מהי ארדואינו?
ארדואינו (Arduino) היא פלטפורמה בקוד פתוח לפיתוח חומרה משולבת תוכנה ליצירת פרויקטי אלקטרוניקה אינטראקטיביים.
ארדואינו מורכבת גם מלוח מיקרו-בקר פיזי וגם מסביבת פיתוח משולבת (IDE) לתכנות הלוח.
Arduino פופולרית בקרב מייקרים, סטודנטים ומהנדסי מוצר בשל קלות השימוש והרבגוניות שלה בבניית מגוון
רחב של פרויקטים אלקטרוניים.
מרכיבי המפתח של Arduino כוללים:
לוח מיקרו-בקר: הלב של מערכת ארדואינו הוא לוח מיקרו-בקר, שהוא מחשב קטן על מעגל משולב יחיד (IC).
המיקרו-בקר הנפוץ ביותר בלוחות Arduino הוא סדרת Atmel AVR, אם כי לוחות חדשים יותר עשויים להשתמש במיקרו-בקרים שונים
כמו שבבים מבוססי ARM.
סביבת פיתוח: Arduino מספקת IDE (סביבת פיתוח משולבת) המאפשרת למשתמשים לכתוב, להדר ולהעלות קוד ללוח המיקרו-בקר.
ה-IDE הוא ידידותי למשתמש ותומך בגרסה פשוטה של שפת התכנות C++.
ספריות: Arduino מציעה אוסף עצום של ספריות תוכנה כתובות מראש המפשטות את המשימה של תכנות רכיבי חומרה וחיישנים שונים.
ספריות אלו מסייעות למשתמשים לגשת לתכונות החומרה ולשלוט בהן ללא צורך בכתיבת קוד לאו לבל.
מגנים: לוחות ארדואינו לרוב תואמים מודולים תוספים הנקראים מגנים.
ניתן לחבר מגנים ללוח הראשי כדי להוסיף פונקציות ספציפיות, כגון תקשורת אלחוטית, בקרת מנוע או חיישנים,
בהתאם לדרישות הפרויקט.
תיעוד: לארדואינו יש קהילה גדולה ופעילה של משתמשים, מה שמקל על מציאת הדרכות, מדריכים ודוגמאות לפרויקטים באינטרנט.
תמיכת קהילה זו היא משאב רב ערך עבור משתמשים מתחילים ומנוסים כאחד.
Arduino יכולה לשמש עבור מגוון רחב של יישומים, כולל אוטומציה ביתית, רובוטיקה, פרויקטים של IoT.
הנגישות והרבגוניות שלה הפכו אותה לבחירה פופולרית עבור יזמים ומוסדות חינוך המעוניינים בפיתוח באלקטרוניקה ובתכנות.
איך ארדואינו פועלת?
Arduino עובדת על ידי מתן אפשרות למשתמשים לכתוב ולהעלות קוד ללוח מיקרו-בקר, ולאחר מכן מבצעת את ההוראות הניתנות בקוד.
הנה סקירה פשוטה יותר של אופן הפעולה של Arduino:
פיתוח קוד: מפתחים כותבים קוד עבור Arduino באמצעות Arduino IDE (סביבת פיתוח משולבת).
ה- Arduino IDE מספק ממשק ידידותי למשתמש לכתיבה, עריכה וניהול קוד.
משתמשים כותבים קוד בשפה הדומה ל-C++ ומשתמשים בקבוצה פשוטה של פונקציות וספריות המסופקות על ידי Arduino.
קומפילציה: לאחר כתיבת הקוד, משתמשים יכולים ללחוץ על כפתור “קומפילציה” ב-Arduino IDE.
ה-IDE מחבר את הקוד לקוד מכונה שניתן להבין על ידי המיקרו-בקר בלוח Arduino.
במהלך תהליך זה, כל שגיאות תחביר או בעיות בקוד מזוהות ומדווחות.
העלאה: לאחר הידור הקוד בהצלחה, משתמשים יכולים ללחוץ על כפתור “העלה” ב-Arduino IDE.
תהליך זה כולל העברת הקוד המהודר מהמחשב ללוח Arduino באמצעות כבל USB או חיבור מתאים אחר.
ה- Arduino IDE מתקשר עם המיקרו-בקר כדי להעלות את הקוד.
ביצוע: לאחר העלאת הקוד ללוח Arduino, המיקרו-בקר מתחיל להפעיל אותו.
הקוד יכול לכלול הוראות לקריאת חיישנים, לשלוט במפעילים (כמו מנועים או נוריות), לעבד נתונים ולבצע משימות שונות
על סמך הלוגיקה של התוכנית.
