آموزش طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌ها با آردوینو

دوره آموزش آردوینو، از مجموعه دوره‌های آموزش برنامه نویسی و آموزش مهندسی برق مکتب خونه یکی از بهترین و حرفه‌ای‌ترین دوره‌هایی است که برای آردوینو تدوین و ارائه‌شده است. آردوینو از سخت‌افزار و نرم‌افزار تشکیل‌شده است. برد آردوینو یک برد مدار چاپی (PCB) است که برای استفاده از تراشه میکروکنترلر و همچنین ورودی و خروجی‌های دیگر طراحی‌شده است. برد دارای بسیاری از قطعات الکترونیکی دیگر بوده که برای عملکرد میکروکنترلر یا گسترش قابلیت‌های آن موردنیاز است.

میکروکنترلر یک کامپیوتر کوچک است که در یک مدار مجتمع یا یک تراشه کامپیوتری قرار دارد. میکروکنترلرها روشی عالی برای برنامه‌ریزی و کنترل الکترونیک هستند. بردهای میکروکنترلر دارای یک تراشه میکروکنترلر و سایر کانکتورها و اجزای مفید هستند که به کاربر اجازه می‌دهد ورودی‌ها و خروجی‌ها را متصل کند. برخی از نمونه‌های دستگاه‌های دارای برد میکروکنترلر عبارت‌اند از:

• برد سیم‌کشی
• PIC
• Basic Stamp

قبل از اینکه به معرفی دوره آموزش آردوینو بپردازیم ابتدا اجازه دهید که با آردوینو و جنبه‌های مختلف آن آشنا شویم و سپس این دوره آموزش عالی را به شما معرفی کنیم.

آردوینو چیست؟

آردوینو arduino یک پلتفرم نمونه اولیه (متن‌باز) است که بر اساس سخت‌افزار و نرم‌افزار با استفاده ماژول ‌های مختلفی کار می‌کند و استفاده از آن آسان است. این پلتفرم شامل یک برد مدار است که می‌توان آن را برنامه‌ریزی کرد (به‌عنوان یک میکروکنترلر) و یک نرم‌افزار آماده به نام Arduino IDE (محیط برنامه‌نویسی یا محیط توسعه یکپارچه) دارد که برای نوشتن و آپلود کد کامپیوتر روی برد فیزیکی استفاده می‌شود. آردوینو یک فرم فاکتور استاندارد ارائه می‌دهد که عملکرد میکروکنترلر را به یک بسته در دسترس تر تبدیل می‌کند.

شما کدی را در نرم‌افزار آردوینو می‌نویسید تا به میکروکنترلر بگوید چه‌کاری باید انجام دهد. به‌عنوان‌مثال، با نوشتن یک خط کد، می‌توانید به یک دیود ساطع کننده نور (LED) بگویید که چشمک بزند و روشن و خاموش شود. اگر یک دکمه‌فشاری وصل کنید و یک خط کد دیگر اضافه کنید، می‌توانید به LED بگویید که فقط وقتی دکمه را فشار دهید روشن شود. در مرحله بعد، ممکن است بخواهید به LED بگویید که فقط زمانی چشمک بزند که دکمه‌فشاری پایین فشار داده شده است. به‌این‌ترتیب می‌توانید به‌سرعت رفتاری برای سیستمی ایجاد کنید که دستیابی به آن بدون میکروکنترلر دشوار است.

مشابه کامپیوتری معمولی، آردوینو می‌تواند عملکردهای زیادی را انجام دهد، اما به‌تنهایی کاربرد زیادی ندارد. برای مفید بودن به ورودی یا خروجی نیاز دارد. این ورودی‌ها و خروجی‌ها به یک کامپیوتر و یک آردوینو اجازه می‌دهند اشیاء موجود در اطراف را حس کنند.

از رقبای سرسخت آردوینو که ما آن را به‌عنوان یک کامپیوتر تک برد می‌شناسیم می‌توان به رزبری پای اشاره کرد که این کامپیوتر نیز کاربردهای فراوانی در دنیای الکترونیک دارد. در دوره آموزش آردوینو ما قرار است که با جنبه‌های مختلف آردوینو و نحوه کار با آن آشنا شویم و بتوانیم به‌صورت عملی و پروژه محور از آن استفاده کنیم.

