انواع بردهای آردوینو و اجزای سخت افزاری آن

آردوینو یک پلتفرم الکترونیک سخت افزاری و نرم افزاری منبع باز است. با توجه به این مزیت این پلتفرم، نرم‌افزار و طرح سخت‌افزار آن به صورت آزاد در اختیار تمام افراد قرار گرفته و افراد می‌توانند به وسیله آن پروژه‌های الکترونیکی خود را به سادگی انجام دهند. با ارسال مجموعه ای از دستورالعمل ها به میکروکنترلر روی برد می توانید به برد خود بگویید چه کاری انجام دهد. برای انجام این کار از زبان برنامه نویسی آردوینو و نرم افزار آردوینو (IDE) مبتنی بر پردازش استفاده می کنید. به لطف تجربه کاربری ساده و در دسترس، آردوینو در هزاران پروژه و برنامه مختلف استفاده شده است. آردوینو می تواند بر روی مک، ویندوز و لینوکس اجرا شود.

کاربردهای آردوینو

  • اینترنت اشیا
  • انواع حسگرهای مختلف(حسگرهای نور، درجه حرارت، درجه انعطاف پذیری، فشار، شتاب، اندازه گیری میزان مونواکسید کربن، میزان رادیواکتیو، رطوبت)
  • تایمر چراغ های راهنمایی و رانندگی
  • پیشخوان‌های بانکی
  • ثبت ورود و خروج اشخاص و صدور قبض پارکینگ
  • بردهای الکترونیکی در تجهیزات پزشکی
  • در دستگاه‌های تهویه هوا برای خواندن میزان آلاینده ها، دما ، رطوبت و کنترل فن
  • سیستم‌های امنیتی
  • رباتیک و ساخت فناوری های نو
  • مانیتورینگ گلخانه ها و باغ های هوشمندی
  • در ساخت پرینترهای سه بعدی
  • مانیتورینگ صنایع با اتصال به وب سرورها

مزایای آردوینو

آردوینو ابزاری کلیدی برای یادگیری چیزهای جدید است. همچنین فرآیند کار با میکروکنترلرها را ساده می کند. 

– بردهای آردوینو در مقایسه با سایر پلتفرم های میکروکنترلر نسبتاً ارزان هستند.

– نرم افزار آردوینو (IDE) روی سیستم عامل های ویندوز، مکینتاش OSX و لینوکس اجرا می شود. اکثر سیستم های میکروکنترلر به ویندوز محدود می شوند.  

– مزیتی که به واسطه رایگان بودن پلتفرم آردوینو به وجود آمده‌است این است که معمولاً هر کسی در هر کجای جهان یک مدار مکمل به نام شیلد(Shield)، برای انجام یک کار خاص در آردوینو طراحی می‌ کند و معمولاً کتابخانه‌ای برای این شیلد می‌نویسد و اغلب اوقات این کتابخانه‌ها به صورت رایگان با سایر افراد به اشتراک گذاشته می‌شود.

ویژگی های کلیدی نرم‌افزار آردوینو

  • ساده کردن نحوه ی کار با میکروکنترلرها
  • سازگاری با ویندوز ، مک و لینوکس
  • رایگان و منبع باز بودن
  • مناسب برای محققین و دانشجویان رشته های الکترونیک، رباتیک و هوش مصنوعی
  • داشتن کتابخانه های متنوع و گسترده
  • کدنویسی ساده به زبان برنامه نویسی سطح بالا
  • محیط برنامه نویسی ساده و واضح برای مبتدیان

انواع مختلف آردوینو وکاربرد آنها

انواع بسیار مختلفی برد آردوینو وجود دارد که هر کدام توانمندی خاص خود را دارد و برای کاربرد خاصی طراحی و ساخته شده است. در ادامه چند مدل رایج این برد را معرفی خواهیم کرد:

