تحمل أي تعقيدات تقنية فيمكنك فعل كل شيء بسهولة.

وذلك بدلاً من التعامل مع وحدات التحكم الذي تحتاج مهندس حاسوب أو مبرمج متخصص ومحاولة برمجة كل مدخل بشكل يدوي، والمرور بالعديد من الخطوات الشاقة والمعقدة التي تتحكم المصغرة Micro Controllers لكي تتقنها.

وبالنسبة للكود والبرمجة، فالأمر أصبح سهلاً للغاية، فلقد قامت الشركة المصنعة بتصميم برنامج ولغة برمجة خاصة تسهل القيام ببرمجة لوحة التحكم بداخل اللغة، فبدلاً من كتابة عشرات السطور من الأكواد يمكنك بسهولة أن تقوم ببناء ما تريد من هذه الدول إن لم تكن موجودة أساساً، وحتى هذا الجزء يمكنك تجاوزه من خلال استخدام المكتبات الكثيرة الجاهزة الخاصة بالأردوينو.

من مميزات الأردوينو الكبيرة كذلك أنه رخيص للغاية، ويمكن تحمل تكلفته، وهو ما يُعد صفقة رابحة للغاية مقارنة مع ما يمكنك فعله باستخدامها.

ويستخدم الاردوينو في أي مشروع إلكترونيات بدءاً من الروبوتات إلى جميع المشاريع التفاعلية، ويتم ربط الأردوينو بحساسات للتواصل مع العالم المادي ثم تحويل قراءة هذه الحساسات إلى بيانات يقوم بتحليلها وبناءاً على الاكواد التي برمج عليها، وبعدها يقوم بأخذ قرارات مثل تشغيل المحركات أو تشغيل إضاءة أو مصدر صوتي، كما استخدم في الأقمار الصناعية وتحليل البيانات الجينية الخاصة بالبشر وعديد من الاستخدامات الأخرى المعقدة.

الأردوينو كذلك يأتي بالعديد من الأسماء والأشكال، فلوحات التحكم الخاصة به تتنوع في أشكالها ومميزاتها وأحجامها بالشكل الذي يناسب أي استخدام تريد عمله من خلالها و نقدم مثال على بعض لوحات التحكم:

Arduino Uno:

يعد Uno اختيارًا رائعاً لأول Arduino ويحتوي على كل ما تحتاجه للبدء في هذا المجال، يحتوي على 14 مشبك إدخال وإخراج رقمي (6 منها يمكن استخدامها كمخرجات PWM )، و6 مدخلات تناظرية، وفيه أيضاً اتصال USB، مقبس طاقة و زر إعادة الضبط، حيث يحتوي على كل ما هو مطلوب لدعم المتحكم ولا يتطلب سوى توصيله بجهاز كمبيوتر باستخدام الـUSB أو تشغيله ببطارية لبدء التشغيل.

LilyPad Arduino :

LilyPad هي تقنية تم تطويرها بواسطة

وتم تصميمها بشكل تعاوني بواسطة Leah Buechley، التي تمتاز بشكلها الرائع وتزود بوسادات ربط كبيرة وظهر مسطح للسماح بخياطتها مع الملابس عبر الخيوط الموصلة، ولدى LilyPad أيضًا مجموعة خاصة بها من لوحات الإدخال والإخراج وأجهزة الاستشعار التي تم تصميمها أيضا للمنسوجات الإلكترونية وهي قابلة للغسل.

لغات برمجة الذكاء الاصطناعي 

RedBoard:

تم تطوير هذا النوع ويمكن برمجة RedBoard عبر كابل USB Mini-B باستخدام Arduino IDE كما أنه يعمل على نظام التشغيل Windows 8 دون الحاجة إلى تغيير إعدادات الأمان.

ويعد أكثر استقراراً بسبب شريحة USB / FTDI بالإضافة إلى أنه مسطح تمامًا مما يسهل تضمينه في المشاريع ويمكن لمنظم الطاقة على اللوحة التعامل مع جهد يتراوح بين 7 إلى 15 فولت.

Arduino Mega:

يحتوي هذا النوع على عدد كبير من المشابك مما يجعلها مناسبة للمشاريع التي تتطلب مجموعة كبيرة من المدخلات أو المخرجات الرقمية (مثل المشاريع التي تحتوي على الكثير من المصابيح والأزرار).

Arduino Leonardo :

وهو من أوائل الأنواع التي صنعت وتستخدم وهو مدمج مما يجعله رخيص الثمن وبسيط.

وفي النهاية الأردوينو قادر على فعل الكثير من الأشياء بالرغم من كونه جهاز بسيط نسبياً، وله عدد محدود من الأجزاء في لوحة تحكمه، فهو قد استخدم بالفعل في أشياء بالغة التعقيد والدقة وأشياء بسيطة أيضاً فهو يساعد في جميع المجالات العلمية أو حتى الترفيهية.