الرئيسية - السلاسل التعليمية - علوم الحاسب - دليل اختيار لوحات الأردوينو Arduino Boards

دليل اختيار لوحات الأردوينو Arduino Boards

تحظى لوحات الأردوينو باهتمام محبي الإلكترونيات بجميع فئاتهم من المبتدئين إلى المحترفين، حيث تستخدم لبناء أنظمة إلكترونية مبنية على المتحكمات الصغرية وقادرة على التفاعل بسهولة مع البيئة المحيطة، ولكن كيف تختار اللوحة الأنسب من بين أكثر من 50 لوحة قد تشاهدها اليوم؟

يهدف هذا المقال بشكل أساسي ليكون دليل مرجعي للتعرف على لوحات الأردوينو واختيار أنسب لوحة بحسب المشروع المراد تنفيذه. في حال لا يوجد معلومات مسبقة حول الأردوينو، ننصح بقراءة مقالنا التعريفي: تعرف على الأردوينو.

1. حول لوحات الأردوينو

حقق مشروع أردوينو منذ ظهوره عام 2006 وحتى الآن نجاحاً كبيراً وانتشاراً واسعاً في جميع أنحاء العالم، ويعود هذا النجاح إلى عدَّة عوامل، منها البساطة والسهولة في التعامل مع البيئة البرمجية Arduino IDE التي تعمل ضمن معظم أنظمة التشغيل الشهيرة مثل ويندوز Windows ولينوكس Linux وحتى ماكنتوش Mac، كما أنك لست بحاجة إلى تنزيل أي ملفات إضافية لتعريف اللوحات والبدء في برمجتها، لكن العامل الأهم في شهرة هذا المشروع هو تبنّيه لاستراتيجية المصدر المفتوح، فإمكانية الوصول لجميع المخططات والأكواد البرمجية للمشروع شجّعت الاعتماد عليه سواء في النماذج الأولية وحتى في المنتجات النهائية.

يُشارك اليوم الآلاف حول العالم ملايين المشاريع والمكتبات البرمجية المرتكزة على هذا المشروع، وأصبح اليوم هنالك العديد من اللوحات التي يمكن استخدامها لتنفيذ مشاريع مختلفة، وتزايد عدد لوحات الأردوينو مع انتشار تطبيقات إنترنت الأشياء وتزايد عدد الأجهزة والخدمات التي يمكن ربطها والتحكم بها عبر شبكة الإنترنت ومعيار واي فاي.

2. التصنيف الرسمي للوحات الأردوينو

لنفترض الآن أنكم تريدون اختيار أحد لوحات الأردوينو، كيف تقومون بذلك؟ أحد الأمور التي يمكن الاعتماد عليها هي تعقيد المشاريع المطلوب تنفيذها. هذا يعني أنه وفي حال امتلاك المطوّر لمهارات برمجة متقدمة بلغة سي (أو سي بلس بلس) مع معرفة عتادية جيدة في مجال المتحكمات الصغرية Microcontrollers فهذا يعني أنه سيكون بالإمكان التعامل مع عتاد معقد. بنفس الوقت، قد يمتلك المطور مهارات برمجية متقدمة إلا أنه يريد تنفيذ اختبارات سريعة لحساساتٍ معينة، هل هذا يتطلب استخدام عتاد معقد طوال الوقت؟ بالطبع لا. على صعيدٍ آخر، وفي حال لم يكن هنالك معرفة مسبقة بمجال المتحكمات الصغرية وبرمجة العتاد، فإن الأردوينو ستكون خياراً جيداً للبدء وتعلم كيفية برمجة العتاد.

المقصد من الشرح السابق هو أنه يمكن لشخص خبير وشخص مبتدئ استخدام نفس اللوحة، على الرّغم من اختلاف المشاريع التي يريدون تنفيذها أو على اختلاف الغايات المطلوب تحقيقها من هذه اللوحة. بهذا الخصوص، أي بحسب تعقيد المشروع، يوفر الموقع الرسمي لمشروع الأردوينو دليلاً يُساعد على اختيار اللوحات بحسب الوظيفة المراد تنفيذها من اللوحة، وهذا الدليل يُصنف اللوحات إلى 4 أقسام رئيسية:

1.2 المستوى المبتدئ Entrly Level

يضم اللوحات التي تناسب المبتدئين أو التي لا تمتلك قدرات عتادية متقدمة، أي أنها مخصصة لتنفيذ مشاريع غير معقدة وسريعة وذلك لسهولة التعامل معها. من أشهر لوحات هذا التصنيف:

