تحلیل و بررسی کتابخانه LowPower.h

مدیریت مصرف انرژی در سیستم های اینترنت اشیا، امری بسیار مهم و ضروری تلقی می شود. از آنجاییکه اکثر دستگاه های متصل به شبکه اینترنت اشیا از طریق باتری تغذیه شده و نیاز است تا این دستگاه ها سال ها بدون نیاز به شارژ باتری فعال باشند، لذا مدیریت و کاهش توان مصرفی، از چالش های اساسی در طراحی این نوع از سیستم ها به شمار می رود. در این آموزش به تحلیل و بررسی کتابخانه LowPower.h، مخصوص بردهای آردوینو می پردازیم. به کمک این کتابخانه و به سادگی، می توانیم مدهای مختلف توان مصرفی پایین را برای بردهای آردوینو تعیین نماییم. بدین ترتیب، در حین طراحی پروژه، دغدغه خاطر از حیث طراحی برنامه جهت کنترل توان مصرفی کاسته شده و تمرکز بر رویه اصلی برنامه، قرار خواهد گرفت. در این آموزش نیز مطابق سلسله آموزش های کتابخانه، ابتدا به معرفی الزامات و بردهای مورد پشتیبانی کتابخانه LowPower.h می پردازیم. در ادامه به معرفی توابع پرداخته و در نهایت با ارائه مثالی، به بحث خاتمه می دهیم. در ادامه با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

نصب کتابخانه LowPower.h

اولین قدم در استفاده از یک کتابخانه، نصب آن در محیط آردوینو است. برای نصب کتابخانه، دو روش دستی و خودکار وجود دارد. در روش دستی، پس از دانلود فایل های کتابخانه، می بایست آن را در مسیر نصب آردویینو قرار دهید. اما در روش خودکار، تنها با تایپ نام کتابخانه در قسمت مدیریت کتابخانه ها، کتابخانه مورد نظر به صورت خودکار در مخازن آردوینو جستجو شده و پس از یافتن آن، نصب خواهد شد. به همین منظور، ابتدا در نرم افزار آردوینو، بر روی گزینه Tools و سپس Manage Libraries کلید کنید. با کلیک بر روی گزینه Manage Libraries، می توانید وضعیت کتابخانه های نصب شده و لیستی از کتابخانه های جدید و بروز را مشاهده کنید. این مورد در تصویر زیر، قابل مشاهده است.

مطابق فلش قرمز رنگ تصویر فوق، در کادر جستجو، با تایپ نام کتابخانه، می توان آن را یافته و سپس نصب نمود. در اینجا ما عبارت “rocketscream” را تایپ می کنیم. پس از چند لحظه، کتابخانه مورد نظر به شکل تصویر زیر، به نمایش در می آید. با کلیک بر روی گزینه install، این کتابخانه را نصب نمایید.

پس از اینکه کتابخانه با موفقیت نصب شد، نوبت به استفاده از آن می رسد. به همین منظور، ابتدا به بررسی الزامات فنی و بردهای مورد پشتیبانی کتابخانه LowPower می پردازیم. پس از آن، به معرفی توابع کلیدی و کاربردی پرداخته و در نهایت با ارائه مثالی، به نحوه استفاده از توابع در پروژه های عملی می پردازیم.

بردهای مورد پشتیبانی

کتابخانه LowPower، گستره وسیعی از بردهای آردوینو را در بر می گیرد. به کمک این کتابخانه می توانید بردهای آردوینو را در حالت کم مصرف مد نظر خود، قرار دهید. این کتابخانه، از پردازنده ها و بردهای آردوینو توسعه یافته تحت این میکروکنترلرها، که در ادامه لیست می شوند، پشتیبانی می نماید.

• ATMEGA328P(آردوینو UNO)
• ATMEGA2560(آردوینو MEGA)
• ATMega32U4(آردوینو MICRO)
• ATMega168
• ATMega168
• ATMega644P
• ATMega1284P
• ATMega256RFR2
• ATSAMD21

میکروکنترلرهای AVR که هسته بردهای آردوینو را تشکیل می دهند، دارای مدهای مختلف توان مصرفی هستند. این مدها شامل حالت های idle، Power Down، Power Save و StandBy می شوند. جهت اطلاعات بیشتر در این زمینه، می توانید به دیتاشیت پردازنده مورد نظر مراجعه نمایید.

