شیلد ProMake آردوینو راهکار جدید و مقرون به صرفه در اینترنت اشیا

بردهای سخت افزاری و امبدد روزگار غریبی را پشت سر گذاشته‌اند. از عدم پذیرش جامعه کاربری حرفه‌ای گرفته تا در دسترس بودن آن‌ها در بازار فروش الکترونیک، همگی مشکلات پیش رو بوده‌اند. در همین شرایط سرعت رشد تراشه‌های میکروکنترلر و بردهای امبدد بسیار زیاد و زیادتر شده‌ است. بردهایی از جمله آردوینو که معرف تمامی کاربران حرفه‌ای هستند. باعث بوجود آمدن جریانی بزرگتر از بردهای مختلف شده است. بردهای آردوینو در کنار دیگر بردهایی که هر ماه سر از بازارها در می‌آورند، به عنوان ابزارهای حیاتی و مهم در صنعت اینترنت اشیا کاربرد دارند. روش استفاده از بردهای آماده در پیاده سازی پروژه‌های اینترنت اشیا، کمی ساختار متفاوتی دارد. در ادامه معرفی این راهکار با مرجع تخصصی اینترنت اشیا به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

بردهای آردوینو راهکار IoT

آردوینو فقط یک برد نیست، بلکه بستری برای یادگیری و استفاده عملی از بردهای الکترونیکی است. آردوینو بردهای متنوع و کاربردی را تولید می‌کند. به عنوان یکی از بازوهای مهم در صنایع اینترنت اشیا نقش مهمی را ایفا می‌کنند. برد آردوینو به خودی خود یک میکروکنترلر آماده به کار است. ورودی‌ها و خروجی‌های متنوعی روی خودش دارد. بسته به نیاز پروژه‌ای که در حال پیاده سازی هستیم، بایستی یک نوع از این برد را انتخاب کنیم. اما بردهای آردوینو نانو در اینترنت اشیا یا همان IoT نقش بسیار کلیدی دارند. بردهای نانو خصوصا سری Nano33 عضوی کوچک و جدا نشدنی از صنعت IoT هستند. در تصویر زیر یکی از انواع آردوینو نانو ۳۳ را نمایش می‌دهد.

آردوینوهای سری نانو ابعاد بسیار مناسب و کوچکی دارند. همچنین دارای مصرف انرژی بسیار ناچیز و قابلیت‌های ارتباطی و حافظه داخلی مناسبی دارند. بجز این مورد سری نانو ۳۳ قیمت بالاتری نسبت به نانو معمولی دارد. ولی همانطور که بالاتر اشاره شد، عضوی جدا نشدنی از اینترنت اشیا هستند.

استفاده عملی از آردوینو در IoT

بردها به تنهایی فقط نیاز به پروگرام شدن از طریق درگاه USB را دارند. ولی ایجاد ارتباط بین پایه‌های روی برد با سنسورها و سخت افزارهای دیگر، یکی از چالش‌های بسیار مهم است. این چالش تقریبا در هر پروژه‌ای که بخش طراحی برد از آن حذف شده باشد، گریبان مهندس و یا مجری را به نحوی می‌گیرد. خب همانطور که میدانید وجود بردهای امبدد مانند آردوینو باعث کاهش هزینه‌های تولید و صرفه جویی در زمان می‌شود. اما به صورت کلی نمیتوانیم برد آردوینو را به همان صورت که خریداری می‌کنیم؛ در پروژه به کار ببریم. راه کار چیست؟ بایستی از شیلدهای آردوینو استفاده کنیم. بردهای خانواده آردوینو به قدری در بازار الکترونیک شناخته شده و کاربردی هستند؛ که تقریبا برای هر فعالیت کوچکی می‌توان برای آن‌ها شیلد آماده پیدا کرد. مثلا شیلد با قابلیت برد سوراخ دار، کمک می‌کند که مدار وابسته به برد را روی آن ببندیم و یا حتی لحیم کاری کنیم و بدون سیم کشی در پروژه از آن استفاده کنیم. نمونه‌ای از شیلد سوراخ دار برد آردوینو را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