אינטראקציות: פרויקטים של Arduino כוללים אינטראקציות עם העולם הפיזי.
חיישנים המחוברים ל-Arduino יכולים לאסוף נתונים (למשל, טמפרטורה, אור, תנועה), וניתן לשלוט במפעילים (למשל, סרוו, נוריות)
כדי להגיב לנתונים אלה.
המיקרו-בקר מעבד את הקלט הזה ומפיק פלט לפי ההיגיון המתוכנת.
משוב ואיטרציה: תוכניות Arduino יכולות לכלול מנגנוני משוב, המאפשרים ללוח להגיב לשינויים בסביבה או לקלט המשתמש.
זה מאפשר יצירת פרויקטים אינטראקטיביים, כמו רובוטים שיכולים להימנע ממכשולים, מערכות מכ”מ ומערכות אוטומציה ביתית המגיבות לנתוני חיישנים.
תקשורת: לוחות ארדואינו יכולים לתקשר עם מכשירים או מערכות אחרים באמצעות פרוטוקולי תקשורת שונים, כגון תקשורת טורית,
I2C, SPI.
זה מאפשר להם להחליף נתונים עם מחשבים, מיקרו-בקרים אחרים או האינטרנט, מה שהופך את Arduino למתאים ליישומי IoT.
מערכת ההפעלה של ארדואינו
לארדואינו, כפלטפורמה, אין מערכת הפעלה מסורתית (OS) כמו לפטופ למשל או סמארטפון.
במקום זאת, היא פועלת באמצעות קושחה שמועלית למיקרו-בקר בלוח Arduino.
קושחה זו נכתבת על ידי המשתמש והיא ספציפית למשימות ולפונקציות שהמשתמש רוצה שה-Arduino יבצע.
הנה הסיבה שבגללה לארדואינו אין מערכת הפעלה קונבנציונלית:
אילוצי משאבים: לוחות Arduino מצוידים במיקרו-בקרים בעלי משאבים מוגבלים, כגון זיכרון וכוח עיבוד.
מיקרו-בקרים אלה מתוכננים לבצע קוד ישירות ללא תקורה של מערכת הפעלה מלאה.
תפעול בזמן אמת: פרויקטים רבים של Arduino דורשים תזמון מדויק ושליטה בזמן אמת על החומרה.
הפעלת מערכת הפעלה למטרות כלליות עלולה להכניס עיכובים בלתי צפויים ולהפריע לפעולה בזמן אמת של המערכת.
מיקוד של משימה אחת: רוב הפרויקטים של Arduino נועדו לבצע משימה ספציפית או קבוצת משימות.
בניגוד למחשב לשימוש כללי, שיכול להריץ מספר יישומים במקביל, Arduino מתמקד במשימה ראשית אחת בכל פעם.
בעוד שלארדואינו עצמו אין מערכת הפעלה, הוא יכול לתקשר עם מכשירים אחרים שיש להם מערכות הפעלה.
לדוגמה, אתה יכול לחבר לוח Arduino למחשב עם Windows, macOS או Linux ולהשתמש במערכת ההפעלה של המחשב
כדי לתקשר עם Arduino ולשלוט בו.
זה מאפשר שילוב של בקרת חומרה ועיבוד תוכנה.
אם אתם נדרשים לפתח פרויקט המצריך ריבוי משימות או תכונות מתקדמות יותר של מערכת הפעלה, כדאי להשתמש בפלטפורמה אחרת,
כגון Raspberry Pi, שהוא מחשב קטן המסוגל להריץ מגוון מערכות הפעלה כמו לינוקס.
Arduino ו-Raspberry Pi משרתים מטרות שונות, והבחירה ביניהם תלויה בדרישות הספציפיות של הפרויקט שלך.
פיתוח בסביבת Arduino
פיתוח Arduino כרוך בתהליך של יצירה ותכנות פרויקטים באמצעות לוחות מיקרו-בקר Arduino.
פיתוח Arduino הוא דרך גמישה ונגישה ליצור מגוון רחב של פרויקטים אלקטרוניים, מניסויים פשוטים מהבהוב LED
ועד יישומי רובוטיקה ו-IoT מורכבים.
להלן השלבים וההיבטים העיקריים של פיתוח Arduino:
בחירת חומרה:
בחר את לוח Arduino המתאים לפרויקט שלך.
Arduino מציעה מגוון לוחות עם תכונות ויכולות שונות, כמו Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Nano ועוד.
בחר את הלוח המתאים ביותר לדרישות הפרויקט שלך.
הורדת תוכנה:
התקן את Arduino IDE (סביבת פיתוח משולבת) במחשב.
