إعداد بيئة تطوير الأردوينو | الوحدة الرابعة | الدرس الأول

إعداد بيئة تطوير الأردوينو هو عنوان الدرس الأول من الوحدة الرابعة التي تحمل اسم “إنشاء تطبيق سحابي لإنترنت الأشياء” من مقرر “إنترنت الأشياء 1 – 1”.

ستتعرف في هذا الموضوع على كيفية استخدام لغة بايثون في برمجة لوحة الأردوينو، وكيفية تحميل المكتبة القياسية بعد تثبيت بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو، وطريقة تنفيذ الوظائف الرئيسة في بايثون بالإضافة إلى برمجة الأردوينو للوميض.

قم بقراءة أهداف التعلٌّم جيدًا، ثم أعد قراءتها وتأكَّد من تحصيل محتوياتها بعد انتهائك من دراسة الموضوع.

أهداف التعلُّم

• استخدام لغة بايثون في برمجة لوحة الأردوينو.
• تثبيت بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو.
• تحميل المكتبة القياسية (StandardFirmata).
• تنفيذ الوظائف الرئيسة في بايثون.
• معرفة طريقة استخدام مكتبة (PyFirmata).
• معرفة كيفية تركيب دائرة (Physical Circuit).

هيا لنبدأ!

استخدام لغة بايثون في برمجة لوحة الأردوينو (Using Python with Arduino)

تعتبر لغة C++ بمثابة لغة البرمجة الرسمية لجهاز تحكُّم الأردوينو الدقيق، ولكن يمكِن استخدام لغة أخرى مثل بايثون لبرمجته وذلك من خلال بروتوكول Firmata.

تعدُّ بايثون لغة برمجة عالية المستوى، وتكمُن قوتها في العدد الكبير من المكتبات التي يمكِن استخدامها لكي تدعم هذه اللغة وتجعلها شاملة للأغراض المختلفة والمتعدِّدة، ويقوم بروتوكول Firmata بتوفير الاتصال بين جهاز التحكُّم الدقيق وبين الأوامر التي تزوده بها لغة البرمجة.

ستستخدِم هنا لغة بايثون مع مكتبة PyFirmata، والتي تشكِّل واجهة بروتوكول Firmata.

تعدُّ بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو (Arduino IDE) بمثابة محرر نصي تم تصميمه خصيصًا لأجهزة التحكُّم الدقيقة في الأردوينو، وتزوَّد هذه البيئة بأدوات إضافية للتفاعل مع الأردوينو، وتحتوي على برامج معدَّة مسبقًا لأداء مهام محدَّدة في الأردوينو.

لتثبيت بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو، انتقل إلى الموقع الإلكتروني https://www.arduino.cc/en/software وقم بتنزيل أحداث إصدار، ثم قم بعملية التثبيت من خلال تشغيل برنامج التثبيت.

وبعد ذلك ستظهر بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو لتقوم بتحميل المكتبة القياسية StandardFirmata لإجراء عملية الاتصال بين الأردوينو وبرنامجك في بايثون.

تأكَّد من أن إصدار بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو الذي تقوم بتنزيله متوافق مع جهاز تحكُّم الأردوينو الدقيق الخاص بك.

يمكِنك العثور على بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو (Arduino IDE) بواسطة أيقونة البحث في حاسوبك.

لتحميل StandardFirmata:

1. اضغط على أيقونة البحث في ويندوز.
2. اكتب Arduino IDE.
3. افتح Arduino IDE (بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو).
4. حمِّل StandardFirmata في Arduino IDE (بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو) بالضغط على File (ملف) < Examples (أمثلة) < Firmata < StandardFirmata.
5. قم بتحميل المكتبة إلى الأردوينو.

يمكِنك الوصول إلى مَنفذ الاتصال من حاسوبك إلى لوحة الأردوينو بالضغط على Tools (أدوات) ثم Port (منفذ) ثم Serial Ports (منافذ تسلسلية) كما هو موضح أدناه.

تم تعيين مَنفذ الاتصال في هذا المثال إلى COM4. قد يختلف المنفذ في حاسوبك، فعلى سبيل المثال قد يكون COM3 أو COM5.

تذكَّر أن تدوِّن مَنفذ الاتصال، حيث ستستخدمه في برنامج بايثون للاتصال بلوحة الأردوينو.

معلومة

عند تشغيل جهاز تحكُّم الأردوينو الدقيق باستخدام لغة البايثون، عليك إبقاء مكتبة StandardFirmata قيد التشغيل لكي يتمكَّن برنامج البايثون الذي تكتبه من الاتصال بالأردوينو.