شیلد ProMake آردوینو Uno در IoT

همانطور که اشاره شد، شیلدهای مختلفی برای استفاده با بردهای آردوینو طراحی شده است. اما برای صنعت مهمی مانند اینترنت اشیا بایستی ریزه کاری‌های مهمی را در نظر داشته باشیم. جز با تجربه در اجرای پروژه‌های متعدد نمی‌توان نسبت به طراخی شیلد کاربردی Arduino اقدام کرد. شیلدهای پرومیک یکی از مهم‌ترین و کاربردی‌ترین شیلدها برای بردهای آردوینو در صنایع اینترنت اشیا هستند. ورودی و خروجی‌های متعدد، قابلیت استفاده از چند ماژول کاربردی در کنار برد اصلی و استفاده همزمان از سنسورها و اکچوئیتورها دارد. در تصویر زیر شیلد پرومیک آردوینو UNO را مشاهده می‌کنید.

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، شیلد مخصوص برد آردوینو Uno بدون نیاز به سیم کشی روی برد قرار میگیرد. سپس توانایی برقراری ارتباط با دو ماژول مختلف را دارد. البته این دو مورد از ویژگی‌های اصلی شیلد ProMake Uno است. ولی قابلیت‌های مهمتری هم دارد که در ادامه به آن‎‌ها اشاره می‌کنم. شش نکته در علت ساخت این شیلد وجود دارند. در تصویر زیر هم میتوانید بخش‌های مختلف این برد را مشاهده کنید.

1. کاهش زمان راه اندازی در پروژه‌ها با حذف کردن سیم کشی
2. جلوگیری از آسیب دیدن برد و ماژول‌ها در اثر اتصال کوتاه و یا اشتباه
3. جلوگیری از قطعی ناخواسته در اثر جابجایی سیم‌ها در مدارهایی که شلوغ شده‌اند.
4. کاهش زمان عیب یابی و رفع اشکال در اثر بروز هر کدام از مشکلات ۱ تا ۳
5. زمان تحویل پروژه احتمال کار نکردن در اثر قطعی و یا سهل انگاری رفع میشود.
6. ساخت محصول قابل حمل به خارج از آزمایشگاه و تست در محیط واقعی فراهم می‌شود.

شیلد ProMake آردوینو Nano در IoT

برد آردوینو نانو Nano همانطور که پیشتر هم اشاره شد، عضوی جدا نشدنی و پیشتاز در صنعت اینترنت اشیاست. استفاده از برد آردوینو نانو ویژگی‌های منحصر به فردی را برای پروژه‎‌های اینترنت اشیا فراهم می‌کند. مجموعه بردهای Nano 33 قابلیت‌های ارتباطی بیسیم و همچنین پردازنده قدرتمند‌تر و البته سنسورهای متنوعی هم دارد. در پروژه‌های اینترنت اشیا رده حرفه‌ای از برد nano 33 استفاده میشود. اما باید دقت داشته که هر پروژه بسته به نیازی که دارد و بودجه‌ای که برای آن در نظر گرفته شده است، بایستی برد اصلی را انتخاب کرد. در بردهای نانو ورودی و خروجی‌ها مشابه برد Uno نیازمند مدیریت و اتصال صحیح هستند. که این امر مهم با شیلد بسیار کاربردی ProMake Nano به دست می‌آید. در تصویر زیر شیلد پرومیک آردوینو Nano را مشاهده می‌کنید.

مشکلاتی در پروژه‌ها ممکن است بوجود بیایند در روند ساخت این شیلد و شیلد آردوینو Uno به یک صورت هستند. شیلد ProMake Nano قابلیت‌های بسیار گسترده‌تری را برای برد آردوینو نانو فراهم می‌کند. خصوصا اینکه دارای رگلاتور و تراشه RTC برای نگهداری زمان هم داراست. امکان استفاده همزمان از سه عدد ماژول تخصصی در کنار برد اصلی را هم فراهم می‌کند. در تصویر زیر شیلد پرومیک آردوینو Nano را مشاهده می‌کنید. سه بخش اصلی که با عنوان ماژول ۱ تا ۳ نمایش داده شده است، از پروتکل‌های SPI و I2C پشتیبانی می‌کنند. دیگر بخش‌های مختلف را میتوانید از روی تصویر مشاهده کنید.

