الآردوينو: ميزاته، واستعمالاته، ومشروع آردوينو لسماع صوت النباتات
ماذا لو أخبرتُك أنَّ هناك جهازاً يمكِّنك من سماع صوت النباتات؟! يعلم الجميع أنَّ النباتات كائناتٌ حيةٌ بالفعل، غير أنَّ معظمها لا تُظهِر ذلك، لكونها تنمو أو تتحرك ببطءٍ شديدٍ بالنسبة إلى العين البشرية، وعلى الرغم من وجود بعض النباتات السريعة بما يكفي، مثل النباتات آكلة اللحوم، إلا أنَّها تشترك جميعاً في شيءٍ واحدٍ لا نستطيع ملاحظته، ألا وهو سماعها.
ما هو الآردوينو؟
هو بورد أو حاسوب مصغر، يعمل بمنصةٍ إلكترونيةٍ مفتوحة المصدر تتيح لك البرمجة والتعديل والتحكم فيه بما يخدم المشروع المستخدم عليه، وتعطيك القدرة على قراءة البيانات عن طريق مستشعراتٍ كمستشعرات الإضاءة أو الحركة أو الصوت، ويُستعمل الآردوينو في العديد من المشاريع، كصناعة طائرات الدرون والروبوتات والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى.
ظهر أول بورد آردوينو في العام 2005 في "إيفريا إيطاليا" لمساعدة الطلاب الذين ليست لديهم أيَّة خلفية في الإلكترونيات أو البرمجة على تصميم مشاريعهم التفاعلية.
ما هي مكونات الآردوينو؟
يتكون الآردوينو من تسعة أجزاءٍ أساسيةٍ، وهي:
- المتحكم ATMega 328: وهو عبارة عن (IC) أو (Micro-controller) يعمل بمنزلة عقل للآردوينو.
- المنفذ أو (USB Power Supply): يربط البورد بالحاسوب، والذي منه يُنقَل الكود الخاص بالآردوينو والطاقة أيضاً.
- مشابك الإدخال والإخراج (Input/output pins): تكون مرقمة من 0 إلى 13، ترسل وتستلم الإشارات الإلكترونية، وفيها تُربَط المستشعرات أو الأضواء أو المحركات.
- مشابك الطاقة (Power Pins): توفر الطاقة اللازمة لتشغيل المستشعرات أو المحركات أو الأضواء الموصولة بالآردوينو.
- زر إعادة التشغيل (Re-set Button): يُستعمَل في حال ورود خطأ، لإعادة ضبط وتشغيل الآردوينو.
- ناقل البيانات (USB to Serial): هو الذي ينقل البيانات القادمة من منفذ USB إلى الآردوينو.
- محول مزود الطاقة (DC Power Supply): يتحمل من 7 إلى 12 فولطاً، ويُستعمَل لربط الآردوينو بمصدر طاقةٍ مثل (Power Bank)، بعد انتهاء عملية برمجة الآردوينو من الحاسب من خلال المنفذ الأساسي.
- ليد طبيعي (On LED): هو ضوء يعمل عند وصل الآردوينو بأحد منافذ الطاقة سواءً (USB Power Supply) أم (DC Power Supply) ليدلَّ على أنَّ الآردوينو به طاقة.
- ليدات النقل والاستلام (Transferring and Receiving LEDs): يعمل هذان الضوءان عند إرسال البيانات من وإلى الآردوينو، والضوء الثالث يمكن برمجته كما تختار على الإضاءة، لينبهك في حال حدوث مشكلة، أو ليخبرك بأنَّ الآردوينو يعمل بشكلٍ صحيحٍ.
البيئة البرمجية للآردوينو:
كما قلنا آنفاً، إنَّ بورد الآردوينو مفتوح المصدر؛ أي إنَّه يتيح للمبرمج برمجته بأيَّة لغة برمجةٍ يختارها، لكن يعمد المطورون لاستعمال لغة تدعى CC++ وهي لغةٌ مطورةٌ عن C++ وتسمى أيضاً (C-Arduino).
أمَّا بالنسبة إلى البيئة البرمجية المدمجة للآردوينو Arduino IDE (Integrated Development Environment)، فهي الطريقة التي تتيح لك التعامل بسهولةٍ مع الهاردوير الخاص بالآردوينو، وتستطيع من خلالها إرسال المعلومات واستقبالها وعرضها داخل هذه البيئة.
تتكون بيئة الآردوينو البرمجية من أجزاءٍ عدة هي:
- قائمة المهام.
- أزرار الاختصارات.
- اسم الملف.
- المساحة البرمجية.
- مستطيل الرسائل.
- ناقلة المعلومات والأخطاء.
