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.

• اقرأوا أيضاً: تعرفوا على مفهوم اللوحات التطويرية Development Boards

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 UNO		أكثر 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 NANO		تعتبر 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 LEONARDO		تستخدم 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.

• اقرأوا أيضاً: سلسلة تعلم الأردوينو – مدخل إلى برمجة الأردوينو

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:

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 1010		تشبه MKR1000 مع إضافة التواصل عبر Bluetooth. رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
NANO 33 IOT		تشبه MKR WIFI 1010 ولكن بكلفة أقل. رابط المواصفات الكاملة على موقع أردوينو: اضغط هنا.
MKR_GSM 1400		تتميز 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 4000		تتميز 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.
101		تماثل لوحة UNO مع إضافة شريحة Bluetooth تساعد على وصل اللوحة مع الهاتف الذكي، وحساس تتبع الحركة.
YUN		ظهرت كبديل لوحة ETHERNET بمعالج اضافي (32 بت) متوافق مع نظام Linux وإمكانية اتصال WiFi.
LILYPAD_MAIN BOARD		تتميز بصغر حجمها، وتستخدم في المشاريع القابلة للارتداء.
Pro mini		تعتبر 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:

4. جدول مواصفات لوحات الأردوينو

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

Board	Controller	Clock speed	Input voltage	System voltage	Digital I/O	Analog inputs	PWM	UART	Programming interface	Shield support
UNO	ATmega328	16MHz	7-12V	5V	14	6	6	1	USB via ATMega16	very good
NANO	ATmega328	16MHz	5V	5V	14	8	6	1	Mini usb	no
LEONARDO	ATmega32	16MHz	7-12V	5V	20	12	7	1	USB native	poor
MICRO	ATmega32	16MHz	7-9V	5V	20	12	7	0	USB native	no
MKR ZERO	SAMD21-M0	48MHz	5V	3.3V	22	7	12	1	USB native	no
ZERO	SAMD21G18	48MHz	3.3V	3.3V	20	6	12	0	USB native	good
MEGA 2560	ATmega2560	16MHz	7-12V	5V	54	16	14	4	USB via ATMega16	good
DUE	ATSAM3X8E	84MHz	7-12V	3.3V	54	12	12	4	USB native	poor
UNO WIFI	ATMEGA4809	16MHz	7-12V	5V	14	6	5	1	USB via ATMega32	good
MKR 1000	SAMD21-M0	48MHz	5V	3.3V	8	7	12	1	USB native	no
MKR WIFI 1010	SAMD21-M0	48MHz	5V	3.3V	8	7	13	1	USB native	no
NANO 33 IoT	SAMD21-M0	48MHz	21V	3.3V	14	8	11	1	USB native	no
MKR GSM 1400	SAMD21-M0	48MHz	5V	3.3V	8	7	13	1	USB native	no
MKR VIDOR 400	SAMD21-M0	48MHz	5V	3.3V	8	7	13	1	USB native	no
ETHERNET	ATmega328	16MHz	7-12V	5V	14	6	4	0	FTDI	good
101	Intel Curie	32MHz	7-12V	3.3V	14	6	4	0	USB	good
YUN	ATmega32	16MHz	5V	5V	20	12	7	1	USB native	good
LILYPAD_MAIN BOARD	ATmega328	8MHz	2.7-5V	2.7-5V	14	6	6	0	FTDI	no
PRO MINI	ATmega328	8MHz	3.3-12V	3.3V	14	6	6	1	FTDI	no

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.