ה-Arduino IDE זמין עבור Windows, macOS ו-Linux, והוא מספק ממשק ידידותי למשתמש לכתיבה,
הידור והעלאת קוד ללוח Arduino.
כתיבת קוד:
פתח את Arduino IDE והתחל לכתוב קוד עבור הפרויקט שלך.
קוד Arduino כתוב בשפה הדומה ל-C++ ומשתמש בקבוצה פשוטה של פונקציות וספריות המסופקות על ידי Arduino.
הקוד שלך יכול לכלול הוראות לקריאת חיישנים, שליטה במפעילים, עיבוד נתונים ויישום הפונקציונליות הרצויה עבור הפרויקט שלך.
קוד קומפילציה:
לחץ על כפתור “קומפילציה” ב-Arduino IDE כדי לבדוק את הקוד שלך עבור שגיאות תחביר ולקמפל אותו לקוד מכונה שלוח Arduino יכול להבין.
כל שגיאה או בעיה תדווח ב-IDE.
העלאת קוד:
חבר את לוח הארדואינו למחשב שלך באמצעות כבל USB או חיבור מתאים אחר.
בחר את סוג הלוח והיציאה הנכונים בתפריט “כלים” של Arduino IDE.
לחץ על כפתור “העלה” כדי להעביר את הקוד הקומפילציה מהמחשב שלך ללוח Arduino.
ה-IDE מתקשר עם המיקרו-בקר כדי להעלות את הקוד.
בדיקה ואיתור באגים:
עקוב אחר התנהגות ה- Arduino כדי להבטיח שהוא פועל כמצופה.
השתמש בתקשורת טורית כדי להדפיס הודעות איתור באגים לצג הטורי של ה-IDE למטרות פתרון בעיות.
כלי איתור באגים, כגון נקודות שבירה ופלט טורי, יכולים לעזור לזהות ולפתור בעיות בקוד שלך.
ממשק עם חומרה:
חבר חיישנים, מפעילים ורכיבי חומרה אחרים ללוח Arduino שלך לפי הצורך עבור הפרויקט שלך.
השתמש בפינים ובפרוטוקולי התקשורת המתאימים (לדוגמה, קלט/פלט דיגיטלי, קלט אנלוגי, I2C, SPI) כדי ליצור
אינטראקציה עם רכיבים אלה.
עיין בגיליונות הנתונים ובתיעוד עבור רכיבי חומרה כדי להבטיח חיווט ושימוש נכונים.
הרחבת הפונקציונליות:
Arduino מאפשר, לך להרחיב את הפונקציונליות של הפרויקט שלך על ידי הוספת מגנים או מודולי חומרה אחרים המספקים
יכולות ספציפיות, כגון תקשורת Wi-Fi, בקרת מנוע או GPS.
איטרציה ואופטימיזציה:
בצע אופטימיזציה של הקוד שלך ליעילות, צריכת חשמל ותגובתיות טובה יותר.
תיעוד:
תעד את הפרויקט, כולל הקוד, דיאגרמות מעגלים וכל מידע רלוונטי, כדי שיהיה קל יותר לשתף עם אחרים או לשכפל אותו בעתיד.
תוכל לשתף את הפרויקט עם קהילת Arduino או בפלטפורמות כמו GitHub כדי לעורר השראה ולשתף פעולה עם אחרים.
שפות פיתוח של ארדואינו
Arduino משתמש בעיקר בשפת תכנות המבוססת על C++ והורחבה עם ספריות ופונקציות ספציפיות ל-Arduino.
שפה זו מפשטת היבטים רבים של תכנות עבור פרויקטים מבוססי מיקרו-בקר.
להלן שפות התכנות והמושגים העיקריים המעורבים בפיתוח Arduino:
Sketch של ארדואינו:
קובץ הקוד הראשי בפיתוח Arduino נקרא Sketch.
סקיצה היא תוכנית שנכתבה בשפת התכנות Arduino, המבוססת על C++.
הוא מורכב משתי פונקציות חיוניות: setup() ו-loop().
C++ Elements:
בעוד ששפת התכנות של Arduino מבוססת על C++, היא מפשטת כמה היבטים של C++ למתחילים.
אתה עדיין יכול להשתמש במבני C++ סטנדרטיים, כגון משתנים, סוגי נתונים, אופרטורים, לולאות ופונקציות,
בסקיצות הארדואינו.
פונקציות וספריות ספציפיות ל-Arduino:
Arduino מספק, קבוצה של פונקציות וספריות מובנות המפשטות את העבודה עם חומרת מיקרו-בקר.