برد آردوینو UNO

برد آردوینو UNO اولین و پرکاربردترین مدل از بردهای آردوینو است و اغلب برای افراد تازه کار توصیه می شود.این مدل در میان آردوینوها سازگارترین است. پردازنده مرکزی UNO میکروکنترلر ATmega328 با سرعت پردازش ۱۶MHz دارای ۳۲KB حافظه فلش و ۲KB حافظه SRAM می‌باشد. این برد ١۴ پین دیجیتال که ۶ مورد آن قابلیت PWM دارند، ۶ ورودی آنالوگ و پین‌های مجزا برای ارتباط از طریق پروتکل I2C و UART و هدرهای ICSP را در اختیار می‌گذارد. بردهای آردوینو UNO قابلیت تغذیه هم از طریق USB و هم از طریق فیش تغذیه را دارند. تقریبا تمام کتابخانه‌های موجود آردوینو Arduino و شیلدها ، سازگاری کامل با آردوینو UNO دارند. بردهای آردوینو UNO در دو نوع معمولی و SMD موجود هستند که تنها تفاوت آنها در میکروکنترلر از نوع DIP یا SMD به کار رفته در آنها است. مزیت نوع DIP این بردها این است که به راحتی می‌توان میکروکنترلر این بردها را از آن جدا نمود و تعویض کرد. شروع کار با این برد بسیار آسان است و برای شروع تنها با یک کابل USB، به سـادگی برد را به کامپیوترتان متصـل کنید و یـا آن را با یـک آداپـتور AC-To-DC و یا باتری راه اندازی نمایید.

برد آردوینو Mega

دومین برد پرکاربرد از خانواده آردوینو برد آردوینو مگا است. این برد دارای حافظه و تعداد پین‌های بیشتری نسبت به برد ONU است. در این برد از میکروکنترلر قدرتمند atmega2560 استفاده شده و دارای فرکانس ۱۶MHz ، ۲۵۶KB حافظه فلش و ۸KB حافظه SRAM است. در مجموع ۵۴ پایه ورودی و خروجی دیجیتال دارد که ١۵ مورد آن قابلیت PWM داشته و ١۶ پین ورودی آنالوگ دارد. این برد با داشتن ۲۵۶ کیلوبایت حافظه میتواند برنامه های پیچیده و حجم بالا را به راحتی اجرا کند و می تواند گزینه مناسبی برای طراحان حرفه ای باشد.

برد آردوینو Due

برد آردوینو Due اولین برد آردوینویی بر پایه SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU از شرکت Atmel با سرعت ۸۴MHz و دارای ۵۱۲KB حافظه فلش و ۹۶KB حافظه SRAM می‌باشد. بر روی برد Due ۵۴ پین دیجیتال وجود دارد که ١٢ مورد آن توانایی پیاده‌سازی PWM را دارد. ١٢ ورودی آنالوگ، ۴ رابط ارتباطی UART، ٢ رابط I2C، هدر مخصوص ارتباط SPI، ٢ مبدل آنالوگ به دیجیتال و درگاه ارتباطی OTG است. Due با ولتاژ ۳.۳v کار می‌کند و اتصال پین‌های آن به ولتاژی بیش از این می‌تواند باعث خرابی Due شود. دارای رابط native USB است و یک دکمه ریست و یک دکمه پاک کردن دارد. این برد یکی از قدرتمندترین مدلهای برد آردوینو است و در صورتی که نیاز به قدرت پردازش بالاتر، حافظه و تعداد پین بیشتری برای پروژه خود دارد، این مدل گزینه مناسبی است خواهد بود.

برد آردوینو MKR Vidor 4000

یکی دیگر مدلهای برد اردوینو MKR Vidor 4000 است. این برد برای زمانی مناسب است که در پروژه خود نیاز به پردازش موازی اطلاعات داشته باشید. بر روی برد Vidor یک پردازنده FPGA از نوع Intel Cyclone 10CL016 با سرعت ۴۸MHz به همراه ۲MB حافظه فلش و ۸MB حافظه SDRAM و یک پردازنده ARM از نوع Cortex-M0+ با سرعت کلاک ۴۸MHz، ۲۵۶KB حافظه فلش و ۳۲KB حافظه SRAM قرار گرفته است. این برد دارای ماژول وای فای و بلوتوث، Mini HDMI، Mini PCI Express، قابلیت ارتباط تا ۷ ماژول از طریق UART، رابط SPI و I2C ،٢٢ رابط دیجیتال که همگی قابلیت PWM دارند، ٧ ورودی و ١ خروجی آنالوگ و درگاه اتصال با باطری Li-Po برای این برد در نظر گرفته شده است. این دارای جریان کاری۷ میلی آمپر نیز می باشد. این برد در صنعت، اتوماسیون منزل ، اینترنت اشیا، پردازش تصویر، ارتباطات راه دور کاربرد زیادی دارد. این برد قیمت تقریبا بالایی دارد و به همین دلیل طرفداران کمتری نیز دارد.

