آموزش برد آردوینو (Arduino) با انجام پروژه های عملی

امروزه استفاده از بردهایی با اندازه کوچک و قابلیت های فراوان، روز به روز در حال گسترش می باشد که یکی از دلایل آن، سادگی ارتباط این برد با انواع ماژول ها و سنسورهای مختلف می باشد، همچنین به دلیل قیمت ناچیز بردهای مذکور، علاقه مندان بسیار زیادی پیدا کرده است. یکی از معروف ترین و محبوب ترین این بردها، بردهای آردوینو می باشند و بیشترین کاربرد بردهای مذکور، در صنعت روباتیک، هوشمند سازی، اتوماسیون، اینترنت اشیا و طرح های پژوهشی و تحقیقی است.

در این فرادرس، به آموزش پیشرفته برد محبوب آردوینو و بسیاری از واحدهای داخلی این برد در قالب مثال های کاربردی، پرداخته شده است. برخی از مهم ترین واحدهای تشکیل دهنده آردوینو، عبارت اند از: واحد ارتباط سریال، پروتکل ارتباطی SPI، واحد ارتباط دوسیمه (TWI)، واحد وقفه، واحد PWM و ADC.

علاوه بر موارد فوق، راه اندازی اکثر ماژول ها و سنسورهای معروف و کاربردی نیز به صورت عملی آموزش داده شده و در خصوص هر یک از آن ها توضیحات مفصلی ارائه گردیده است، علاوه بر آن، مفاهیم پیشرفته ای مانند: اشاره گرها و برنامه نویسی شی گرا در آردوینو و نحوه نوشتن کتابخانه برای برد آردوینو بررسی شده است.

فهرست سرفصل ها و رئوس مطالب مطرح شده در این مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:

• درس یکم: آشنایی اجمالی با برد آردوینو (Arduino)
  • تاریخچه و معرفی برد آردوینو
  • بررسی سخت افزاری و نرم افزاری برد آردوینو
  • آشنایی با مزیت های آردوینو و مقایسه آن با میکروکنترلر
  • آشنایی با مدل های مختلف آردوینو و بررسی ویژگی های هر یک از آن ها
  • آشنایی با واحدهای داخلی آردوینو
  • آشنایی با وب سایت اصلی آردوینو و تشریح قسمت های مربوطه
  • محیط برنامه نویسی آردوینو و پیکربندی آن
• درس دوم: واحد ارتباط سریال در آردوینو
  • ارتباط سریال در آردوینو به صورت پروژه محور
  • متدها و توابع ارتباط سریال به صورت پروژه محور
  • راه اندازی LED RGB با استفاده از واحد ارتباط سریال
  • استفاده از سریال مانیتور در آردوینو
  • ایجاد ارتباط سریال مجازی با استفاده از کتابخانه SoftwareSerial و شبیه سازی در پروتئوس (Proteus)
  • استفاده از ترمینال مجازی و پورت سریال در پروتئوس
  • ارسال و دریافت دیتا توسط سریال مانیتور به صورت پروژه محور
  • ارتباط آردوینو با سی شارپ و ویژال بیسیک توسط واحد ارتباط سریال
  • ارسال و دریافت دیتا بین آردوینو و سی شارپ
  • کنترل لوازم با استفاده از فرم های برنامه نویسی شده در سی شارپ به صورت پیشرفته
  • مانیتورینگ دیتا توسط فرم های برنامه نویسی شده در ویژال بیسیک
  • شبیه سازی پروژه ها و فرم های برنامه نویسی شده در پروتئوس به صورت پیشرفته
  • شبیه سازی مدارهای مربوطه در نرم افزار Fritzing
• درس سوم: واحد PWM و ADC در آردوینو
  • راه اندازی واحد PWM در آردوینو
  • آشنایی با مفهوم Duty cycle در PWM
  • استفاده از اسیلوسکوپ (Oscilloscope) در نرم افزار پروتئوس برای مشاهده پالس های PWM
  • راه اندازی واحد ADC در آردوینو به همراه فرمول ها و نکات مربوطه
  • شبیه سازی پروژه ها در نرم افزار پروتئوس و Fritzing
• درس چهارم: واحد وقفه در آردوینو
  • معرفی واحد وقفه در آردوینو
  • آشنایی با روش Pooling و مقایسه آن با وقفه (Interrupt)
  • واحد وقفه در آردوینو به صورت پروژه محور
  • آشنایی با لبه های بالا رونده و پایین رونده
  • دستورات واحد وقفه
• درس پنجم: واحد SPI در آردوینو
  • معرفی واحد SPI در آردوینو
  • متدها و توابع مربوط به SPI و پیکربندی آن
  • پروژه ارتباط بین دو برد آردوینو توسط واحد SPI و شبیه سازی در پروتئوس (ارسال و دریافت دیتا بین دو برد آردوینو)
• درس ششم: واحد TWI و I2C در آردوینو
  • معرفی واحد TWI و I2C در آردوینو
  • تفاوت های واحد TWI و واحد I2C
  • متدها و توابع مربوط به TWI و پیکربندی آن
  • بررسی تفاوت های بین پروتکل SPI و پروتکل TWI
  • پروژه ارتباط بین دو برد آردوینو توسط واحد SPI و شبیه سازی در پروتئوس (ارسال و دریافت دیتا بین دو برد آردوینو)
• درس هفتم: حافظه EEPROM در آردوینو
  • معرفی انواع حافظه های موجود در آردوینو و مقایسه آن ها
  • آشنایی با حافظه EEPROM و کاربرد آن
  • متدها و توابع مربوط به حافظه EEPROM
  • نوشتن و خواندن دیتا در حافظه EEPROM به صورت پروژه محور
• درس هشتم: آرایه ها و رشته ها در آردوینو
  • معرفی ساختمان داده آرایه و کاربردهای آن
  • آرایه ها در برنامه نویسی آردوینو و شبیه سازی در پروتئوس
  • آشنایی با رشته ها و کاربردهای آن
  • متدها و توابع مربوط به رشته ها:
    • ()charat
    • ()concat
    • ()startsWith
    • ()endsWith
    • ()equals
    • ()indexof
    • ()lastIndexOf
    • ()length
• درس نهم: برنامه نویسی پیشرفته برد آردوینو
  • تولید صوت در آردوینو
  • دستورات ()tone و ()noTone در آردوینو
  • آشنایی با انواع داده ها در آردوینو
  • کار با توابع ریاضی در آردوینو:
    • ()abs
    • ()constrain
    • ()map
    • ()max
    • ()min
    • ()pow
    • ()sq
    • ()sqrt
  • تبدیل نوع ها به یکدیگر (Typecasting)
  • انواع روش های ریست برد آردوینو (ریست نرم افزاری و ریست سخت افزاری)
  • پروژه تایمر سگ نگهبان (Watchdog timer) در آردوینو و کاربردهای آن
  • پروژه واحد تایمر-کانتر (Timer-Counter) در آردوینو به صورت عملی
  • استفاده از پایه های آنالوگ به عنوان پایه های دیجیتال
  • رفع مشکل کمبود پایه ها در برد آردوینو
  • آشنایی با انواع لبه ها در آردوینو (لبه بالارونده – لبه پایین رونده)
  • مقاومت های Pullup و Pulldown و کاربرد آن ها در مدارات
  • نحوه اضافه کردن کتابخانه ها به آردوینو با استفاده از چندین روش مختلف
  • نکات کاربردی و پیشرفته در خصوص بهینه سازی حافظه در برد آردوینو
  • دستور Progmem در آردوینو
  • روش ()sizeof
  • روش ()analogReference
  • روش ()pulseIn
  • دستور typedef در آردوینو
  • تولید اعداد تصادفی در آردوینو
  • دستورات کنترلی در آردوینو
    • دستور goto
    • دستور return
    • دستور break
    • دستور continue
  • دستورات مربوط به زمان
    • ()delay
    • ()delayMicroseconds
    • ()micros
    • ()millis
  • برنامه نویسی آردوینو با استفاده از پورت ها
  • رویدادهای مربوط به واحد ارتباط سریال به صورت کاربردی و پروژه محور
  • آشنایی با مبناهای عددی و گیت های منطقی در آردوینو به صورت کاربردی
  • استخراج فایل های هگز از آردوینو و انتقال به میکروکنترلر به صورت پروژه محور و عملی
  • پروگرم کردن آردوینو با استفاده از موبایل و تبلت
  • برنامه نویسی منوها در آردوینو (مجهز کردن پروژه ها به واسط کاربری)
  • اشاره گرها (Pointer) در آردوینو به صورت پروژه محور
  • ساختارها (Struct) در آردوینو به صورت پروژه محور
  • یونیون ها (Union) در آردوینو به صورت پروژه محور
  • کلاس ها (Class) در آردوینو به صورت پروژه محور
  • مقایسه ساختارها و کلاس ها در آردوینو
  • حوزه دید متغیرها (Scope) در آردوینو (متغیرهای محلی و سراسری)
  • دستور static در برنامه نویسی آردوینو
  • دستور volatile در برنامه نویسی آردوینو
  • آموزش استفاده از ثوابت با استفاده از دستور const و define# در آردوینو
  • مقایسه دستور const و دستور پیش پردازنده define#
  • دستورات پیش پردازنده در آردوینو و کاربرد آن ها
  • نوشتن کتابخانه های کاربردی برای آردوینو به صورت کاملا پروژه محور
  • توابع بیتی در آردوینو
    • ()Bit
    • ()bitClear
    • ()bitRead
    • ()bitSet
    • ()bitWrite
    • ()highByte
    • ()lowByte
    • توابع کاراکتری در آردوینو
    • ()isControl
    • ()isDigit
  • بهینه سازی مصرف انرژی در آردوینو
  • برنامه نویسی میکروکنترلرها (Atmega) با استفاده از محیط برنامه نویسی آردوینو
  • شبیه سازی پروژه های آردوینو با استفاده از نرم افزار شبیه ساز

مفید برای رشته های

• مهندسی برق
• مهندسی کامپیوتر