פונקציות אלו כוללות קלט/פלט דיגיטלי (למשל, digitalRead(), digitalWrite()), קלט אנלוגי (למשל, analogRead()) ועוד.
ספריות מרחיבות את הפונקציונליות של Arduino על ידי אספקת קוד כתוב מראש עבור חיישנים, מודולים או משימות ספציפיים.
לדוגמה, ספריית “Servo” מפשטת את השליטה במנועי סרוו, וספריית “Wire” מאפשרת תקשורת I2C.
פונקציה setup():
הפונקציה setup() נקראת פעם אחת כאשר Arduino מתחיל לפעול.
היא משמשת לאתחול משתנים, הגדרת פינים והגדרת רכיבי חומרה.
פונקציה loop():
הפונקציה loop() נקראת שוב ושוב לאחר הפונקציה setup() .
היא מכילה את ההיגיון העיקרי של התוכנית שלך והוא המקום שבו אתה מגדיר מה Arduino צריך לעשות ברציפות.
פונקציות מיוחדות:
בנוסף ל-setup() וloop(), אתה יכול להגדיר פונקציות משלך בסקיצה של Arduino כדי לעצב את הקוד שלך ולהפוך אותו למאורגן יותר.
ניתן לקרוא לפונקציות אלו מתוך setup() ו-loop() או מפונקציות אחרות.
הערות:
אתה יכול להוסיף הערות לקוד שלך באמצעות // עבור הערות בשורה אחת ו /* */ עבור הערות מרובות שורות.
הערות משמשות כדי להסביר את מטרת הקוד ואת הפונקציונליות שלו.
משתנים:
Sketch Arduino משתמשות במשתנים כדי לאחסן ולתפעל נתונים. א
תה יכול להכריז על משתנים עם סוגי נתונים שונים (למשל, int, float, char) כדי לייצג מספרים, טקסט וערכים אחרים.
מבני בקרה:
אתה יכול להשתמש במבני בקרה כמו if, else, while, for, ולעבור כדי לקבל החלטות ולשלוט בזרימת התוכנית המפותחת.
ספריות וקוד של צד שלישי:
Arduino תומכת בשימוש בספריות חיצוניות ובקוד של צד שלישי כדי להרחיב את יכולות הפיתוח.
תוכל להוסיף ספריות ל-Arduino IDE שלך ולכלול אותן ב-Sketch לפי הצורך.
חומרה של ארדואינו
חומרת Arduino מתייחסת לרכיבים וללוחות הפיזיים המשמשים בפרויקטים מבוססי Arduino.
רכיבי חומרה אלו חיוניים ליצירת מעגלים אלקטרוניים ואינטראקציה עם העולם הפיזי.
להלן כמה ממרכיבי החומרה והלוחות העיקריים הקשורים ל- Arduino:
לוחות ארדואינו
ארדואינו מציעה מגוון לוחות מיקרו-בקר, כל אחד עם תכונות ויכולות שונות.
Arduino Uno: לוח בשימוש נרחב למתחילים עם פינים דיגיטליים ואנלוגיים שונים.
Arduino Mega: מספק יותר סיכות וזיכרון, מתאים לפרויקטים גדולים ומורכבים יותר.
Arduino Nano: לוח קומפקטי וקל משקל אידיאלי לפרויקטים עם שטח מוגבל.
Arduino Due: כולל מיקרו-בקר חזק יותר ותאימות למכשירי 3.3V.
Arduino Zero: עוצב עם מעבד 32-bit ARM Cortex-M0+ לביצועים משופרים.
סדרת Arduino MKR: מתמקדת בקישוריות עבור פרויקטי IoT עם יכולות Wi-Fi, GSM או LoRa מובנות.
אספקת חשמל לארדואינו
ניתן להפעיל לוחות Arduino באמצעות חיבורי USB, סוללות או מקורות מתח חיצוניים, בהתאם לדרישות הפרויקט.
ספקי כוח מבטיחים שהלוח והרכיבים המחוברים מקבלים את המתח והזרם הדרושים.
חיישנים לארדואינו
חיישנים מאפשרים לפרויקטים של Arduino לאסוף נתונים מהסביבה.
חיישני טמפרטורה ולחות (למשל, DHT11, DHT22)
חיישני תנועה (למשל חיישני תנועה PIR)
חיישני אור (למשל, LDRs, photodiodes)
חיישני מרחק (למשל חיישני אולטרסאונד)
מדי תאוצה וג’ירוסקופים
מפעילים לארדואינו
מפעילים משמשים לשליטה ולתפעל אלמנטים פיזיים.