برد آردوینو LilyPad

از برد اردوینو LilyPad در لباس های هوشمند یا تزئینی استفاده می شود. این آردوینو به منظور دوخته ‌شدن به محصول طراحی شده است و با استفاده از نخ رسانا می‌توان آن را به سایر اجزای قابل دوخت متصل کرد و به همین دلیل قابل شستشو نیز می باشد. از نظر ظاهری برد به رنگ بنفش و دایره ای شکل است و پایه های GPIO دور تا دور برد آردوینو را تشکیل داده است. این بردها برای پروژه‌هایی که ترکیب الکترونیک با نساجی و پارچه است مناسب می‌باشد. این برد شامل تراشه اصلی Atmega328P , Atmega168 ، ۱۴ پایه دیجیتال I/O و ۶ پایه آنالوگ و ۶ پایه PWM است. دارای ۳۲KB حافظه فلش و ۲KB حافظه SRAM بوده و قادر است برنامه‌ها را با سرعت ۸MHz اجرا کند. ولتاژ کاری برد آردوینو لیلی پد ۲ تا ۵ ولت بوده و از باتری های لیتیومی ۳٫۷ ولت تا ۵۰۰ آمپر برای تغذیه می‌توان استفاده کرد. جریان عبوری از هر پایه I/O برابر با ۴۰ میلی آمپر است. همچنین از دو پایه GND و VCC که بر روی پین هدرها مشخص شده است برای تامین تغذیه برد آردوینو نیز می‌توان استفاده کرد.

برد آردوینو Nano

آردوینو نانو یک برد میکروکنترلر کوچک ، سازگار و انعطاف پذیر است که توسط Arduino.cc در ایتالیا ساخته شده است. آردوینو Nanoشباهت بسیار زیادی به UNO دارد و تقریبا می توان گفت نمونه کوچک این برد است. در این برد نیز از میکروکنترلر: ATmega168 یا ATmega328استفاده شده است. این برد نیز دارای پردازشگر ۱۶MHz با ۳۲KB حافظه فلش و ۲KB حافظه SRAM است. دارای ٨ پین ورودی آنالوگ و همچنین ١۴ پین دیجیتال دارد که ۶ تای آن قابلیت PWM دارد. Nano از رابط‌های UART، SPI و I2C پشتیبانی می‌کند. برد Nano دارای جک DC برق است و یک پورت مینی USB است و جریان DC در هر پین ورودی/خروجی این برد ۴۰ میلی آمپر است.

برد آردوینو ProMini

در برد آردوینو پرو مینی همانند UNO از میکروکنترلر ATmega328 با فرکانس ۱۶MHz ،حافظه فلش ۳۲KB و حافظه SRAM به مقدار ۲KB استفاده می‌کند و تنها تفاوت این برد در شکل فیزیکی آن می باشد. این برد دارای ١۴ پین دیجیتال است که ۶ تای آن می‌تواند برای PWM استفاده شود. ۶ پین ورودی آنالوگ و توانایی برقراری ارتباط UART، SPI و I2C از طریق پایه‌های دیجیتال از دیگر قابلیت‌های ProMini است. در این برد به علت حذف پورت USB برای آپلود کد، نیاز به کابل و مبدل های USB به سریال می باشد.می توان با استفاده از یک مبدل FTDI عمل پروگرام را انجام داد. از این برد به دلیل سایز کوچک می توان در ربات های پرنده و یا هواپیماهای مدل که وزن و اندازه اجزای آن بسیار حائز اهمیت است استفاده کرد. برای ارتباط کامپیوتر با این برد ابتدا بایستی یک پین هدر به آن لحیم کنید و سپس با یک رابط FTDI و یا با کمک یک برد ثانویه مانند UNO آنرا به رایانه متصل کنید جریان DC در هر پین ورودی/خروجی در این برد۴۰ میلی آمپر است. برد آردوینو پرو مینی با اندازه کوچک، قابلیت‌های بالا و پشتیبانی از کتابخانه‌های گسترده‌ای که برای آن طراحی شده‌اند، یکی از بهترین گزینه‌ها برای پروژه‌های الکترونیکی حرفه‌ای و تخصصی است.