طريقة تحميل البيئة البرمجية للآردوينو:
- لتحميل البيئة البرمجية، يجب في البداية الدخول إلى الموقع الرسمي للآردوينو www.arduino.cc
- ثم عليك أن تختار من أعلى الصفحة الرئيسة (Software) ومن ثم (Download).
- اختر تحميل البيئة البرمجية للآردوينو أو (Download the Arduino IDE)، ثم حدد النسخة المتوافقة مع حاسوبك الشخصي، وبعدها قم بالضغط على تحميل.
مشروع آردوينو لسماع صوت النباتات:
ظهر مشروع آردوينو لسماع صوت النباتات منذ 4 سنوات على الإنترنت، وزعم أنَّه يمكِّن الشخص من صنع الموسيقى باستعمال النباتات، ويحدث ذلك مع العلم أنَّ النباتات لا تحتوي على خلايا عصبية، ولكن عن طريق نقل الإشارات الكهربائية على طول الأوعية الخاصة بها.
لا تُعَدُّ هذه الإشارات الكهربائية قويةً جداً، ولكن يمكن التقاطها بواسطة أقطابٍ كهربائيةٍ (الإلكترودات) نعرفها من التكنولوجيا الطبية؛ إذ تُغذَّى هذه الإشارات وتُضخَّم عبر مولد صوتٍ موصولٍ بآردوينو، من دون أن يضطر الشخص إلى استعمال وحدةٍ معياريةٍ معيَّنةٍ؛ وذلك باستعمال جهاز الحاسوب الخاص به وبورد آردوينو مبرمجٍ عليه.
يُنتج النبات إشاراتٍ كهربائيةً تُمرَّر من الأقطاب الكهربائية إلى جهاز الصوت المبرمج على الآردوينو؛ وهذا يضخم الإشارات ويحولها إلى إشارات ميدي، والتي بدورها تمرُّ إلى جهاز توليفٍ يقوم بتشغيلها على شكل نوتاتٍ موسيقيةٍ.
ونظراً إلى أنَّ النباتات لا تمتلك أيَّ إحساسٍ بالإيقاع، فإنَّ النتائج تبدو فوضويةً بعض الشيء وليست موسيقيةً للغاية، ومع ذلك، يمكن للآردوينو التحكم في شدة الإشارات عبر مقياس الجهد، وعلاوةً على ذلك، يمكنه إجبار الإشارات على تحقيق موازين موسيقية عبر كود آردوينو خاص، وهذا يبدو موسيقياً أكثر قليلاً، ويمكنك بعدئذٍ ضبط الصوت الذي تريده والاستماع للنباتات فحسب، إنَّه مريح للغاية.
ما هي أنواع الآردوينو؟
توجد أنواعٌ كثيرةٌ للآردوينو، ومنها:
- الآردوينو أونو: يتضمن كل ما يطلبه المبرمج في هذا المجال؛ إذ يحتوي على أربعة عشر مشبك إدخال/ إخراج، ومنفذ طاقةٍ، وزراً لإعادة الضبط والتشغيل وهكذا.
- ليلي باد آردوينو: هي عبارة عن لوحةٍ يمكن وضعها على الملابس، وقد طُوِّرَت بواسطة "ليا بوتشيلي". تتميز ليلي باد آردوينو بشكلٍ ظريفٍ، وهي مزودة بوسادات كبيرة وخلفية مسطحة لخياطتها على الملابس، كما أنَّها قابلةٌ للغسل أيضاً.
- ريد بورد: صُمِّمَ هذا النوع من قِبل "شرك سبارك فان"، ويستطيع المبرمج برمجته عبر وصلة "يو إس بي ميني بي" باستعمال بيئة آردوينو برمجية، كذلك يستطيع العمل على نظام التشغيل Windows 8 بلا حاجة إلى تغيير إعدادات الأمان.
- آردوينو ميغا: يتضمن عدداً كبيراً من المشابك؛ وهذا يتيح استعماله في المشاريع التي تحتاج إلى الكثير من المدخلات أو المخرجات الرقمية.
- آردوينو ليوناردو: يُعَدُّ من الأصناف الأولية التي تستعمل جهاز تحكمٍ مدمجٍ؛ وهذا يجعله سهلاً ورخيصاً.
ميزات الآردوينو:
- السهولة: إنَّ بورد الآردوينو يناسب جميع المبرمجين من الهواة حتى المحترفين.
- يعمل على أنظمة تشغيل عدة: يستطيع العمل على نظام ويندوز وماك واللينوكس.
- برمجية (Software) مفتوحة المصدر: متوافرةٌ بلغة CC++ (السي آردوينو)، ويستطيع جميع المبرمجين تعديلها حسب حاجتهم.
