جلسه بیست و هفتم : راه اندازی RFID با آردوینو

سلام
این جلسه قصد دارم در مورد راه اندازی ماژول های RFID باهاتون صحبت کنم . این که تکنولوژی RFID چیه و چجوری کار می کنه و اینا رو طبق معمول یه عده از دوستان زحمت کشیدن نوشتن (بهتر و کامل تر از چیزی که من قراره بگم ) اما خب جهت آشنایی با RFID و وسواس های انتخاب در قطعات و تگ ها یه مقدار صحبت می کنیم با هم .

برای توضیح RFID با یه کاربرد رایجش شروع می کنیم. قدیما وقتی می رفتیم پارکینگ بهمون یه تیکه کاغذ میدادن که ساعت ورودمون به پارکینگ رو روش زده بود و موقع برگشت هم کاغذ رو پس میدادیم به مسئولش . اونم دستی حساب می کرد و رقم نهایی رو اعلام میکرد .
الان وقتی میریم پارکینگ موقع ورود بهمون یه کارت میدن . موقع برگشت وقتی کارت رو تحویل میدیم مسئولش کارت رو میگیره مقابل یه دستگاهی و بعد از گذشت چند ثانیه رقم نهایی رو اعلام می کنه .
کارتی که باهاش این کار انجام میشه کارت RFID هست.

به طور کلی RFID از Radio Frequency Identification میاد و معنی فارسی اش میشه شناسایی فرکانس رادیویی. شناساییش خب معلومه ، کلا هدف از این سیستم ها اینه که اطلاعات یه جا ذخیره بشه و موقع نیاز از اون اطلاعات استفاده بشه و عمل شناسایی اون داده انجام بشه. اما فرکانس رادیویی یعنی چی ؟ اگه به همون مثال پارکینگ برگردیم ، تو مدل های کارتی پارکینگ ها موقع خروج ، مسئول پارکینگ کارت رو میگیره جلوی یه دستگاه . نه سیم و کابل و رابطی وجود داره و نه حتی نیازی وجود داره که کارت رو بچسبونه به اون دستگاه . با یه فاصله کارت رو از دستگاه نگه میداره و هزینه پارکینگ رو اعلام می کنه. همین موضوع یعنی این ارتباط به صورت بی سیم داره برقرار میشه و به همین خاطر هم اسم رادیویی رو میزارن روش. اما چرا فرکانسی ! همونطور که وقتی میخوایم از یه مبدا برسیم به یه مقصد ، توی یه خیابون به طور متوسط دو تا لاین وجود داره ، هموطنور هم وقتی قراره یه داده به صورت بی سیم ارسال بشه داده میتونه روی فرکانس های مختلف ( به عنوان لاین ) ارسال بشه مثلا 2.4G یا 5.8G .
در مورد ماهیت تکنولوژی RFID میتونید از این لینک اطلاعات کامل تری رو به دست بیارید

*******************************************************

تو سیستمهای RFID به طور کلی دو بخش سخت افزاری وجود داره :
یه ریدر ( Reader ) و یه تگ یا کارت .
اول در مورد تگ صحبت می کنیم.تگ یا کارت های RFID یه تراشه توی خودشون دارن که روی اون تراشه یه سری دیتا ذخیره شده ( همون دیتاهایی که ما لازم داریم روی این تگ ها ذخیره کنیم ) . علاوه بر تراشه ، روی تگ یا کارت های RFID آنتن هم وجود داره .
rfid-card

rfid-chip-and-antenna-3
این دو تا عکس رو ببیند . توی یکیش یه تگ رو نشون داده و توی یکیش یه کارت رو نشون داده . میتونید چیپ و آنتن رو توی این عکس ها ببینید.
مدل های مختلف این تگ / کارت ها رو میتونید اینجا ببینید.

به ظاهر تگ ها نگاه کنید .بعضی هاشون دایره ای شکل هستن . بعضی هاشون مستطیلی . بعضی ها شفاف هستن . بعضی ها سکه ای . بعضی ها چسبی هستن . بعضی ها کارتی و بعضی ها هم مدل سر کلیدی .
میبیند که شکل های مختلفی دارن . بر حسب این که برای چه کاربردی از این تگ ها بخواد استفاده بشه شکلشون فرق می کنه . روی بعضی از دستگاه های الکترونیکی که میخریم مدل چسبیش رو زدن ، توی استخرا مدل دستبندیش رو گذاشتن و ….

به طور کلی تگ ها رو به دو شکل میشه تقسیم بندی کرد.
1. روش تغذیه تگ ها
2. فرکانس تگ ها