دو ویژگی کاربردی در یک برد

همانطور که در ابتدای متن اشاره کردم، طراحی شیلد برای بردهای آردوینو به سادگی یک طراحی PCB ساده نیست. زیر و بم زیادی دارد و بایستی همگی با جدیت کامل بررسی و اجرایی شوند. شیلدهای پرومیک دو ویژگی بسیار عمده دارند. آن هم قابلیت Qwiic و Grove است. در مورد اول به صورت کیو دبلیو آی تو سی خوانده میشود. به معنای پروتکل استاندارد I2C با کانکتور توسعه‌ای SparkFun QWIIC است. با استفاده از این پروتکل امکان اتصال چندین و چند سنسور مختلف به یک برد فراهم می‌شود. به عبارتی وجود داشتن چنین قابلیتی در یک برد کمک بسیار بزرگی در توسعه آن پروژه می‌کند. اگر امروز در پروژه نیازمندی خاص و جدیدی نیاز باشد، با داشتن چنین قابلیتی به راحتی امکان افزودن سنسور و یا رابط جدید به برد فراهم می‌شود. ویژگی بعدی پروتکل ارتباطی استاندارد Grove است، قابلیت اتصال بدون سیم کشی را فراهم میکند. توسط استاندارد Grove میتوان نسبت به اتصال چندین ماژول و سنسور بدون نیاز به سیم کشی اطمینان کامل داشت.

کلید ProgMode

اکثر افرادی که با بردهای امبدد و خصوصا آردوینو کار کرده‌اند، با مشکل بسیار بزرگی مواجه هستند. به صورت معمول اگر ارتباط UART یا همان سریال روی برد با یک ماژول درگیر باشد. در چنین شرایطی امکان پروگرام کردن برد فراهم نخواهد بود؛ مگر اینکه ارتباط UART قطع شود. فرض کنید در پروژه‌ای درگیر آپدیت برنامه شدیم، بایستی تمامی ارتباطات سریال روی برد اصلی قطع شوند تا امکان بروگرام کردن مجدد برد اصلی فراهم شود. برای رفع این مشکل در شیلدهای پرومیک Easy-IoT از کلید ProgMode استفاده شده است. با استفاده از این قابلیت نیازی به جدا کردن تمامی بردها و سنسورهای افزوده شده به پروژه نخواهد بود. در دو تصویر شماتیک از این شیلدها میتوانید جایگاه کلید ProgMode را مشاهده کنید.

راهکار استفاده در فضای باز

اینترنت اشیا شامل شاخه‌های مختلفی است. در حال حاضر توسعه IoT در شاخه‌هایی از جمله کشاورزی، هواشناسی، حمل و نقل و… با سرعت زیادی در حال انجام است. برای استفاده اصولی و کاربردی از بردها بایستی در بسته بندی و جعبه مناسبی قرار گیرند. این جعبه‌ها اگر دارای IP استفاده در فضای باز نباشند، قابلیت اطمینان پروژه را کاهش می‌دهند. به این منظور مجموعه Easy-IoT اقدام به طراحی جعبه‌ای منحصر به فرد و مختص بردهای پرومیک کرده‌اند. برای خرید و بررسی اقلام مربوطه میتوانید به فروشگاه دانشجو کیت مراجعه کنید.

وسایل لازم

بردهای EasyIoT

جمع بندی

در آخر استفاده از هر شیلدی در پروژه‌های اینترنت اشیا توصیه نمی‌شود. شیلدهای پرومیک با دید تجاری و دید فنی کاملا صحیحی طراحی و تولید شده‌اند. در این پست دو شیلد بسیار مهم برای بردهای آردوینو را بررسی کردیم. شیلد آردوینو uno و شیلد آردوینو Nano که شامل انواع بردهای نانو می‌شود. به طور کل قابلیت‌های مختلف دیگری هم در این شیلدها وجود دارند که در این پست به آن‌ها اشاره نشده است. قدم بعدی تهیه شیلد و استفاده به صورت عملی است تا متوجه توضیحات این پست شوید. مجموعه آموزش‌های کاربردی و پروژه‌های عملی با شیلدهای پرومیک Easy-IoT را میتوانید در دیجی اسپارک دنبال کنید. در ادامه هر سوالی داشتید میتوانید در بخش نظرات مطرح کنید. همچنین نسبت به ارایه پیشنهاد برای ساخت پروژه‌های مختلف توسط این شیلدها ما را یاری دهید.