بردهای امبدد دنیای بسیار متنوعی پیدا کرده‌اند. بردهای رزبری پای به عنوان یکی از پیشتازهای این حوزه، جای بسیار مهمی در اجرای پروژه‌های الکترونیکی پیدا کرده‌اند. اما دانستن یک نکته بسیار اهمیت دارد، آن هم اینکه بردهای رزبری پای به عنوان هسته‌ی مرکزی در یک پروژه اهمیت دارد. برای نهایی سازی آن به ملزومات متنوعی نیاز هست. از جمله انواع شیلدها و سنسورهای مختلف و قطعات ایزوله ساز و درگاه‌های ورودی و خروجی هستند. در این پست راجع به شیلدهای پرومیک که با اسم Easy IoT در بازار ایران یافت می‌شوند، توضیحاتی ارایه می‌کنم. در ادامه معرفی راهکار شیلد ProMake رزبری پای با مرجع تخصصی اینترنت اشیا به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.
بردهای رزبری پای و نقش آن در IoT
برد Raspberry Pi 4 Model B یکی از جدیدترین مدل‌های ارائه شده توسط بنیاد Raspberry Pi است. این برد دارای توان پردازش قدرتمندتر و قابلیت‌های بیشتری نسبت به نسل‌های قبلی خود است. برد Raspberry Pi 4 دارای حافظه RAM به ظرفیت ۲ یا ۴ یا ۸ گیگابایت است که این امکان را به کاربر می‌دهد تا برنامه‌ها و سیستم‌عامل‌هایی با نیاز بالا را اجرا کند. برد Raspberry Pi 4 همچنین از اتصالات ورودی و خروجی متنوعی برخوردار است، شامل پورت‌های USB 2.0 و USB 3.0، HDMI، Ethernet، پورت کارت حافظه microSD و پورت دوربین میشود. همچنین، برخی مدل‌های Raspberry Pi 4 دارای پورت بلوتوث و Wi-Fi نیز هستند. برد Raspberry Pi 4 با امکانات قدرتمند خود، مناسب برای اجرای پروژه‌های مختلف از جمله سرورهای خانگی، سیستم‌های رسانه‌ای، رباتیک، اینترنت اشیا و بسیاری از کاربردهای الکترونیکی است. در زیر چند نمونه از کاربردهای مهم برد رزبری پای در اینترنت اشیا را مشاهده خواهید کرد.
خانه هوشمند: با استفاده از Raspberry Pi، میتوانید سیستم‌های خانه هوشمندی را ایجاد کنید. برای مثال، میتوانید روشنایی، سیستم‌های امنیتی، ترموستات و سایر اجزای خانه را به هم متصل کرده و کنترل آنها را از راه دور انجام دهید.
کشاورزی هوشمند: با استفاده از حسگرها و Raspberry Pi، میتوانید سیستم‌های کشاورزی هوشمندی را طراحی کنید. مانند سیستم‌های آبیاری خودکار، کنترل دما و رطوبت، نظارت بر کیفیت خاک و سایر عوامل مهم در کشاورزی.
شهر هوشمند: Raspberry Pi به عنوان یک گره اصلی در شبکه IoT می‌تواند در ایجاد شهر هوشمند مورد استفاده قرار بگیرد. می‌تواند به نظارت و کنترل ترافیک، نورپردازی هوشمند، مدیریت پارکینگ و سایر سیستم‌های مرتبط کمک کند.
پایش محیطی: با استفاده از حسگرها مانند سنسورهای دما، رطوبت، آلاینده‌ها و غیره، میتوانید محیطی را پایش کنید. این کاربرد در زمینه‌هایی مانند کیفیت هوا، سطح صدا، رصد جانوران و غیره مفید است.
صنعت هوشمند: Raspberry Pi می‌تواند در سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ و پیش‌بینی با استفاده از حسگرها داده‌های محیطی و فرایندهای صنعتی را جمع آوری و تحلیل کنید. این امکان را به شما می‌دهد تا مشکلات را زودتر تشخیص داده و عملکرد سیستم را بهبود بخشید.
بهینه‌سازی انرژی: Raspberry Pi می‌تواند در سیستم‌های مدیریت و کنترل انرژی مورد استفاده قرار بگیرد. با استفاده از این برد و حسگرهای مرتبط، میتوانید مصرف انرژی را پیش بینی کرده و بهینه‌سازی‌های لازم را انجام دهید.
ایمنی و امنیت: Raspberry Pi می‌تواند در سیستم‌های ایمنی و امنیتی در صنعت مورد استفاده قرار گیرد. مانند نظارت بر دستگاه‌ها، شناسایی ورود غیرمجاز، ضبط تصاویر و ویدئوها و سایر اقدامات امنیتی.
کاربردهای عمومی برد رزبری پای
برد Raspberry Pi 4 Model B با قدرت پردازش قابل توجه و امکانات متنوع خود، برای انواع کاربردهای الکترونیکی و کامپیوتری قابل استفاده است. برخی از کاربردهای اصلی این برد به شرح زیر هستند.
سرورهای خانگی: با استفاده از Raspberry Pi 4 میتوانید یک سرور خانگی راه‌اندازی کنید و از طریق آن فایل‌ها، رسانه‌ها و سرویس‌های شبکه را به اشتراک بگذارید.
سیستم‌های رسانه‌ای: با استفاده از برنامه‌های مانند Kodi یا Plex، میتوانید Raspberry Pi 4 را به یک سیستم رسانه‌ای تبدیل کنید و محتوای خود را بر روی تلویزیون‌تان پخش کنید.