در مورد فرکانس تگ ها صحبت خواهیم کرد اما در مورد روش تغذیه یه توضیح کوتاه میدیم . قائدتا این چیپی ( تراشه ) که روی تگ های RFID گذاشتن باید بهش پاور داده بشه تا فعال بشه و بتونه کار کنه ( مثل تمام چیپ های دیگه) . بر حسب این که پاور چطوری تامین بشه دو نوع تگ داریم :
1. تگ اکتیو (Active)
2. تگ پسیو (Passive)
تگ های پسیو برای تامین پاورشون از هیچ باتری ای استفاده نمی کنن. روش کار این تگ ها به این صورته که هر وقت آنتن روی کارت سیگنالی دریافت کنه ( که این سیگنال در واقع از سمت ریدر ارسال شده ) انرژی اون سیگنال ، چیپ روی تگ رو فعال می کنه و چیپ میتونه اطلاعات ذخیره شده روی خودش رو برای ریدر بفرسته (از طریق آنتن ) . چون قراره پاور چیپ از انرژی سیگنال دریافتی تامین بشه نباید فاصله بین ریدر و تگ خیلی زیاد باشه . عملا این تگ ها ساختار ساده دارن و قیمت هاشون هم بالا نیست.
اما تگ های اکتیو این طوری نیستن . تگ های اکتیو روی خودشون یه باتری کوچیک دارن که ولتاژ مصرفی چیپ از اون تامین میشه. بر حسب این که طول عمر باتری ای که روی تگ هست چقدره قیمت تگ های اکتیو فرق میکنه اما در کل قیمت تگ های اکتیو از تگ های پسیو خیلی بیشتره . یه مشکلی که تگ های اکتیو دارن اینه که وقتی طول عمر باتری تموم شه عملا چیپ روی تگ خاموش میشه . بعضی از تگ ها طوری ساخته میشن که دسترسی به باتریشون راحته و میشه وقتی باتری تموم شد تعویضش کنن اما بعضی تگ ها به هیچ عنوان نمیشه به باتریشون دسترسی داشت . در این موارد باید تگ رو انداخت سطل آشغال !!!

اما در مورد فرکانس تگ های RFID . یه نگاهی به اسم تگ هایی که تو آفتاب لینک دادم بندازید. تو اسم بعضی ها نوشته 13.56MHz ، تو بعضی ها نوشته 125khz و تو بعضی ها هم نوشته UHF . چیزی که واضحه اینه که این عددا مربوط به فرکانس هستن ( چون واحدها به ترتیب مگاهرتز و کیلوهرتز هستن و اینا واحد فرکانس هستن ). حالا داستان چیه ؟ چرا تگ ها فرکانساشون فرق می کنه ؟
جواب اینه که کلا سه تا باند فرکانسی برای RFID داریم .
1. باند LF یا همون Low Frequency : بین 125 تا 134 کيلوهرتز (در عمل همون 125khz رو در نظر میگیریم.)
2. باند HF یا همون High Frequency :محدوده 13.56 مگاهرتز
3. باند UHF یا همون Ultra High Frequency : محدوده 860 تا 960 مگاهرتز
هر چقدر فرکانس کاری RFID بالاتر باشه فاصله ای که تگ میتونه از ریدر داشته باشه هم بیتشر میشه . به عنوان مثال سیستم های RFID ای که از باند UHF استفاده می کنن فاصله تگ و ریدرشون تا چند متر هم میرسه اما سیستم هایی که با باند LF کار می کنن فاصله تگ و ریدر فقط چند سانتی متره .
یه سوال بوجود میاد این وسط . آیا میشه هر تگی رو روی هر وسیله ای چسبوند ؟ جواب منفیه . همونطور که میدونید این یه قانونه که هر چی فرکانس بره بالاتر طول موجش کوتاه تر میشه . و همین اختلاف طول موج عاملی میشه تا هر فرکانس RFID برای یه هدف خاص مورد استفاده قرار بگیره . اینجا یه سری اطلاعات گذاشته که چه باند فرکانسی ای برای چه کاربردی مناسبه .

در مورد کارت های ( یا تگ ها ) یه نکته مهم دیگه هم وجود داره و اون هم دیتایی هست که توی کارت ذخیره میشه . ما به این دیتا میگیم آیدی (ID) . این دیتا میتونه شماره پلاک ماشین باشه ، میتونه شماره پرسنلی کارمند باشه ، میتونه شماره کمد تو استخر باشه . فرقی نمی کنه این دیتا مربوط به چیه . مهم اینه تمام این دیتاها میشن یه سری عدد و توی این کارت ها ذخیره میشن .
حجم داده ای که توی این کارتها ذخیره میشه متفاوته و یکی از فاکتور های مهم در خرید کارت / تگ اینه که حافظه این کارت برای کار مورد نطر کافی هست یا نه .

*******************************************************

قسمت دوم یه سیستم RFID ، ریدر بود. ریدر ماژول یا دستگاهی هست که اطلاعات رو از تگ RFID دریافت می کنه و بعد از اون میتونه هر بلایی سرش بیاره . میتونه وصل بشه یه میکروکنترلر مثل آردوینو و داده رو بفرسته برای آردوینو تا مورد پردازش قرار بگیره . میتونه داده رو مستقیم بفرسته برای کامپیوتر تا توی کامپیوتر مورد استفاده قرار بگیره . بسته به این که پروتکل ارتباطی چی باشه نوع انتقال داده اش هم فرق می کنه.
مثلا این دستگاه ریدر رو در نظر بگیرید :
rfid_jt400_3-500x500
این ریدر با یه کابل USB وصل میشه به کامپیوتر و تنها کاری که برای راه اندازیش لازمه انجام بشه اینه که یه notepad باز کنید و کارت رو مقابل ریدر قرار بدید . دیتا از کارت فرستاده میشه برای ریدر و ریدر اون دیتا رو از طریق کابل USB میفرسته برای کامپیوتر . کامپیوتر هم اون دیتا رو روی notepad نشون میده .