أونو UNOأكثر لوحات أردوينو مبيعاً وأكثرها شهرة، ويوجد آلاف المشاريع التعليمية المعتمدة عليها، لذلك هي مناسبة لمن يريد دخول عالم أردوينو لأول مرة، كما أن معظم لوحات التوسعة shields صممت لتتوافق معها.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
نانو NANOتعتبر النسخة المصغرة من اللوحة UNO حيث تعتمد على نفس المتحكم الصغري وهو Atmega328، كما أنها تشتمل على معظم الطرفيات الأساسية التي قد يحتاجها المطورون في مشاريعهم، ولكنها محدودة من حيث عدد المغارز.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
ليوناردو LEONARDOتستخدم عند الحاجة لوصل لوحة مفاتيح خارجية Keyboard أو فأرة Mouse، لأن المتحكم الرئيسي يتعامل مع منفذ USB بشكل مباشر بخلاف اللوحة UNO التي تتعامل مع منفذ USB من خلال متحكم إضافي.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
مايكرو
Micro
تعتبر النسخة المصغرة من اللوحة LEONARDO، ويمكن استخدامها أيضاً كلوحة مفاتيح أو فأرة.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.

2.2 لوحات المزايا المُحسنة Enhanced Features

وهي لوحات تناسب المشاريع الأكثر تعقيداً والتي تتطلب قدراتٍ عتادية متقدمة، مثل عدد كبير من المغارز الرقمية والطرفيات، أو متحكمات صغرية بسرعات وقدرات معالجة أعلى. أشهر اللوحات ضمن هذا التصنيف هي:

إم كيه آر زيو
MKR ZERO
تستخدم في تطبيقات الزمن الحقيقي، وتتميز باستهلاك منخفض للطاقة، كما أن لها منفذ ذاكرة SD card مما يسمح باستخدامها لتشغيل الملفات الصوتية.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
زيرو
ZERO
تعتبر المرحلة المتقدمة من لوحة UNO بفضل امتلاكها لمتحكمٍ صغريّ بدقة 32-بت من عائلة +ARM Cortex M0، وهي توفر منصة للمشروعات المبتكرة مثل الروبوتات والتكنولوجيا القابلة للارتداء، ويمكن استخدامها كأداة تعليمية رائعة.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
ميجا MEGA2560
تتميز بأكبر عدد مداخل inputs من بين جميع لوحات أردوينو، ويمكن القول أنها 3 لوحات UNO في لوحة واحدة، كما يمكن استخدامها كلوحة تحكم رئيسية لمشروع الطابعة ثلاثية الأبعاد RepRap.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
DUEتماثل لوحة MEGA من حيث الحجم والشكل، ولكنها تعتبر أقوى لوحات أردوينو، فهي تتميز بأفضل الخصائص المتوفرة في لوحات أردوينو من حيث السرعة والذاكرة بفضل اعتمادها على متحكمٍ صغريّ بدقة 32-بت ويعتمد على بنية ARM. تستخدم في المشاريع المتقدمة مثل طائرات بدون طيار drones، أما مشكلتها الوحيدة فهي حجمها الكبير.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
3.2 لوحات إنترنت الأشياء IoT

وهي لوحات مخصَّصة للاستخدام في التطبيقات والمشاريع التي تتضمن اتصالاً بشبكة الإنترنت عبر معيار واي فاي أو التي تتضمن ربطاً مع الحساسات باستخدام معيار بلوتوث ومعيار بلوتوث منخفض استهلاك الطاقة BLE. أشهر لوحات هذا التصنيف:

أونو واي فاي
UNO WIFI
تشبه لوحة UNO مع إضافة إمكانية التواصل عبر WiFi ومعيار بلوتوث منخفض استهلاك الطاقة BLE، كما أنها تحوي حساس تتبع الحركة.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
إم كيه آر 1000
MRK1000
تعتبر لوحة WiFi الرسمية لأردوينو، وذلك لسهولة التعامل معها، كما أنها تضم جميع ميزات اللوحة MKR ZERO.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
MKR WIFI 1010تشبه MKR1000 مع إضافة التواصل عبر Bluetooth.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
NANO 33 IOTتشبه MKR WIFI 1010 ولكن بكلفة أقل.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
MKR_GSM 1400تتميز بإمكانية نقل البيانات عبر شبكة GSM أو 3G بعد اضافة شريحة SIM، وتستخدم في تطبيقات المدن الذكية والعربات المتحركة.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
MKR_VIDOR 4000تتميز بدمج ميزات معالجات ARM مع قدرات FPGA، بالإضافة لجميع الميزات الموجودة في لوحات MKR الأخرى، وتستخدم في مشاريع معالجة إشارات الصوت والفيديو الرقمية.

رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
4.2 اللوحات القديمة – المتقاعدة Retired

تضم هذه الفئة اللوحات القديمة أو التي ظهر لها بديل ولم تعد تستخدم كثيراً، من أشهرها:

إيثرنت
ETHERNET
تماثل لوحة UNO مع إضافة منفذ شبكة RJ45 لنقل البيانات عبر كبل LAN.
101تماثل لوحة UNO مع إضافة شريحة Bluetooth تساعد على وصل اللوحة مع الهاتف الذكي، وحساس تتبع الحركة.
YUNظهرت كبديل لوحة ETHERNET بمعالج اضافي (32 بت) متوافق مع نظام Linux وإمكانية اتصال WiFi.
LILYPAD_MAIN BOARDتتميز بصغر حجمها، وتستخدم في المشاريع القابلة للارتداء.
Pro miniتعتبر أصغر لوحات أردوينو المستطيلة الشكل، ولتحقيق هذا فقد تم إزالة منفذ USB.

3. كيف نختار اللوحة من مواصفاتها

اعتمد التصنيف الرسمي للوحات أردوينو (في الفقرة السابقة) على الوظيفة التي صممت من أجلها اللوحة، ولكن يمكن إجراء المقارنة من وجهة نظر أخرى، وهي مواصفات اللوحة الأساسية التي تميزها عن غيرها، سنعتمد في مقارنتنا على المواصفات التالية:

  • نوع المتحكم الصغري Microcontroller: يعتبر المتحكم بمثابة دماغ اللوحة، وبالتالي فإن مواصفات المتحكم تنعكس بشكل مباشر على مواصفات اللوحة، وأهم هذه المواصفات هي بنية المتحكم الصغريّ نفسه (عائلة AVR، عائلة ARM…)، ذاكرة الفلاش flash memory  حيث يتم تخزين الكود البرمجي للمتحكم، والذاكرة الداخلية SRAM وهي الذاكرة المؤقتة، وذاكرة EEPROM التي لا تمحى مع انقطاع التغذية.
  • تردد ساعة المتحكم Clock Frequency Speed: أي سرعة عمل المتحكم الصغريّ وقدرته على تنفيذ التعليمات، فعندما نقول أن الأردوينو تعمل عند تردد 16 ميجاهرتز، فهذا يعني أن المتحكم الصغري بداخله يستطيع تنفيذ 16 مليون تعليمة في كل ثانية.
  • جهد الدخل Input Voltage: جهد تغذية اللوحة هو المجال الآمن لعمل اللوحة، يتم توصيله الى اللوحة إما عن طريق مغارز Pins أو جاك Jack أو مأخذ JST.
  • جهد العمل للمتحكم System Voltage: الجهد الذي يعمل على أساسه المتحكم، أي أنه الجهد الذي يحدد المستويات المنطقية التي يتواصل بها المتحكم مع أي نظام خارجي ويكون غالبا أصغر من جهد التغذية ويتم الحصول عليه من خلال منظم جهد.
  • مغارز (أقطاب) الدخل والخرج الرقمية Digital I/O: عدد المغارز التي يمكن استخدامها كمداخل ومخارج للإشارات الرقمية، والتي يمكن استخدامها كمنافذ للطرفيات التي يدعمها المتحكم، مثل منفذ الاتصال التسلسليّ UART، منفذ المبدل التماثلي الرقمي ADC، منفذ معيار الاتصال I2C.
  • منافذ الداخل التماثليّ Analog Inputs: عدد أقطاب الدخل التماثلية وتكون ملحقة بالحرف A، وهي تتميز عن الأقطاب الرقمية بقدرتها على قراءة القيم التشابهية عن طريق محول تشابهي رقمي ADC، كما يمكن استخدامها كأقطاب رقمية.
  • منافذ تعديل عرض النبضة PWM: عدد المغارز الرقمية التي يمكن استخدامها من أجل توليد إشارة تعديل عرض النبضة PWM.
  • واجهة التخاطب البرمجية Programming Interface: طريقة ربط اللوحة مع جهاز الحاسب لتحميل الكود، ومن أسهل الطرق وجود منفذ USB يوصل مباشرة الى الحاسب.
  • دعم لوحات التوسعة Shield Support: إمكانية إضافة توسعة Shield إلى اللوحة، والتوسعة لوحة إضافية يتم ربطها مع اللوحة الأساسية لتعطيها ميزات وإمكانيات إضافية، (مثل التوسعة LCD shield تستخدم لعرض المعلومات على شاشة LCD).

