آردوینو چیست و چه کاربردهایی دارد؟

در دنیای دیجیتال نیازمند آن هستیم که هر دستگاه یا شئ را به کامپیوتر متصل کنیم، داده را از واحد های عملیاتی دستگاه / شئ دریافت نموده، با استفاده از این داده ها کنترل عملیات را انجام داده و عملیات اضافی را با انتقال داده جمع آوری شده به سیستم مرکزی تحقق ببخشیم. این دستگاه‌ها یا اشیاء می‌توانند ثابت یا متحرک باشند. داده های دستگاه‌های متحرک به‌ وسیله اینترنت همراه جمع آوری می شود.

کامپیوترهای یکپارچه درون این دستگاه ها / اشیاء باید به‌قدری کوچک و فشرده باشند که به راحتی درون دستگاه جای گرفته و باعث حجیم شدن دستگاه نشوند همچنین می بایست به گونه ای طراحی شده باشند که به صورت خود کفا وظایف هدف گذاری شده را به انجام برسانند. این سیستم‌ها به‌صورتی طراحی می شوند که کارهای خاصی را در دستگاهی که به آن متصل شده اند، انجام داده و نرم افزار و سخت افزار ویژه خود را دارند. البته بسته به کاربرد ممکن است دارای رابط کاربری باشند یا نباشند.

آردوینو عضوی از خانواده سیستم‌های یکپارچه است که در ادامه به بررسی جزئیات آن می‌پردازیم.

آردوینو درواقع نام شرکتی است که در تولیدات نرم‌افزاری و سخت‌افزاری تخصص دارد. این شرکت مدار Arduino Uno را تولید می کند که پلتفرمی منبع باز (Open Source) است و به عنوان یک دستگاه دیجیتالی برای کنترل عملکرد انواع مختلفی از دستگاه‌ها بکار می‌رود. برد آردوینو درواقع یک برد میکروکنترلری است که دارای ریزپردازنده و درگاه های ورودی و خروجی (I/O) است. آردوینو در فرآیند به‌کارگیری با هر رابطی مانند بلوتوث یا WIFI می تواند با دیگر دستگاه‌ها ارتباط برقرار کند.

توسعه آردوینو در سال ۲۰۰۵ آغاز شد و هدف آن فراهم کردن ابزار دیجیتالی ارزان و اقتصادی برای دانش‌آموزانی بود که روی پروژه‌های دیجیتالی کار می‌کردند؛ زیرا در آن دوران هزینه تهیه میکروکنترلرها زیاد بود.

لایسنس های آردوینو شامل لایسنس جنرال پابلیک (GPL) و لِسِر جنرال پابلیک (LGPL) می‌شود که باعث شده بسیاری از افراد مدارهای اختصاصی خود را طراحی و لایسنس آن را بازنشر دهند. این محصول به‌عنوان محصولی از پیش سرهم شده و آماده بکارگیری، و کیت خودآموز (DIY) در دسترس است.

برنامه‌نویسی آردوینو با هر زبانی که کامپایلری برای تولید کدهای سازگار با پردازنده های میکروکنترلرها داشته باشد، امکان‌پذیر است. توسعه نرم‌افزاری باید به‌صورت خارجی صورت بگیرد و به‌وسیله یک محیط توسعه یکپارچه
(Integrated Development Environment - IDE) که مختص آردوینو است، به مدار آردوینو منتقل شود. این محیط قابلیت اجرا در پلتفرم های مختلف مانند ویندوز، لینوکس، MAC را داراست. این بسترِ توسعه عمدتا زبان‌های جاوا و C و C++ را با برخی شرایط اختصاصی ملحق به آن پشتیبانی می کند.

این IDE دارای کتابخانه‌ای نرم‌افزاری شامل ماژول ها و دستورالعمل‌های ورودی-خروجی قابل‌استفاده مجدد است و به این ترتیب عملیات کد نویسی را آسان‌تر می‌کند. همچنین از دیگر قابلیت‌های آن می‌توان به دستورالعمل های مرتبط با ویرایش ساده مانند برش و جایگذاری (Cut & Paste) جستجو در قابلیت‌ها، هدف‌گذاری، نشانه‌گذاری، تطابق دهی و ذخیره تک کلیدی، کامپایل کردن و ارسال دستورات به پردازنده آردوینو اشاره کرد.

کد کامپایل شده می‌تواند به‌وسیله کابل USB و اجرای فرمان کپی به‌صورت دستی به پردازنده منتقل شود. رابط PRO IDE محیط حرفه‌ای‌تر و بهتری را ارائه می‌دهد که با Git یکپارچه‌شده و سازوکار تکمیل خودکار، کتابخانه‌های جدید و دیگر قابلیت‌های به‌روز شده بسیاری دارد.

برنامه‌های پلتفرم آردوینو در محیطی هم‌زمان (REAL-TIME) استفاده می‌شوند و درحالی‌که دستگاه کار می‌کند، اطلاعات دستگاه جمع‌آوری‌شده و به‌منظور کنترل ناهنجاری‌ها در عملکرد آن مورد بررسی قرار می گیرد.