اما به این ماژول نگاه کنید :
rc522_rfid_reader-500x500
این ماژول پروتکل ارتباطیش SPI هست. مراحل استفاده از این ماژول به این صورته که کارت رو مقابل آنتن این ریدر قرار میدیم. ریدر دیتا رو دریافت می کنه . اما چون پروتکا ارتباطیش SPI هست باید حتما به یه میکروکنترلر وصل بشه و دیتا رو برای اون ارسال کنه . کاری هم که ماقصد داریم توی این جلسه انجام بدیم دقیقا همینه . قصد داریم دیتای یه کارت RFID رو به وسیله این ماژول بخونیم و توی کنسول آردوینو نمایش بدیم .
مجموعه کاملی از ریدرهای RFID رو میتونید اینجا ببینید.

دقیقا مثل تگ ها ، ریدر ها هم همون سه تا باند فرکانس LF و HF و UHF رو دارن .

اما یه سوال پیش میاد و اون هم اینه که آیا مثلا یه ریدر 13.56مگاهرتز میتونه یه تگ 125کیلوهرتزی رو بخونه ؟ جواب اکیدا منفیه. هر ریدری فقط میتونه تگ فرکانس خودش رو بخونه . ریدر 13.56 فقط میتونه تگ 13.56 رو بخونه . هیچ کدوم از تگ های دو باند دیگه روی این ریدر کار نمی کنن.

*******************************************************

تا این جای آموزش فقط داشتیم می گفتیم RFID چیه ، هر سیستم RFID چه اجزائی داره و اجزائش رو که همون تگ ها و ریدرها بودن معرفی کردیم .
حالا میریم سراغ راه اندازی ماژول RC522 با اردوینو .
این ماژول که از اینجا میتونید بخریدش فرکانس کاری اش 13.56 مگاهرتز هست و پروتکل ارتباطیش هم SPI .
مثل جلسه های پیش اول سیم بندیش رو برای اتصال با آردوینو قرار میدیم:
rfid-522-diagram-pinout-wire-arduino

اگه سیم بندی این ماژول رو با سیم بندی NRF که تو جلسه قبل بود مقایسه می بینید که پینهای SCK ، MISO و MOSI دقیقا مثل سیم بندی NRF به آردوینو وصل شده و این یعنی این سه تا پین فیکس هستن . میمونه دو تا پین. پین RST و پین SDA . پین SDA که همون پین چهارم پروتکل SPI هست ( همون CS خودمونه ) که اینجا اسمش شده SDA . بنابراین این پین میتونه به هر پین دیجیتال دلخواهی متصل بشه .پین RST هم پین ریست خود ماژول RC522 هست . این پین هم میتونه به هر پین دیجیتال دلخواهی متصل بشه .

**** باز هم به این موضوع دقت کنید که ولتاژ مصرفی این ماژول 3.3 هست 5 ولت نیست . بزنید به 5 ولت احتمال سوختنش مساوی است با 100% .
*******************************************************
و اما کد :
2016-10-31_12-44-52

قسمت 1 : معرفی کتابخونه هایی هست که داریم استفاده می کنیم. کتابخونه های استفاده شده در این کد کتابخونه های SPI و MFRC522 هستن . کتابخونه SPI کتابخونه پیش فرض آردوینو هست و هیچ نیازی به نصبش وجود نداره. اما کتابخونه MFRC522 باید به لیست کتابخونه های آردوینو اضافه بشه . فایل نصبش هم تو لینک انجمن قرار داده شده.

قسمت 2 : یک شیء به نام mfrc522 از آبجکت MFRC522 بوجود اومده . شیء ای که ساخته شده دو تا آرگومان داره . آرگومان اولش شماره پین SDA استفاده شده هست که تو پروژه ما میشه پین شماره 10 . آرگومان دوم هم شمار پین RST استفاده شده هست که ما از پین شماره 9 استفاده کردیم. همونطور که قبلا اشاره کردم این دو تا پین میتونن هر دو تا پین دیجیتال دلخواهی باشن به شرط این که توی این خط کد هم اون تغییر لحاظ بشه.

قسمت 3 : این قسمت تنظیمات تابع setup هست. تنظیماتی که تو این برنامه انجام شده تنظیم بادریت ارتباط سریال آردوینو و کامپیوتر ، فعال کردن ارتباط SPI بین آردوینو و ماژول RC522 و فعال کردن و تنظیم کردن خود ماژول RC522 هست. منظورمون از تنظیم کردن RC522 این هست که توی کتابخونه ای که برای RC522 نوشتن ( همون کتابخونه MFRC522 که بالا صداش کردیم ) میاد تمام تنظیمات و متغیرهای RC522 رو تنظیم و مقدار دهی میکنه و به اصلاح خودمون RC522 رو برای شروع کار کانفیگ می کنه . این تنظیمات رو کتابخونه انجام داده تا دردسر ما برای راه اندازی این ماژول به حداقل برسونه.

و اما تابع Loop:
2016-10-31_12-56-18

قسمت 1 : این قسمت یه if نوشته شده که به شرط این که ریدر کارت RFID ای رو در نزدیکی خودش پیدا کنه از این if رد بشه . در غیر ای صورت انقدر صبر می کنه تا یه کارت در نزدیکی ریدر دیده بشه.

قسمت 2 : این if میاد چک می کنه آیا کارتی که در نزدیکی ماژول ریدر قرار گرفته میشه باهاش ارتباط برقرار کرد و دیتاش رو خوند یا نه . اگر بتونه با کارت ارتباط برقرار کنه که از if رد میشه در غیر اینصورت پروسه خوندن آیدی کارت متوقف میشه .