هناك بعض الأمور التي قد تلعب دوراً في اختيار اللوحة ولكنها غير متصلة مباشرةً بالقدرات العتادية الخاصة بالمتحكم الصغريّ داخل اللوحة، مثل تواجد ثنائي ضوئي LED مدمج على اللوحة نفسها يمكن استخدامه في المشاريع كوسيلة سهلة للتحقق من صحة الكود، أو تواجد ثنائيات ضوئية أخرى تُساعد على معرفة وجود حالة اتصال تسلسليّ وتبادل بيانات، أو وجود زر خاص لإعادة الإقلاع Reset، أو وجود زر يمكن برمجته من قبل المطوّر في التطبيقات المختلفة.

اقرأوا أيضاً: ما هي المتحكمات الصغرية Microcontroller

أخيراً يجب الانتباه إلى جانب يُغفله الكثيرون أثناء اختيار اللوحة المراد استخدامها في المشاريع المختلفة، وهو أبعاد اللوحة والمساحة التي قد تشغلها. هذا الأمر هام في حال كان هنالك حاجة لتضمين اللوحة ضمن صندوق أو دمجها مع عتادٍ آخر (شاشة كريستال سائل، ليدات، مقاومة متغيرة لضبط قيم معينة…الخ). تظهر الصورة التالية دليلاً بسيطاً يُظهر أشهر لوحات الأردوينو والفرق بين أحجامها:

لوحات الأردوينو المختلفة والفرق في أبعادها

4. جدول مواصفات لوحات الأردوينو

يبين الجدول التالي مقارنة بين أهم لوحات أردوينو حسب المواصفات التي ذكرناها سابقا:

BoardControllerClock speedInput voltageSystem voltageDigital I/OAnalog inputsPWMUARTProgramming interfaceShield support
UNOATmega32816MHz7-12V5V14661USB via ATMega16very good
NANOATmega32816MHz5V5V14861Mini usbno
LEONARDOATmega3216MHz7-12V5V201271USB nativepoor
MICROATmega3216MHz7-9V5V201270USB nativeno
MKR ZEROSAMD21-M048MHz5V3.3V227121USB nativeno
ZEROSAMD21G1848MHz3.3V3.3V206120USB nativegood
MEGA 2560ATmega256016MHz7-12V5V5416144USB via ATMega16good
DUEATSAM3X8E84MHz7-12V3.3V5412124USB nativepoor
UNO WIFIATMEGA480916MHz7-12V5V14651USB via ATMega32good
MKR 1000SAMD21-M048MHz5V3.3V87121USB nativeno
MKR WIFI 1010SAMD21-M048MHz5V3.3V87131USB nativeno
NANO 33 IoTSAMD21-M048MHz21V3.3V148111USB nativeno
MKR GSM 1400SAMD21-M048MHz5V3.3V87131USB nativeno
MKR VIDOR 400SAMD21-M048MHz5V3.3V87131USB nativeno
ETHERNETATmega32816MHz7-12V5V14640FTDIgood
101Intel Curie32MHz7-12V3.3V14640USBgood
YUNATmega3216MHz5V5V201271USB nativegood
LILYPAD_MAIN BOARDATmega3288MHz2.7-5V2.7-5V14660FTDIno
PRO MINIATmega3288MHz3.3-12V3.3V14661FTDIno

5. خلاصة

لا بد في النهاية من التنويه إلى أن اللوحات التي ذكرناها في هذا الدليل ليس الوحيدة، بل يوجد العشرات غيرها، كما يوجد العديد من الشركات المصنعة التي تنتج لوحات مشابهة لأردوينو وحتى لوحات متوافقة ومكملة لها، لكننا حاولنا عرض أهم اللوحات وأكثرها استخداما بالشكل الذي يرشد القارئ للطريقة الصحيحة في اختيار اللوحة الأنسب.

عن Molham Sabbagh

Avatar

تعليق واحد

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

x

‎قد يُعجبك أيضاً

تعرفوا على باي بيكو: أول لوحة متحكم صغري من راسبيري باي وبكلفة 4 دولار

كشفت منظمة راسبيري باي عن لوحتها التطويرية الجديدة باي بيكو Pi Pico التي تمثل أول لوحة تطويرية مبنية على متحكمٍ صغريّ Microcontroller بقدراتٍ متقدمة ومنافسة وبسعرٍ لا يتجاوز 4 دولار أميركي