توابع کلیدی کتابخانه LowPower.h

پس از بررسی الزامات و نکات فنی، نوبت به بررسی و شرح توابع کلیدی می رسد. جدول زیر، لیستی از مهم ترین توابع این کتابخانه را نمایش می دهد. در نظر داشته باشید که در این جدول، ورودی های توابع از سمت چپ به راست، ورودی اول، ورودی دوم، ورودی سوم و… نام گذاری می شوند.

برای استفاده از توابع کتابخانه، می بایست از ثوابت از پیش تعریف شده در ورودی استفاده نمود. در ابتدا، به جدول ثوابت تاخیر زمانی می پردازیم. ثوابت این جدول تعیین کننده مدت زمان قرار گیری برد آردوینو در مد کم مصرف تعیین شده است. جدول زیر، لیست کامل ثوابت زمانی را نمایش می دهد.

در ادامه، جدول زیر لیست ثوابت جهت فعال/غیر فعال سازی تایمرها را نمایش می دهد.

در نهایت، جدول زیر ثوابت مربوط به فعال/ غیر سازی امکانات جانبی را نمایش می دهد.

اجرای یک نمونه برنامه

پس از معرفی بردهای مورد پشتیبانی و توابع کتابخانه ای، نوبت به اجرای یک نمونه برنامه می رسد. کدهای زیر مد idle را در برد آردوینو فعال می نماید. این مد به مدت ۸ ثانیه فعال می شود. پس از اتمام آن، می توانید کد های خودر ا اجرا نمایید. پس از اتمام اجرای برنامه شما، این مد مجددا برای ۸ ثانیه فعال شده و این روال به صورت مککر، تکرار می شود. در ورودی این تابع، قابلیت های مختلف میکروکنترلر حین مد idle، فعال و یا غیر فعال می شود.

#include "LowPower.h"        //افزودن کتابخانه

void setup()
{
 
}

void loop() 
{


  //تابع زیر برای پردازنده ATMEGA328P که هسته برد اردوینو را شامل می شود استفاده می گردد. به کمک این تابع میکروکنترلر در مد IDLE قرار می گیرد. 
  LowPower.idle(SLEEP_8S, ADC_OFF, TIMER2_OFF, TIMER1_OFF, TIMER0_OFF, 
                SPI_OFF, USART0_OFF, TWI_OFF);
                //در تابع فوق، برد اردوینو در حالت  idle به مدت ۸ ثانیه قرار می گیرد. همچنین سایر قابلیت های جانبی میکروکنترلر را می توان در این مد، به کمک سایر ورودی ها فعال و غیر فعال نمود.

                //در این قسمت کدهای خود را قرار دهید. بدین ترتیب، پس از اتمام مدت زمان ۸ ثانیه که میکروکنترلر در حالت idle قرار می یگیرد، کدهای شما اجرا خواهد شد. پس از اتمام کدهای شما، مجددا حالت idle برای ۸ ثانیه فعلا شده و پس از طی زمان ۸ ثانیه، کدهای شما اجرا می شوند.
           
}

لوازم مورد نیاز

• برد آردوینو UNO
• برد آردوینو MEGA
• برد آردوینو MICRO

جمع بندی

در این آموزش به تحلیل و بررسی کتابخانه LowPower.h پرداختیم. از آنجاییکه مدیریت و کنترل توان مصرفی در سیستم های IOT امری ضروریست، لذا به کمک این کتابخانه و به سادگی می توان مصرف باتری را کاهش و عمر سیستم را افزایش داد. بدین ترتیب، دغدغه خاطر توسعه دهنده از بابت کنترل توان مصرفی کاسته شده و تمرکز بر اصل طراحی قرار می گیرد. در این آموزش، ابتدا بردهای مورد پشتیبانی این کتابخانه را مورد بررسی قرار دادیم. در ادامه بحث، به بررسی توابع کلیدی این کتابخانه و ثابت های آن، پرداخته شد. در نهایت با ارائه مثالی از کاربرد، بحث را مورد خاتمه قرار دادیم.

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.