قسمت 3 : وقتی وارد این قسمت میشه یعنی یه کارت RFID نزدیک ریدر تشخیص داده شده و ریدر تونسته با کارت ارتباط برقرار کنه حالا مرحله خوندن اطلاعات روی کارت رسیده . اول یه Serial.print می کنه . این قسمت فقط برای اینکه که تو کنسول داده ای که چاپ میشه قابل فهم تر باشه و اگر این خط کد برداشته هم بشه هیچ اتفاقی نمی افته . بعد از اون یه حلقه for داریم . ساختار کد نویسی حلقه for اینجا کامل توضیح داده شده. حلقه for ای که مانوشتیم یه قسمت خیلی مهم داره و اون هم حد نهاییشه ، یعنی mfrc522.uid.size . این دستور میاد حجم حافظه کارت رو در میاره . یعنی ممکنه توی یه کارت 10 بایت اطلاعات ذخیره شده باشه. خروجی این دستور میشه عدد 10 بنابراین این حلقه 10بار تکرار میشه .  توی حلقه چه اتفاقی می افته ؟ یه سریال پرینت انجام میشه . چی پرینت میشه ؟ [mfrc522.uid.uidByte[i . توی هر بار تکرار شدن حلقه for یک بایت از اطلاعات کارت پرینت میشه . با تغییر مقدار i در هر بار تکرار شدن حلقه for یک بایت جدید از کارت خونده میشه . یعنی وقتی برای اولین بار وارد حلقه میشیم [mfrc522.uid.uidByte[0 پرینت میشه . دور بعد [mfrc522.uid.uidByte[1 ، دور بعد [mfrc522.uid.uidByte[2 و الی آخر. یه کار متفاوت که توی این کد انجام داده اینه که به جای اینکه خروجی دستورmfrc522.uid.uidByte رو بریزه تو یه متغیر بعد اون متغیر رو چاپ کنه ، مستقیم اومده خروجی دستور رو چاپ کرده . با این کار تو خطوط کد نویسیش صرفه جویی کرده . در مورد دستور پرینت دو تا نکته وجود داره :
1.این که Serial.print نوشته شده نه Serial.println . اگر println نوشته میشد هر بایت توی یه خط چاپ می شد اما الان با print تمام بایت ها پشت سر هم چاپ میشن.
2.توی آرگومان دوم این دستور نوشته شده HEX . این آرگومان باعث میشه کد هگز آیدی کارت تو کنسول نمایش داده باشه . اگه میخواید خود آیدی رو ببینید کافیه HEX , رو بردارید تا دستور فقط یک آرگومان داشته باشه .
2016-10-31_13-34-31
قسمت 4 : اومده یه println خالی نوشته تا برای کارت های بعدی آیدی توخط بعد چاپ بشه . دستور mfrc522.PICC_HaltA باعث میشه اگر یک کارت رو مدت طولانی روی ریدر قرار بدی فقط یک بار آیدی اون کارت چاپ بشه . بهترین راه برای درک عملکرد این دوتا تصویر زیره :
2016-10-31_13-34-31

برای تست پروژه کافیه سیم بندی رو انجام بدید. کنسول آردوینو رو باز کنید و یه تگ یا کارت با فرکانس 13.56 مگاهرتز رو در نزدیکی آنتن ماژول قرار بدید . نیازی نیست که کارت بچسبه . میتونید تا فاصله حدود 15 سانتی متری نگهش دارید. آیدی کارت تو کنسول آردوینو نمایش داده میشه.
کد و کتابخونه مربوط به این جلسه اینجا گذاشته شده .
پایان جلسه .

جلسه بیست و ششم : راه اندازی NRF24L01 با آردوینو

سلام
اول بابت تاخیرم تو این مدت از همگی عذر خواهی می کنم.
این جلسه قصد دارم با یه تیر دو تا نشون بزنم اول این که در مورد پروتکل SPI و نحوه سیم بندی اون یه توضیح مختصری بدم و دوم این که در انتقال داده به صورت بی سیم رو آموزش بدم .
منظورم از انتقال اطلاعات به صورت بی سیم رو با یه مثال میگم. فرض کنید توی یه کارخونه قراره دمای محیط رو به صورت پیوسته مانیتور کنیم و بدونیم که مثلا در ضلع جنوبی کارخونه دما چند درجه هست. یه راه حل نه چندان قشنگ اینه که سنسور دما رو تو ضلع جنوبی کارخونه وصل کنیم و آردوینو رو بزاریم تو اتاق کنترل. حالا برای وصل کردن سنسور به آردوینو باید از ضلع جنوبی تا دفتر کنترل رو سیم بکشیم تا داده ( که همون دمای محیط هست ) برسه به آردوینو و با آردوینو نمایشش بدیم. این کار دو تا مشکل داره :
1. این همه سیم آخه چه خبره !!!
2. هر سیمی که وجود داره ، تلفات داره . میزان تلفاتش هم بر میگرده به قطر و طول و جنس سیم . یه سری جدول هایی وجود داره برای محاسبه آسون تر این تلفات که اینجا میتونید ببینید. در نتیجه سیم هایی که قراره سنسور رو به آردوینو وصل کنن تلفات دارن و ممکنه داده ای که سنسور اول خط به سیم تحویل میده با داده ای که آردوینو آخر خط از سیم تحویل میگیره زمین تا آسمون فرق داشته باشه .