رباتیک: با استفاده از برد Raspberry Pi 4 و ماژول‌ها و حسگرهای مختلف، میتوانید ربات‌هایی را طراحی و کنترل کنید. این برد امکان اتصال به موتورها، سرووموتورها و حسگرها را فراهم میکند.
اینترنت اشیا: Raspberry Pi 4 می‌تواند به عنوان یک سرور یا یک گره در شبکه اینترنت اشیا (IoT) استفاده شود. با استفاده از آن، میتوانید دستگاه‌های مختلف را متصل کرده و کنترل آنها را بر عهده داشته باشید.
آموزش الکترونیک و برنامه‌نویسی: Raspberry Pi 4 یک بستر عالی برای آموزش الکترونیک و برنامه‌نویسی است. با استفاده از آن، میتوانید به طور عملی مفاهیم مختلف را در حوزه الکترونیک و برنامه‌نویسی اجرا کرده و تجربه کسب کنید.
انواع شیلدهای ProMake رزبری
شیلدها به عنوان بردهای کمکی در کنار بردهای امبدد نقش بسیار مهمی در روند پروژه‌ها و تجاری سازی آنها دارند. شیلدهای پرومیک با نیاز سنجی برای استفاده در یک پروژه تجاری سازی شده طراحی شده‌اند. شیلدهای ProMake برای بردهای رزبری پای ۳ و ۴ و هر مدلی که در آینده تولید شود و از استاندارد ۴۰ پین پیروی کند، تولید می‌شوند. همچنین شیلدهای پرومیک برای بردهای رزبری پای پیکو هم طراحی شده‌اند. در ادامه هر دو این موارد را به صورت کامل و دقیق توضیح خواهم داد. تا اینجا بدانید که حذف سیم کشی از یک پروژه به معنای قدم اول برای تجاری سازی آن است. معمولا برای تجاری سازی هر پروژه‌ای، بایستی اقدام به طراحی و تولید PCB شود. اما شیلدهای پرومیک این مشکل را از سر راه هر طراحی برداشته‌اند. کافیست براساس نیاز پروژه شیلد رزبری پای را تهیه کرده و سپس ماژول‌های کاربردی مورد نیاز را به آن متصل کرد.
هت پرومیک رزبری پای Pi HAT
هت پرومیک رزبری پای ProMake Raspberry Pi HAT برد Raspberry Pi را به یک کیت توسعه اینترنت اشیاء همه کاره تبدیل میکند. هت ماژولار رزبری پای ProMake یک HAT توسعه ای برای بردهای Raspberry Pi 3 و Raspberry Pi 4 و هر برد منطبق با کانکتور ۴۰ pin رزبری است که می‌تواند میزبان دو ماژول ProMake باشد. در تصویر زیر هت پرومیک رزبری پای را مشاهده می‌کنید. این شیلد دارای ۴۰ پایه مادگی جهت اتصال به بردهای رزبری پای است. میتوانید بدون نیاز به سیم کشی اضافی، آن را روی رزبری پای قرار داده و سپس اقدام به راه اندازی پروژه کنید.
همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، شیلد مخصوص برد رزبری پای بدون نیاز به سیم کشی روی برد رسپری پای قرار می‌گیرد. سپس توانایی برقراری ارتباط با دو ماژول مختلف را دارد. البته این دو مورد از ویژگی‌های اصلی هت رزبری پای است. ولی قابلیت‌های مهمتری هم دارد که در ادامه به آنها اشاره می‌کنم. شش نکته در علت ساخت این شیلد وجود دارند.
- کاهش زمان راه اندازی در پروژه‌ها با حذف کردن سیم کشی
- جلوگیری از آسیب دیدن برد و ماژول‌ها در اثر اتصال کوتاه و یا اشتباه
- جلوگیری از قطعی ناخواسته در اثر جابجایی سیم‌ها در مدارهایی که شلوغ شده‌اند.
- کاهش زمان عیب یابی و رفع اشکال در اثر بروز هر کدام از مشکلات ۱ تا ۳
- زمان تحویل پروژه احتمال کار نکردن در اثر قطعی و یا سهل انگاری رفع میشود.
- ساخت محصول قابل حمل به خارج از آزمایشگاه و تست در محیط واقعی فراهم میشود.
شیلد پرومیک رزبری پای پیکو Pico
رزبری پای پیکو بردی است که توسط آن بنیاد رزبری پای به دنیای میکروکنترلرها ورود کرده است. میکروکنترلر یک تراشه‌ای است که قابلیت‌های بسیار زیادی دارد. ولی در عین حال از بردهایی که دارای سیستم عامل هستند، سادهتر و ارزان‌تر است. برد رزبری پای پیکو دارای پایه‌های دیجیتال و آنالوگ مختلفی است و هر کدام در اجرای پروژه‌های مختلفی کاربردی هستند. این برد هم مانند هر برد امبدد دیگری نیازمند برقراری ارتباط با انواع سنسورها و ماژول‌ها است. توسط شیلد ProMake مخصوص رزبری پای پیکو، میتوانید از قابلیت‌های متنوعی برای اجرای پروژه‌های تجاری توسط این برد بهره مند شود. در تصویر زیر شیلد رزبری پای پیکو پرومیک را مشاهده می‌کنید.
این شیلد هم مشابه دیگر شیلدهای ProMake ویژگی‌هایی از جمله حذف سیم کشی و افزایش قابلیت اطمینان پروژه‌ها را در برخواهد داشت.
دو ویژگی کاربردی در یک برد
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.
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
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.