ویژگی‌های کلیدی آردوینو

• بردهای آردوینو قادر به خواندن سیگنال‌های ورودی آنالوگ یا دیجیتال از سنسورهای مختلف و تبدیل آن به خروجی مانند فعال کردن موتور، روشن/خاموش کردن LED، اتصال به ابر و راه‌اندازی ماژول‌ها و انجام بسیاری اقدامات دیگر هستند.
• شما می‌توانید عملکرد برد خود را با ارسال مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها به میکروکنترلر روی برد از طریق Arduino IDE (به‌عنوان نرم‌افزار آپلود) کنترل کنید.
• برخلاف اکثر بردهای مدار قابل‌برنامه‌ریزی قبلی، آردوینو برای بارگذاری یک کد جدید بر روی برد، نیازی به سخت‌افزار اضافی ندارد. به‌سادگی می‌توانید از کابل USB استفاده کنید.
• علاوه بر این، Arduino IDE از یک نسخه ساده‌شده C++‎ استفاده می‌کند که یادگیری برنامه‌نویسی آردوینو را آسان‌تر می‌کند.
• درنهایت، آردوینو یک فرم فاکتور استاندارد ارائه می‌کند که عملکردهای میکروکنترلر را به بسته‌ای در دسترس تر تبدیل می‌کند.

در دوره آموزش آردوینو مکتب خونه ما با ویژگی‌های مهم‌تر و کاربردی تر این پلت فرم آشنا خواهیم شد.

نمونه برنامه‌ها و پروژه‌های آردوینو

آردوینو کاربردهای بسیار زیادی در صنایع مختلف دارد و هم‌اکنون به‌گونه‌ای پیشرفت کرده است که تقریباً می‌توان گفت در هر صنعت و جنبه مختلفی از زندگی کاربرد دارد. نمونه برنامه‌های بارز استفاده از آردوینو عبارت‌اند از:

• دماسنج‌های سخنگو و الکترونیکی برای اندازه‌گیری دما و رطوبت
• طراحی و پیاده‌ سازی سیستم ایستگاه هواشناسی بلوتوثی
• طراحی و پیاده‌سازی سیستم هوشمند تهویه هوا
• پروژه کنترل وسایل برقی با تماس صوتی DTMF ماژول سیم‌کارت یا مادون‌قرمز و بلوتوث
• پروژه ترموستات دیجیتال آنلاین کنترل توسط اینترنت سیم‌کارت
• طراحی و پیاده‌سازی سیستم هشدار اعلام حریق با سنسور
• پروژه ساخت دستگاه فاصله‌سنج سخنگو
• پروژه کنترل موتور با پردازش تصویر OpenCV
• طراحی و پیاده‌سازی سیستم رأی‌گیری با برد آردوینو Arduino و نمایشگر
• و هزاران کاربرد و پروژه دیگر

اجزای آردوینو

آردوینو به‌صورت کلی از سه جزء اصلی و مهم تشکیل‌شده است که این سه اجزا عبارت‌اند از:

• سخت‌افزار آردوینو
• نرم‌افزار آردوینو
• کد آردوینو

پیاده‌سازی سیستم‌های الکترونیکی با استفاده از آردوینو بسیار آسان است و هم‌اکنون در جامعه پروژه‌های آردوینو بسیار زیاد و پرکاربردی راه اندازی شده‌اند و به‌نوعی بسیاری از جنبه‌های گوناگون صنایع مختلف به آردوینو وابسته است.

سخت‌افزار آردوینو

بخش سخت‌افزاری آردوینو، برد مدار قابل‌برنامه‌ریزی آن است. ممکن است در کار خود با بردهای آردوینو مختلفی برخورد کرده باشید، اما پرکاربردترین برد آردوینو، آردوینو UNO است. همه بردهای آردوینو دارای یک میکروکنترلر معروف به کامپیوتر کوچک هستند که قلب آردوینو است.

بنابراین، هنگام یادگیری در مورد آردوینو، یادگیری در مورد میکروکنترلرها و نحوه استفاده از آن‌ها ضروری است. میکروکنترلر آردوینو وظیفه خواندن ورودی‌های مختلف و کنترل خروجی‌ها را بر عهده دارد. در دوره آموزش با سخت‌افزار این پلت فرم به‌خوبی آشنا خواهیم شد.