بنابراین ما باید دنبال راه حلی بگردیم که بتونیم داده هامون رو به صورت بی سیم ارسال کنیم .
به روش های مختلفی میشه این کار رو انجام داد که به مرور زمان دونه دونه باهاشون آشنا میشیم .
این جلسه این ارتباط بی سیم رو با NRF24L01 انجام میدیم.
توضیح این که NRF بر چه اساسی کار می کنه و چرا این طوریه و چرا اون طوریه خودش در حد یک کتابه . اینجا من فقط یه سری مقدمات میگم که دونستنش به درد همه می خوره.

وقتی اسم ارتباط بی سیم میاد اولین سوالی که پیش میاد اینه که روی چه فرکانسی این ارسال و دریافت داره انجام میشه ؟ در جواب باید گفت که NRF ها روی فرکانس 2.4 گیگا هرتز داده ارسال می کنن. این باند فرکانس باند فرکانسی خیلی شلوغیه . توی این آموزش در مورد این موضوع یه مقدار بیشتر توضیح داده . اما یه جواب مهم برای این سوال که چرا با وجود شلوغی این باند باز هم ازش استفاده میشه اینه که که آنتن مورد نیاز برای این فرکانس نیازی نیست خیلی بزرگ باشه و همین مزیت بزرگ باعث پرکاربرد بودنش میشه.

دومین سوالی که پیش میاد اینه که تا چند متر یا حتی کیلومتر میتونه ارسال داده دقیق و بدون خطا انجام بشه. اصن یه چیزی وقتی NRF رو تا سایتا سرچ می کنیم مدل های مختلف میاره . یکیش بردش 100 متره یکیش بردش 1000 متره . یکیش آنتن داره یکیش آنتن نداره . داستان چیه ؟
جواب این سوال یه کم به توضیح بیشتری احتیاج داره . بله ماژولی که از چیپ NRF24L01 میسازن بردهای مختلفی داره . نقطه مشترک همه این ماژول ها اینه که چیپ اصلیشون NRF24L01 هست. این ماژول رو ببینید :
tc24l01plus-500x500
توی طراحی این ماژول فقط و فقط تنها از چیپ خود NRF24L01 استفاده شده . آنتش هم به صورت PCB هست . نه آمپلی فایری داره نه آنتن خارجی ای . همین دو تا موضوع باعث میشه که برد این ماژول کم باشه . برد اسمیش طبق دیتاشیت ها 100 متره (که در عمل کمتر از اینه )
حالا این ماژول رو ببینید:
npa4
این ماژول علاوه بر خود چیپ NRF24L01 از دو تا مدار دیگه به عنوان آمپلی فایر قدرت و آمپلی فایر کاهش نویز استفاده کرده . همچنین اومده از آنتن خارجی هم استفاده کرده که ترکیب اون آمپلی فایر ها و این آنتن بردی حدود 1000 متر ( برد اسمی ) رو به ماژول میده . اگه به اسم ثبت شده تو سایت مگاه کنید میبیند که کنار اسم این ماژول علاوه بر NRF24L01 دو تا اسم دیگه هم می بینید : NRF24L01+PA+LNA . منظور از این PA و LNA همون دو تا مداری هست که بالا گفتم. PA یعنی Power Amplifier و LNA یعنی Low Noise Amplifier . بنابراین بسته به این که قصد دارید دادتون رو تا چه فاصله ای ارسال کنید باید ماژول مناسب با کارتون رو خریداری کنید. و این رو هم بدونید که وقتی آمپلی فایر و آنتن خارجی به طراحی ماژول اضافه بشه قیمتش هم میره بالاتر !!!

سومین سوالی که پیش میاد اینه که اگه بخوایم یه ارتباط دو طرفه برقرار کنیم باید چند تا از این ماژول ها بخریم .
منظور از ارتباط دو طرفه اینه که هر دو تا NRF بتونن واسه هم داده بفرستن و داده بگیرن . به عبارت خیلی خیلی ساده اگه NRF شماره 1 به NRF شماره 2 سلام کرد ، NRF شماره 2 فقط نشینه نگاش کنه و بهNRF شماره 1 جواب بده علیک سلام . این طوری هر دو NRF توانایی ارسال و دریافت داده رو به صورت همزمان دارن.
بنابراین اگر هدف برقراری ارتباط دو طرفه باشه خریدن دو تا ماژول NRF کفایت می کنه . به بیان دیگه هر یه NRF هم میتونه گیرنده باشه هم فرستنده.

توضیحات کامل و ریز به ریز در مورد NRF رو میتونید از اینجا بخونید.

***************************************************************************
خب حالا میریم سراغ اصل قضیه یعنی راه اندازی. هدفی که تو این آموزش داریم این که بتونیم با استفاده از کامند دادن تو کنسول آردوینو فرستنده ، دو تا LED رو تو گیرنده خاموش روشن کنیم.
اگه بخوایم مسیر داده رو تفسیر کنیم به این صورت میشه :
یه داده رو از طریق کنسول آردوینو فرستنده ارسال می کنیم. این داده توسط آردوینو دریافت میشه و مورد پرادازش قرار می گیره . وقتی پردازشش تموم شد با NRF ای که به فرستنده وصله ارسال میشه . اون طرف NRF ای که سمت گیرنده هست ( و شاید حتی 1 کیلومتر با فرستنده فاصله داشته باشه ) این دیتا رو دریافت می کنه و پردازش می کنه. نتیجه حاصل از پردازشش میشه وصعیت روشنایی LED ها ی متصل به آردوینو گیرنده.