برد آردوینو Attiny85

این برد کوچکترین برد آردوینواز نظر ابعاد با کم‌ترین میزان مصرف انرژی در بین مدل های مختلف آردوینو است. در این برد یک میکروکنترلر با فرکانس ۱MHz به همراه ۸KB حافظه فلش و ۵۱۲B حافظه SRAM می‌باشد. همچنین دارای ۶ پایه دیجیتال می باشد که ۴ مورد آن قابلیت استفاده به عنوان ورودی آنالوگ و ٢ مورد دیگر قابلیت PWM دارند. قابلیت ایجاد ارتباط UART، SPI و I2C نیز با استفاده از همان پایه های دیجیتال وجود دارد. این برد دارای ولتاژ کاری ۲.۷ الی ۵.۵ ولت است.

برد آردوینو YUN

برد آردوینو مدل YUN یک میکروکنترلر بر اساس تراشه ATmega32u4 و یک چیپ Linux Atheros AR9331 است. افزودن پردازنده Atheros AR9331 این قابلیت را به برد می دهد تا علاوه بر اجرای سیستم عامل رایج بردهای آردوینو، توانایی اجرای لینوکس را هم داشته باشد. لینوکس با سخت‌افزار‌های مختلفی از جمله: تبلت، تلفن همراه، مسیریاب، کنسول بازی، لپ‌تاپ، کامپیوتر و ابر کامپیوترها سازگار است که این ویژگی باعث شده محبوبیت برد آردوینو Yun در بین کاربران روز به روز بیشتر شود. این برد دارای قابلیت پشتیبانی از اترنت، وای فای، دارای USB نوع A، شکاف کارت micro-SD، ۲۰ پین دیجیتال ورودی و خروجی، ۷ پین خروجی PWM، ۱۲ پین ورودی آنالوگ، کریستال ۱۶ مگا هرتز، کانکتور USB، هدر ICSP و سه شاسی ریست می باشد. همچنین این برد به آردوینو اجازه می دهد علاوه بر یک پورت سریال به COM مجازی مانند موس یا کیبورد به کامپیوتر وصل شود.

برد لئوناردو (Leonardo)

در برد آردوینو لئوناردو نیز از میکروکنترلر ATmega32u4 استفاده شده است. این برد دارای ۱۲ پین آنالوگ و ۲۰ پین ورودی و خروجی دیجیتال که ۷ پین آن قابلیت PWM است. همچنین دارای کریستال اسیلاتور ۱۶MHz، رابط میکرو USB، جک پاور، هدر ICSP و دکمه ریست می باشد. استفاده از برد آردوینو لئوناردو به دلیل پشتیبانی از رابط USB نیاز به پردازنده ثانویه را حذف کرده و حتی می‌توان از طریق ماوس و کیبورد کامپیوتر آن را هدایت و برنامه‌ریزی کرد. از این برد می توان برای ساخت ربات مین‌یاب، مسیر‌یاب و غیره استفاده کرد.

اجزای سخت افزاری برد آردوینو

با وجود تفاوت در کاربرد خاص انواع  بردهای آردوینو اغلب این بردها شامل اجزای مشترکی هستند که در ادامه به ذکر آنها می پردازیم.