نرم‌افزار آردوینو

نرم‌افزار آردوینو، Arduino IDE نام دارد. می‌توانید نرم‌افزار را بر روی کامپیوتر خود دانلود کرده و بردهای آردوینو را برای انجام وظایف مختلف برنامه‌ریزی کنید. IDE شبیه ویرایشگر متن است که در آن دستورالعمل‌هایی را برای برد آردوینو می‌نویسید. در دوره آردوینو، آموزش نرم‌افزار آردوینو و نحوه استفاده از آن را خواهید آموخت.

کد آردوینو

جدا از سخت‌افزار و نرم‌افزار، سومین جنبه مهم آردوینو، کد آن است که به‌عنوان طرح نیز شناخته می‌شود. می‌توانید کد را در Arduino IDE بنویسید و آن را روی برد بارگذاری کنید.

شاید بپرسید که آردوینو از چه زبانی برای نوشتن کد استفاده می‌کند. آردوینو زبان مادری خود را مشابه C++‎ دارد که به آن زبان برنامه‌نویسی آردوینو می‌گویند. هر برنامه ای که با استفاده از زبان برنامه‌نویسی آردوینو توسعه داده شود، sketch نامیده می‌شود و در یک فایل با پسوند ino. ذخیره می‌شود. برای نوشتن دستورالعمل برای بردهای آردوینو، باید درک اولیه از زبان‌های برنامه‌نویسی C و C++‎ داشته باشید. سخت‌افزار، نرم‌افزار و کد باهم آردوینو را تشکیل می‌دهند.

تمام نیازهای شما برای یادگیری این پلت فرم در دوره آموزش آردوینو مکتب خونه فراهم است و شما نگرانی بابت این موضوع نخواهید داست.

چرا باید از آردوینو استفاده کرد؟

امروزه بسیاری از افراد از آردوینو استفاده می‌کنند. استفاده و برنامه‌نویسی آن آسان است، بنابراین در بین کاربران مبتدی و پیشرفته محبوب‌تر می‌شود. می‌توانید آردوینو را به چندین پلتفرم مانند مک، ویندوز و لینوکس متصل کنید. علاوه بر این، می‌توانید از آن برای ایجاد ابزارهای علمی کم‌هزینه استفاده کنید.

آردوینو این فرصت را برای شما فراهم می‌کند تا با میکروکنترلرها بازی کنید. در زیر چند دلیل مهم برای استفاده از آردوینو آورده شده است.

• ارزان: بردهای آردوینو مقرون‌به‌صرفه هستند. اگر می‌دانید، حتی می‌توانید آردوینو را با دست مونتاژ کنید یا از ماژول‌های آردوینو از پیش مونتاژ شده که قیمت کمی دارند استفاده کنید.
• کراس پلتفرم: می‌توانید برد آردوینو خود را روی هر پلتفرمی مانند سیستم‌عامل‌های ویندوز، مک و لینوکس وصل کنید. در دوره آموزش آردوینو نحوه اتصال آن را یاد خواهید گرفت.
• محیط برنامه‌نویسی ساده: IDE نرم‌افزار آردوینو ساده و آسان برای یادگیری است، زیرا با یک نسخه ساده از C++ ارائه می‌شود.

محدودیت‌های آردوینو

باوجود دلایل مختلف برای استفاده از آردوینو، قبل از کار با آردوینو باید محدودیت‌های آن را درک کنید.