***************************************************************************
خب حالا باید سیم بندی اتصال NRF به آردوینو رو معین کنیم . یه نکته خیلی مهمی که در مورد همه NRF ها وجود داره اینه که سیم بندی تمام مدل هاش به همین شکله . چه آمپلی فایر دار باشه چه بدون آمپلی باشه .
برای این پروژه قطعات زیر رو باید داشته باشید:
1. دو تا آردوینو یکی به عنوان فرستنده یکی به عنوان گیرنده
2. دو تا ماژول NRF
3. دو تا LED
اسم و ترتیب پینهای NRF که اصطلاحا بهش میگن pin map به این صورته :
27733959955_2281f9e3b9_o
اتصال خود NRFها سمت فرستنده و گیرنده به آردوینو دقیقا مثل همه :
9440611443471082653
خیلی خیلی خیلی دقت کنید که ولتاژ کاری ماژول های NRF پنج ولت نیست بلکه 3.3 ولته . بنابراین پایه VCC مربوط به NRF به پایه 3.3 آردوینو وصل میشه .

سمت فرستنده با اتصال NRF به آردوینو کار تموم میشه اما سمت گیرنده علاوه بر متصل کردن NRF باید دو تا LED هم به آردوینو وصل کنیم که من به پین های7 و 6 وصل کردم و تو کد نویسی هم به این دو تا پین مقدار میدم ( وصل کردن دو تا LED درگیری خاصی نداره خدایی )

شروع جلسه گفتم قصد دارم در مورد پروتکل SPI هم صحبت کنم . یه نگاه به عکسی که گذاشتم بکنید. اسم پینهای NRF رو با هم مرور کنیم: SCK – MOSI – MISO – CSN – CE – IRQ . به نظر اسم های عجیب و غریبی میاد اما از این به بعد که راه اندازی سنسورها و سایر قطعات رو شروع می کنیم کاملا این بیگانگیتون با این اسم ها برطرف میشه . سوالی که پیش میاد اینه که کدوم یکی از این پینها مربوط به پروتکل SPI هست . اگه یادتون باشه وقتی داشتم در مورد پروتکل ارتباطی سریال حرف میزدم گفتم وقتی پین TX و RX رو روی یک ماژول دیدید یقینا پروتکل ارتباطی اون ماژول سریاله . در مورد SPI اگر پینهای SCK ، MOSI ،MISO و CS ( که روی ماژول های NRF نوشته میشه CSN ) رو روی یه ماژول دیدید پروتکل ارتباطی اون ماژول SPI خواهد بود . دقت کنید هر 4 تا باید وجود داشته باشن . اصن به همین خاطره که به SPI میگن پروتکل ارتباطی 4 سیمه . سول دیگه ای که به وجود میاد اینه که این پینهای پروتکل SPI میتونن به هر پین دلخواهی از آردوینو وصل بشن . جواب منفیه !
هر مدل آردوینو (UNO , مگا ، DUE ) پینهای خاصیشون رو برای پروتکل SPI در نظر گرفتن . مثلا آردوینو UNO پین های 13 و 12 و 11 اش رو تخصیص داده ( همونطور که تو سیم بندی بالا می بینید ) و برد آردوینو مگا پینهای 53 و 52 و 51 اش رو اختصاص داده . جدول کامل این تخصیص ها به صورت زیره :
2016-10-25_11-12-48
اگه یه کم دقیق بشید متوجه میشید که توی معرفی پینهای تخصیص داده شده SPI فقط اسم 3 تا پین 13 و 12 و 11 رو آوردم در صورتی که SPI چهار سیمه . پس پین چهارم چی؟ پین چهارم که همون CS هست یار آزاده و میتونه هر پین دیجیتال دلخواهی باشه . این که چرا اون سه تا باید فیسک باشن اما این پین آزاده نیاز به توضیحاتی در مورد ماهیت پروتکل SPI داره . در مورد ارتباط SPI میتونید این آموزش رو مطالعه کنید.

دو تا پین باقی مونده دیگه که CE و IRQ هستن . تعریف های این دو پین رو میتونید از این لینک پیدا کنید. پین CE هم مثل CSN میتونه به هر پین دیجیتال دلخواهی وصل بشه . پین IRQ بر مبنای اینتراپت کار می کنه و تو خیلی از آموزش ها دیده میشه که اصلا وصلش نمی کنن . شما هم میتونید وصلش نکنید ( هیچ مشکلی پیش نمیاد )

***************************************************************************
خب حالا باید بریم سراغ کد نویسی .
اول کد سمت فرستنده رو بررسی می کنیم بعد میریم سراغ گیرنده .
کد فرستنده ( از اونجایی که کد زیاده قسمت به قسمت تصاویرش رو میزارم ):
2016-10-24_14-18-07
قسمت 1 : این بخش کتابخونه RH_NRF24 صدا زده میشه و یک شیء به نام nrf24 از آبجکت RH_NRF24 ساخته میشه ( این شیء و کلاس یه سری قصه های برنامه نویسی دارن ) دقت کنید شیء ای که ساخته شده دو تا آرگومان داره . آرگومان اول شماره پین CE و آرگومان دوم شماره پین CSN هست. این دو تا پین طبق صحبت های قبلی میتونن هر پین دیجیتال دلخواهی باشن .