- عتاد صلب (Hardware) مفتوح المصدر: يستطيع المصمم تصميم الدارة الإلكترونية التي يريدها بسهولة؛ لأنَّ بوردات الآردوينو مصنَّعة من متحكم ATMega 328، ومخططات التصاميم منشورة بشكل مجاني ومرخصة تحت (Creative Commons).
- السعر المناسب: يصل سعر أكثر آردوينو كلفة إلى 50$ فقط.
- سهل التركيب: يمكن للمبرمج شراء القطع وتركيبها بنفسه بعد تنزيل (Data Sheet) خاصة بالـ (Arduino) من الموقع الرسمي له.
قصة وتاريخ الآردوينو وكيفية نشأته:
مع بداية القرن الحادي والعشرين وفي مدينة "إيفريا" في "إيطاليا"، خطرت فكرة الآردوينو وكان وراء ابتكاره خمسة أشخاص يعملون في معهد التصميم التفاعلي، وهم "ماسيمو بانزي" و"جيانلوكا مارتينو" و"ديفيد كوارتيليس" و"ديفيد ميليس" و"توم إجوي".
كان السبب الذي جعلهم يخترعون الآردوينو هو الصعوبة التي كانت تواجه المبرمجين بالتحكم في الـ Micro Controllers، فضلاً عن أنَّ تصميم بورد تحكُّم مؤلف من القطع الرئيسة فحسب كان يكلف مبلغاً كبيراً من المال قد يصل إلى أكثر من 100$، وهو مبلغ يُعَدُّ كبيراً في بدايات هذا القرن.
وكان ذلك ما شجعهم على محاولة صنع نماذج سهلة الاستعمال من السوفت وير والهاردوير؛ وذلك حتى يستفيد منها جميع المبرمجين من طلاب ومحترفين وهواة في كل مكان، لبرمجة وتصميم مشاريعهم الخاصة من دون عناء تركيب القطع والتفاصيل التقنية الصعبة، إضافة إلى تخفيف الكلفة المرتفعة عليهم.
وقد جاء اسم الآردوينو من اسم الحانة التي كان أولئك الخمسة يرتادونها، واسمها "آردوين إيفريا"، وهو اسم مستوحى من حاكم حكم "إيفريا" في عام 1002 م، وكان يدعى الملك "آردوين".
كما أنَّ المميز في قصة الآردوينو هو أنَّ الفريق اتفق على جعل برمجة بوردات الآردوينو وتصميمها مفتوحي المصدر؛ أي تتيح لأيِّ شخصٍ في العالم تحميل البرمجة التي يختارها والتصميم الذي يريده للآردوينو مجاناً؛ إذ نبع ذلك من اقتناعهم أنَّ هذه التقنية من حق الجميع، وأنَّها يجب أن تكون متاحة لأيِّ شخصٍ من دون النظر إلى مادياته وجنسيته.
استعمالات الآردوينو:
- بناء الروبوتات: في السابق، كان بناء الروبوت باهظ الثمن بسبب غلاء القطع الإلكترونية التي تُستَعمَل في تصميمه، لكن مع تقدم العلم واستعمال بوردات الآردوينو، أمسى بناء الربوتات سهلاً وقليل التكلفة عن السابق؛ وهذا أتاح لجميع الأشخاص الهواة تجربة صناعة الروبوت.
- إنشاء طائرات الدرون: من ميزات الآردوينو أنَّه يدعم الوايرليس والبلوتوث وغيرها من وحدات التحكم عن بعد؛ وهذا أتاح استعماله في صناعة طائرات الدرون في مختلف تصاميمها.
- صنع الأجهزة الطبية: كاستعماله في صناعة مقياس الأكسجة والنبض ومقياس الحرارة والرطوبة وأجهزة تخطيط الدماغ ومقياس منسوب التنفس، وجميع الأجهزة التي تعتمد على الحساسات وترجمة الإشارات المتلقاة منها إلى بيانات ومعلومات تشخيصية.
- بناء الطابعات ثلاثية الأبعاد: تُبرمَج الطابعات ثلاثية الأبعاد باستعمال الآردوينو، ويُكلَّف بالتحكم في الحساسات والحرارة والأنابيب والحركة والمحركات، كما يترجم المعلومات الواردة إليه إلى حركات تنفذ التصميم المطلوب طباعته.
في الختام:
يمكننا القول إنَّ للآردوينو مجالات استعمالٍ لا حصر لها؛ إذ أصبح يُستخدَم في جميع الأجهزة الإلكترونية التي تحيط بنا، من أبسط جهازٍ كمصابيح LED ذي الحساسات إلى أعقد الأجهزة كالروبوتات والطائرات وغيرها من التطبيقات التي لا يسعنا ذكرها في مقال واحد، لكن يمكننا القول إنَّ التقدم الملحوظ في التكنولوجيا أتاح لنا الكثير من الخدمات والمساعدات وسهل علينا العديد من الأمور.