آردوینو ریست

با فشردن دکمه ریست می توانید برد آردوینو خود را مجددا راه اندازی کنید، یعنی برنامه خود را از ابتدا شروع کنید.(۱)

AREF

هنگامی که شما از واحد ADC استفاده میکنید، باید یک مرجع ولتاژ برای انجام محاسبات مربوط به مبدل آنالوگ به دیجیتال به میکرو معرفی کنید، AREF نیز یکی از این مراجع است!.معمولا از این پین برای اعمال یک ولتاژ مرجع بین ۰ ‌ تا ۵  استفاده می شود.مرجع ولتاژ AREF گاهی اوقات برای تنظیم یک ولتاژ مرجع خارجی (بین ۰ تا ۵ ولت) به عنوان حد بالایی برای پایه های ورودی آنالوگ استفاده می شود.(۲)

Digital I/O

برد آردوینو دارای ۱۴ پین دیجیتال ورودی/خروجی است (که ۶ عدد از آنها خروجی PWM (مدولاسیون عرض پالس) را ارائه می دهند. این پین ها را می توان طوری پیکربندی کرد که به عنوان پایه های دیجیتال ورودی برای خواندن مقادیر منطقی (۰ یا ۱) یا به صورت دیجیتالی کار کنند. پین‌های خروجی برای راه‌اندازی ماژول‌های مختلف مانند LED، رله، و غیره استفاده شوند. پین‌های با برچسب “~” نیز می‌توانند برای تولید PWM استفاده شوند.(۳)

پورت USB

این پورت در تمام مدل های آردوینو ، برای پروگرام کردن و تغذیه برد استفاده می شود. برد آردوینو را می توان با استفاده از کابل USB کامپیوتر تغذیه و همچنین پروگرم کرد. تنها کاری که باید انجام دهید این است که کابل USB را به اتصال USB  وصل کنید.(۴)

ال ای دی های TX و RX

برای برقراری ارتباط سریال از پین های TX  (ارسال داده) و RX (دریافت داده) استفاده می شود. TX مخفف انتقال و RX مخفف دریافت می باشد.(۵)

میکروکنترلر اصلی

هر برد آردوینو میکروکنترلر مخصوص به خود را دارد. این میکروکنترلر در اصل مغز برد آردوینو است که تمام محاسبات، پردازش ها و … توسط آن برنامه ریزی و مدیریت می شود. اغلب در بردهای آردوینو از میکروکنترلر ATmega328 استفاده شده است و دلیل آن پایین بودن مصرف جریان و سرعت بالای آن است. در مدل‌های مختلف آردوینو می‌توانید تنوعی از میکروکنترلرهای سری AVR، ARM و FPGA را پیدا کنید.(۶)

LED  نشانگر تغذیه

هنگامی که آردوینو خود را به منبع برق وصل می کنید این LED باید روشن شود تا نشان دهد که برد شما به درستی روشن شده است. اگر این چراغ روشن نشد، مشکلی در اتصال وجود دارد.(۷)

آی سی رگولاتور ولتاژ

وظیفه این آی سی محدود کردن ولتاژ بیش از ۵V به مدار است تا به مدار آسیب نرسد.(۸)

DC Power Barrel Jack

درگاه اتصال به آداپتور برای جلوگیری از آسیب دیدن پورت های لپ تاپ در هنگام تست مدار، اتصال کوتاه و … بر روی برد قرار دارد تا بتوانید بدون استفاده از ورودی USB برد خود را روشن نمایید.(۹)

پین ولتاژ V 3.3

پین ۳.۳ ولت برای تأمین ۳.۳ ولت انرژی می باشد.(۱۰)

پین ولتاژ ۵V

۵ ولت خروجی را تامین کنید. اکثر قطعات مورد استفاده با برد آردوینو با ولتاژ ۳.۳ ولت و ۵ ولت به خوبی کار می کنند(۱۱)

پین های GND

چندین پایه GND در آردوینو وجود دارد که از هر کدام می توان برای تأمین اتصال به زمین خود استفاده کرد.(۱۲)

پین های ورودی آنالوگ

برد آردوینو UNO دارای شش پایه ورودی آنالوگ A0 تا A5 است. این پین ها می توانند سیگنال یک حسگر آنالوگ مانند سنسور رطوبت یا سنسور دما را بخوانند و آن را به یک مقدار دیجیتالی تبدیل کنند که می تواند توسط ریزپردازنده خوانده شود.(۱۳)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...