قسمت 2 و 3 و4: این قسمت ها کانفیگ های مورد نیاز هستن . کانفیگ هایی مثل ارتباط سریال بین آردوینو و کامپیوتر که بادریت روی 9600 تنظیم شده یا کانفیگ پین هایی که برای ارتباط SPI استفاده شده، کانفیگ شماره کانالی که داده داره توش ارسال میشه ، کانفیگ سرعت انتقال داده و کانفیگ قدرت ارسال فرستنده . یه نکته خیلی مهم اینه که اگر سیم بندیتون مشکل داشته باشه یا خود ماژول NRF به هر دلیلی نتونه کانال و سرعت و قدرتش با کدنویسی انجام شده تو کتابخونه تنظیم بشه یکی از ارورهای init failed ، setChannel failed و setRF failed روی کنسول نمایش داده میشه .

اگر کدتون از این قسمت ها رد بشه یعنی هم سیم بندیتون درسته هم ماژول NRF تون سالمه .
و اما تابع Loop :
2016-10-24_14-39-39
قسمت 1 :با دستور() Serial.available داریم از آردوینو می پرسیم آیا تو بافر ارتباط سریالت چیزی واسه خوندن هست یا نه . به زبون ساده داریم ازش سوال می کنیم آیا تو کنسول سریال آردوینو چیزی تایپ شده یا نه . اگر چیزی تایپ شده باشه که وارد پروسه پردازش اون داده میشه در غیر این صورت انقدر منتظر می مونه تا یه داده از طرف کنسول براش ارسال بشه .

قسمت 2 : این جا یک بایت داده توسط دستور Serial.read خونده میشه و تو متغیر c ریخته میشه . حالا باید روی این داده پردازش انجام بشه .

قسمت 3 : اگر داده دریافتی کاراکتر 1 باشه توی کنسول پیغام Sending to nrf24_server چاپ میشه و با دستور nrf24.send عدد 1 ارسال میشه . دقت کنید عدد 1 توی یه متغیر به اسم data ریخته شده بعد داده این متغیر با صدا کردن دستور nrf24.send ارسال میشه . دستور nrf24.send دو تا آرگومان ورودی داره . آرگومان اولش اون داده ای هست که باید ارسال بشه و متغیر دوم سایز داده ارسالی هست که با دستور sizeof این اندازه محاسبه میشه. برای درک بهتر سیستم پست رو در نظر بگیرید . تو سیستم پست وقتی قراره یه بسته ارسال شه دو تا پارامتر مهم وجود داره یکی اسم یکی وزن . اسم که خب تکلیفش معلومه اسم رو می نویسن . اما برای به دست آوردن وزن بسته از ترازو استفاده میکنن. حالا تو کد نویسی ما کار ترازو رو دستور sizeof انجام میده ( راحت و آسوده ! ) . بعد از اون هم با دستور nrf24.waitPacketSent منتظر می مونیم تا داده کامل و بدون مشکل ارسال بشه. این از مهم ترین قابلیت های NRF هست که میتونه بفهمه داده درست و کامل ارسال شده یا نه . به این موضوع دقت کنید که من تو کدم دارم کامند 1 رو برای NRF دوم ارسال می کنم . ممکنه شما دوست داشته باشید مثلا کامند LED1 رو برای NRF دوم ارسال کنید . هیچ مشکلی نداره . کافیه اونجایی که داره متغیر دیتا رو تعریف می کنه به جای 1 توش بنویسید LED1 یعنی این شکلی : “uint8_t data[] = “LED1

قسمت 4 : دقیقا مثل قسمت 3 هست با این تفاوت که میگه از کنسول عدد 2 اومده بود NRF هم 2 رو ارسال کنه .

قسمت 5 : میگه اگر داده دریافتی از کنسول نه 1 بود نه 2 تو کنسول چاپ کن unknown character

و اما کدسمت گیرنده :
2016-10-25_10-19-05

از قسمت 1 تا قسمت 6 کاملا مشابه با کد سمت فرستنده هست.

قسمت 7 : کانفیگ پینهای 6 و7 به عنوان خروجی. این دو تا پین در واقع همون پینهایی هستن که بهشون LED وصل کردیم .
2016-10-25_10-42-25
قسمت 1 : دستور nrf24.available در واقع چک می کنه آیا داده ای داده ای توسط NRF دریافت شده یا نه . اگر دریافت شده بود میاد روی داده پردازش می کنه ، در غیر اینصورت صبر می کنه تا موقعی ای که داده بیاد .

قسمت 2 : میاد دو تا متغیر تعریف می کنه از جنس uint8_t . یکیشون متغیر buf هست و یکی len . متغیر اول که همون بافر خودمونه متغیری هست که داده دریافتی از NRF توش ریخته میشه . و len سایز متغیر بافر هست که مثل قبل اومده برای به دست آوردنش از sizeof استفاده کرده. دقت کنید که توی تعریف بافر تعداد کاراکترهاش رو RH_NRF24_MAX_MESSAGE_LEN گذاشته . این متغیر تو فایل کتابخونه مقدار دهی شده و نیازی نیست ما درگیرش بشیم ( کد و کتابخونه باهم کنار میان ).

قسمت 3 : توی این قسمت میاد چک می کنه که آیا داده دریافتی از NRF موفقیت آمیز بوده یا نه .