از دلایل موفقیت برنامه‌های آردوینو که باعث سرعت گرفتن به‌کارگیری آن‌ها در حوزه IOT (اینترنت اشیا) شده است را می‌توان رابط کاربری آسان آن ها چه برای توسعه‌دهندگان و چه برای کاربران برشمرد.

کاربردهای این دستگاه امروزه دیگر محدود به کسب‌وکارها نیست و از این مرزها فراتر رفته و اکنون در زندگی روزمره مردم عادی نیز نقش مهمی را ایفا می‌کند. این گجت های دیجیتالی زندگی روزمره را تحت تاثیر قرار داده و به یک نیازمندی تبدیل شده اند و باعث شده‌اند تا سبک زندگی مردم به سمت بهتر شدن حرکت کند.

در ادامه به بررسی مختصر مهم‌ترین کاربردهای آردوینو خواهیم پرداخت.

در خانه‌های هوشمند شاهد مورد استفاده قرار گرفتن مدارهای آردوینو در کنار فناوری بلوتوث و تلفن‌های همراه هوشمند هستیم. مدارهایی که نرم‌افزار روی آن‌ها بارگزاری شده در لوازم‌خانگی مانند لامپ‌ها، سیستم سرمایش و گرمایش، تلویزیون ، و یخچال نصب شده و نرم افزار بلوتوث نقش واسط با برد آردوینو را داراست. برنامه کاربردی نصب شده روی تلفن همراه هوشمند از طریق بلوتوث با پردازنده صحبت می کند و ورودی های دریافتی از تلفن به منظور کنترل عملکرد دستگاه مورد استفاده قرار می گیرد.

شما می‌توانید خاموش و روشن شدن، افزایش و کاهش شدت نور یا صدا و دیگر پارامترهای دستگاه‌ها را تغییر داده و از راه دور بر عملکرد آن‌ها نظارت داشته و آن ها را کنترل کنید. این فناوری نگه‌داری از منزل و مدیریت آن را بهینه‌تر کرده و تجربه‌ای ناب از زندگی هوشمند را برای ساکنان به ارمغان می‌آورد.

به‌وسیله آردوینو می‌توان خدمات عمومی مانند روشنایی خیابان‌ها، و سیستم مدیریت پویای ترافیک را تحت نظر و مدیریت داشت.

روشنایی خیابان‌ها را به‌وسیله حسگرها و آردوینو می‌توان هوشمند و بهینه ساخت. میکروکنترلر به نحوی برنامه ریزی شده است که با خواندن ورودی های ارسالی توسط حسگر از میزان روشنایی و تغییرات دما، می تواند به صورت پویا ولتاژ تغذیه چراغ ها را تغییر داده و شدت نور چراغ ها را کنترل نماید. از این سیستم برای روشن یا خاموش کردن چراغ ها نیز می توان استفاده کرد.

در مورد چراغ‌های راهنمایی رانندگی نیز به‌وسیله حسگرهای مادون‌سرخ در کنار آردوینوها، می‌توان مدیریت پویای ترافیک را عملی کرد. داده های ورودی فراهم شده توسط این حسگرها به کنترلر (آردوینو) در اندازه گیری حجم ترافیک و جریان حرکت وسایل نقلیه کمک نموده و کنترلر زمان بندی و سیگنال های منطبق با جریان و جهت ترافیک را تنظیم می کند.

فناوری اینترنت اشیا چند سالی است که بر سر زبان‌ها افتاده و ظهور آن‌ها مدیون میکروکنترلرهایی مانند آردوینو بوده است. در این میان شرکت شیاومی پیشتاز بوده و هر شی‌ء هوشمندی که تصور کنید را تولید کرده است.

شما می‌توانید کتری آب جوش هوشمند و قابل مدیریت، ترازو دیجیتال با قابلیت اتصال به تلفن همراه، گلدان‌های هوشمندی که میزان رطوبت و دمای خاک را به شما اطلاع می‌دهد و دیگر انواع گجت های هوشمند را در خانه خود تجربه کنید و همه آن‌ها را تنها با یک تلفن همراه هوشمند مدیریت و بر آن‌ها نظارت کنید.

همچنین این سیستم‌ها در دفاتر تجاری و اداری نیز قابل‌استفاده هستند، برای مثال دفتر کاری که در آن بعد از تاریکی هوا به‌صورت خودکار پرده‌ها را کشیده و شدت نور چراغ‌ها را بسته به نور محیط تنظیم می‌شود، یا درب مغازه‌ای که سر ساعت مشخصی باز و بسته می‌شود و حسگرهای هوشمندی که در خط های عظیم تولید صنعتی برای شمارش، برچسب‌زنی و تفکیک محصولات تولیدی بکار می‌روند، تنها مثال ساده‌ای از کاربردهای اینترنت اشیا است.