• حافظه: آردوینو حافظه کافی برای ذخیره برنامه‌ها و متغیرها ندارد. همچنین نمی‌توانید حافظه جانبی را به آن اضافه کنید. ATmega32 و ATmega128 را می‌توان برای حافظه خارجی استفاده کرد، اما نمی‌توانید از عملکردهای I/O برای آن پین‌ها استفاده کنید.
• بردهای آردوینو به دلیل مفروضات طراحی اولیه خود نمی‌توانند حافظه خارجی را در خود جای دهند. مهم است که به یاد داشته باشید که آردوینو یک کامپیوتر تک برد ارزان‌قیمت مبتنی بر اینتل است و برای جایگزینی یک سیستم کامپیوتری کامل با سیستم موردنیاز بالا طراحی نشده است.
• سرعت: نرخ کلاک CPU آردوینو بین 8 تا 20 مگاهرتز است که نسبت به اکثر پلتفرم‌ها بسیار کندتر است. شما می‌توانید چندین دستورالعمل را در هر چرخه ساعت اجرا کنید و این تعداد زیادی از فعالیت‌های CPU موجود است که باید بین هر پالس انجام شود.
• برق: هنگام کار با سخت‌افزار آردوینو، باید پارامترهای ولتاژ را در نظر بگیرید زیرا برخی از دستگاه‌ها دارای 3.3 ولت ورودی/خروجی هستند درحالی‌که برخی دیگر 5 ولت تحمل دارند. اگر منطق ترانزیستور-ترانزیستور 5 ولت را به یک دستگاه 3.3 ولت متصل کنید، روی سخت‌افزار تأثیر می‌گذارد و می‌تواند به آردوینو شما آسیب برساند.

کاربردهای آردوینو

آردوینو کاربرهای زیادی در دنیای امروزه دارد و ازاین‌رو تقاضا برای یک دوره آموزش آردوینو جامع به‌شدت نیاز است. در زیر برخی از کاربردهای معمولی آردوینو آورده شده است:

• رباتیک: آردوینو برای هر دو پروژه رباتیک سطح ابتدایی و متوسط ​​مناسب است. حتی با منابع محدودی که در دست دارید، می‌توانید دستورات اولیه را برای ایجاد عملکرد ربات به آن بدهید. برخی از نمونه‌های معروف ربات‌هایی که با استفاده از آردوینو توسعه‌یافته‌اند، ربات دیواری K’Nex و بازوی ربات SCARA هستند.
• صدا: از Hi-Fi گرفته تا هدفون، همه‌چیز به کیفیت صدا بستگی دارد. متأسفانه، آردوینوها برای صدا مناسب نیستند، اما می‌توانید از آن‌ها برای افزودن یک عنصر صوتی به پروژه‌های خود استفاده کنید.
• ابزارها: با استفاده از آردوینو می‌توانید دستگاه‌هایی مانند چاپگرهای سه‌بعدی، ماشین‌های CNC، اچرهای لیزری و غیره را طراحی کنید.
• شبکه‌سازی: اکثر آردوینوها قابلیت‌های شبکه داخلی را ارائه می‌دهند که معمولاً به شکل پورت اترنت هستند. شما می‌توانید از این امکانات در پروژه‌های مختلف مانند اینترنت اشیا و پروژه‌های ثبت اطلاعات استفاده کنید.
• GPS: می‌توانید از آردوینو برای ردیابی دستگاه‌ها و وسایل نقلیه و ایجاد یکی از چشمگیرترین برنامه‌های کاربردی GPS استفاده کنید.

دوره آموزش آردوینو

دورە آموزش آردوینو مکتب خونه یکی از بهترین و حرفه‌ای‌ترین دوره‌های آموزش آردوینو در سطح وب فارسی است که توسط اساتید مجرب و حرفه‌ای تهیه و تدوین‌شده است. این دوره در 44 ساعت محتوای آموزشی قابل‌ارائه است و به‌صورت پروژه محور شمارا با این پلت فرم و نحوه کار با آن آشنا می‌کند.

آشنایی با آردوینو اولین قدم شما در توسعه برنامه‌های کاربردی جدید خلاقانه و پروژه‌های الکترونیکی است. این دوره محتوای کاملی از اصول اولیه آردوینو است. چه یک طراح مدار مبتدی یا باتجربه باشید، آردوینو را انتخاب کنید تا با این برنامه با نصب آسان، برنامه‌های منحصربه‌فرد ایجاد کنید. می‌توانید Arduino IDE را برای کد نویسی دانلود کرده و شروع به کار بر روی نسخه‌های آردوینو خود کنید، زیرا به‌صورت رایگان در دسترس است و منبع باز است.

اگر به‌اندازه کافی مشتاق ایجاد برنامه‌های کاربردی جدید و ارزشمند هستید، پس دوره آموزش آردوینو بهترین انتخاب برای شما است. همچنین در مکتب خونه انواع دوره آموزش برنامه نویسی، آموزش C++‎، آموزش سخت افزار و آموزش شبکه به عنوان مکمل و پیش نیاز این دوره موجود است.