נוריות LED: דיודות פולטות אור המשמשות למשוב חזותי.
מנועי סרוו: מנועים קטנים המשמשים לשליטה בזווית מדויקת.
מנועי DC: משמשים להנעת גלגלים או רכיבים מכניים אחרים.
מנועי צעד: מספקים שליטה מדויקת על הסיבוב בשלבים נפרדים.
ממסרים: משמשים לשליטה במכשירי מתח גבוה (למשל, מכשירי חשמל ביתיים).
מסכי תצוגה לארדואינו
סוגים שונים של צגים יכולים לספק פלט חזותי בפרויקטים של Arduino
צגי קריסטל נוזלי (LCD)
צגי OLED
מטריצות LED
תצוגות של שבעה מקטעים
מודולי תקשורת לארדואינו
כדי לאפשר תקשורת בין Arduino להתקנים אחרים, ניתן להשתמש במודולי תקשורת.
מודולי Wi-Fi (למשל, ESP8266, ESP32)
מודולי Bluetooth (לדוגמה, HC-05, HC-06)
מודולי GPS
מודולים של זיגבי
לוחות אם של ארדואינו
לוחות אלו מאפשרים לבנות ולבדוק מעגלים ללא הלחמה.
יש להם רשת של חורים לחיבור רכיבים באמצעות חוטי מגשר.
חוטי מגשרים ומחברים לארדואינו
אלה משמשים לחיבור רכיבים על לוחות, יצירת חיבורים חשמליים וחיבור פיני Arduino להתקנים שונים.
מארזים לארדואינו
מארזים אלה מגנים על הארדואינו ורכיבי המעגל מפני אבק, לחות ונזקים פיזיים.
הם גם משפרים את האסתטיקה של הפרויקטים.
מגנים לארדואינו
מגני ארדואינו הם לוחות הרחבה שניתן לחבר ללוחות ארדואינו כדי להוסיף פונקציות ספציפיות, כגון קישוריות אתרנט, בקרת מנוע ועוד.
רכיבי ניהול חשמל לארדואינו
ווסתי מתח, קבלים ורכיבים אחרים עוזרים לייצב ולנהל את אספקת החשמל כדי להבטיח תפקוד תקין של ה-Arduino וההתקנים המחוברים.
שאלות ותשובות בנושא ארדואינו
ש: איך ניתן לתכנת לוח Arduino?
ת: כדי לתכנת לוח Arduino, יש לכותב קוד באמצעות ה-Arduino IDE, לחבר את הלוח למחשב באמצעות USB, לבחור
את סוג הלוח והיציאה המתאימים ב-IDE, לקמפל את הקוד ולעלות אותו ללוח באמצעות הממשק של ה-IDE .
ש: מהם המרכיבים הבסיסיים של Sketch של ארדואינו?
ת: Sketch של ארדואינו מורכבת משתי פונקציות עיקריות: setup() ו-loop().
הפונקציה setup() מבוצעת פעם אחת בהתחלה, והפונקציה loop() פועלת ברציפות בלולאה.
ש: האם אני יכול להשתמש בחיישנים ורכיבים חיצוניים עם Arduino?
ת: כן, אתה יכול לחבר מגוון רחב של חיישנים, מפעילים, צגים ורכיבים אחרים ללוחות Arduino.
ש: מהם מגני Arduino?
ת: מגני Arduino הם לוחות תוספות שניתן להערם על גבי לוחות Arduino כדי להוסיף פונקציונליות ספציפית.
לדוגמה, אתה יכול להשתמש במגן Wi-Fi כדי לאפשר תקשורת אלחוטית או במגן מנוע לבקרת מנוע.
ש: האם ישנם סוגים שונים של לוחות ארדואינו?
ת: כן, Arduino מציע סוגים שונים של לוחות עם תכונות ויכולות שונות.
כמה דוגמאות כוללות Arduino Uno, Arduino Nano, Arduino Mega ו- Arduino Due, כל אחד מהם מיועד למקרי שימוש ספציפיים.
ש: איפה אני יכול למצוא פרויקטים ומדריכים ללימוד של Arduino?
ת: תוכל למצוא פרויקטים של Arduino, הדרכות ותיעוד באתר הרשמי של Arduino, כמו גם בפורומים מקוונים,
בלוגים וערוצי יוטיוב של מייקרים ומומחי Arduino.
ש12: האם נעשה שימוש ב-Arduino בפרויקטים הנדסיים מקצועיים?
A12: בעוד Arduino מזוהה עם פרויקטים חינוכיים, היא משמשת גם ביישומים הנדסיים מקצועיים,
במיוחד ביצירת אב טיפוס.