الآن وبعد أن قمت بتحميل StandardFirmata على جهاز تحكُّم الأردوينو الدقيق، عليك اتّباع الخطوات الآتية مع كل مشروع تقوم بتنفيذه باستخدام لغة البايثون:

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “إعداد بيئة تطوير الأردوينو” من بدايته وحتى نهاية هذا القسم، من خلال الرابط التالي:

التعامل مع PyFirmata (Working with PyFirmata)

الوظائف الرئيسة التي تحتاج إلى تنفيذها في بايثون بواسطة PyFirmata هي قراءة القيم وكتابتها لكافة الأطراف التناظرية والرقميَّة لجهاز تحكُّم الأردوينو الدقيق.

ينفِّذ الإجراء أعلاه في PyFirmata بواسطة الدالة board.get_pin()، والتي تستقبل معامِلات (Parameters) مكوَّنة من 3 أحرف تفصل بين كلِّ منهما نقطتان رأسيتان.

لتضمين عرض النبضة (Pulse Width Modulation – PWM)

هو عملية تعديل تستخدِم الإخراج الرقمي لإصدار إشارة تناظرية بقوة متغيِّرة.

التفاعل مع الأطراف الرقمية (Interacting with Digital Pins)

التفاعل مع الأطراف التناظرية (Interacting with Analog Pins)

مشروع أردوينو مُبسط مع PyFirmata (A Simple Arduino Project with PyFirmata)

لكي تتعرف على طريقة استخدام مكتبة PyFirmata، ستُنشئ مشروع أردوينو مبسطًا يستخدم دايودًا خارجيًا مشعًا للضوء، بالإضافة إلى طرف الدايود المشع للضوء المُدمج في الأردوينو.

ستستخدِم بايثون لبرمجة كل دايود مشع للضوء ليومض بالتناوب. ستنشئ أولًا محاكاة للدائرة في دوائر تينكركاد (Tinkercad Circuits)، وستحتاج في هذا المشروع إلى المكوِّنات الآتية:

• لوحة أردوينو أونو R3.
• لوحة توصيل الدوائر الصغيرة.
• دايود مشع للضوء.
• مقاومة.

ابدأ بوضع المكوِّنات المطلوبة في مساحة عمل محاكي دوائر تينكركاد.

لتحميل المكونات:

1. ابحث عن Arduino UNO R3 (لوحة أردوينو أونو R3) من مكتبة Components (المكونات)، واسحبها وأفلتها في مساحة العمل.
2. ابحث عن Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة) من مكتبة Components (المكونات)، واسحبها وأفلتها في مساحة العمل.

ستكمل الآن توصيل الأردوينو بدايود خارجي مشع للضوء.

لتوصيل الأردوينو:

1. وصّل GND (الطرف الأرضي) للوحة الأردوينو بالعمود السالب من Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة)، وغيِّر لون السلك إلى black (الأسود).
2. ابحث عن Resistor (المقاومة) من مكتبة Components (المكونات)، وضعها على Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة).
3. ثم قم بتوصيل Digital pin 12 (الطرف الأرضي 12) بـ Terminal 1 (الطرف 1) من المقاومة وغيِّر لون السلك إلى red (الأحمر).

لتوصيل الدايود المُشع للضوء:

1. ابحث عن LED (الدايود المشع للضوء) من مكتبة Components (المكونات)، وضعه على Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة).
2. قم بتوصيل Terminal 2 (طرف 2) من المقاومة بالدايود المشع للضوء.
3. قم بتوصيل مهبط الدايود المشع للضوء بالعمود السالب في Breadboard Small (لوحة التوصيل الصغيرة).

التركيب الفعلي للدائرة (Physical Circuit)

تمثل هذه الصورة شكل الدائرة الفعليَّة.

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “إعداد بيئة تطوير الأردوينو” بدايةً من عنوان “التعامل مع PyFirmata” وحتى نهاية هذا القسم، من خلال الرابط التالي:

برمجة الأردوينو للوميض (Programming the Arduino to Blink)

ستبرمج الدايودين المشعين للضوء ليومضا واحدًا تلو الآخر، وذلك بفارق زمني ثانية واحدة.

يتم توصيل الدايود المشع للضوء المُدمج في الأردوينو بالطرف الرقمي 13، ويتم توصيل الدايود المشع للضوء الخارجي بالطرف الرقمي 12.

ثم بواسطة تكرار لا نهائي ستقوم بإرسال إشارة مرتفعة HIGH (1) إلى الدايود المشع للضوء الذي سيومض، وإشارة منخفضة LOW (0) إلى الدايود المشع للضوء الآخر. سيتم عكس الإشارات بعد ثانية واحدة.

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “إعداد بيئة تطوير الأردوينو” بدايةً من عنوان “برمجة الأردوينو للوميض” حتى نهاية الموضوع من خلال الرابط التالي:

إلى هنا يكون قد انتهى موضوع “إعداد بيئة تطوير الأردوينو“، لا تنسوا مراجعة نواتج التعلُّم أعلى المقال، وانتظرونا في الموضوع القادم!

روابط هامة

مقررات الفصل الدراسي الثاني