قسمت 4 : از اونجایی که جنس متغیر بافر از نوع uint8_t هست یه مقدار کار کردن باهاش ناخوشاینده . به خاطر همین با دستور (*char) جنس متغیر بافر رو از uint8_t تبدیل می کنیم به استرینگ .

قسمت 5 و 6 : حالا میایم داده دریافتیمون رو بررسی می کنیم . اگر 1 باشه LED شماره 7 رو روشن می کنیم . اگر 2 باشه LED شماره 6 رو روشن می کنیم.

از این جلسه به بعد یک مقدار حجم کد نویسی هامون میره بالا به همین خاطر کد ها رو براتون تو انجمن آماده میزارم. سوالی هم داشتید زیر همون تاپیک بپرسید.

کد ها رو که روی آردووینوهاتون آپلود کردید سمت فرستنده کنسول رو باز کنید و عدد 1 و بعد 2 رو بفرستید. اگر سیم بندهاتون درست باشه باید به ازای هر کامند وضعیت LED ها دچار تغییر بشه .

پایان جلسه

جلسه هشتم: آموزش Burn کردن بوت لودر آردوینو

 

سلام
تو این جلسه قصد داریم یاد بگیریم چجوری بوت لودر بردهای آردوینو رو به ساده ترین روش ممکن Burn کنیم. خب این وسط مساله اصلی اینه که بوت لودر چیه؟ برای آشنایی با بوت لودر اینجا یه دوری بزنید و بیاید.

برای Burn کردن بوت لودر به یه پروگرامر avr احتیاج داریم. این پروگرامر می تونه هر چیزی باشه. مثلا usbtiny یا stk500 یا usbasp و یا هر پروگرامر مناسب دیگه ای. ما تو این جلسه از پروگرامر ارزون usbasp استفاده می کنیم.
ATMEL_AVR_Programmer_USBisp-500x500

این پروگرامر رومیتونید از آفتاب رایانه بخرید. فقط و فقط یه داستانی داره و اون اینه که لازم firmware مربوط به این پروگرامر رو آپدیت کنید. آموزش این کار هم تو انجمن هست خیلی راحت و ساده.

خب تا این جا فقط داشتیم پروگرامر رو مهیا می کردیم. این قسمت قراره پروگرامر رو به برد آردوینو وصل کنیم. برای این کار از پین های ICSP آردوینو استفاده می کنیم. پین هایی که میگیم ( و توی شکل زیر مشخص شده) 6 تا پین هدر مربوط به ارتباط SPI میکرو هست.
ArduinoUno_r2_front450px

برای وصل کردن پروگرامر usbasp به آردوینو از شکلهای زیر استفاده کنید:
USBasp_ISP_KANDA

ArduinoUno_R3_Pinouts

دقت کنید که پین های متناظر باید به هم وصل بشن. یعنی مثلا miso به miso، زمین (GND) به زمین، Vcc به Vcc و الییییی آخر. اما این وسط یه نکته کلیدی داریم. به پین های usbasp ردیف پایین دقت کنید. 4 تا گراند (زمین) داره. شاید تو دید اول فکر کنین همه این 4 تا گراند به هم وصلن در صورتی که اصلا اینطور نیست. از بین این 4 تا فقط دو تا گراند سمت چپ به هم وصلن و اون دوتای دیگه نه به هم وصلن نه به این دو تا. بنابراین تنها نکته کلیدی برای موفقیت اینه که همه این گراندها رو به هم  وصل کنید.
خب بخش سخت افزاری تموم شد از این جای داستان به بعد به بخش نرم افزاری می رسیم. usbasp رو بزنید به پورت USB کامپیوترتون. ازتون برای نصب درایور می خواد. این درایور. اگه بلد نیستید درایور نصب کنید برید اینجا قدم به قدم باهاش پیش برید.

بعد از نصب درایور وارد محیط آردوینو بشید. از منوی Tools وارد Board بشید. این جای داستان خیلی مهیجه. اگه قصد دارید بوت لودر مربوط به UNO رو Burn کنید نوع بردتون رو UNO بزارید. اگه قصد دارید بوت لودر مربوط به MEGA رو Burn کنید نوع بردتون رو MEGA انتخاب کنید و الی آخر.
SDSD

مرحله بعد توی همون منوی Tools وارد گزینه Programmer بشید و usbasp رو انتخاب کنید:
dfdf

و اما قدم آخر:
گزینه burn bootloader رو بزنید.
121212121212

دو تا عکس آخر مراحل burn شدن رو نشون میده:
sasasasass
daddaddad

اینم از burn کردن بوت لودر به ساده ترین روش ممکن. البته این راه تنها راهی نیست که بشه باهاش بوت لودر burn کرد. مثلا اگه از پروگرامرهای usbtiny استفاده کنید نصف راهی که اومدیم خودش آماده و حاضره. مستقیم وصلش می کنیم به آردوینو و burn می کنیم.

جلسه سوم : سخت افزار آردوینو

به نام خدا موضوع این جلسه، آموزش سخت افزار آردوینو هست که بیس آموزش، آردوینو UNO است.

ArduinoUno_R3_Front (1)

متاسفانه تو این آموزش نمی تونیم به صورت خیلی جزئی به آموزش الکترونیکی بپردازیم ولی جاهایی که ممکنه تو مفهوم مشکل وجود داشته باشه لینک دادیم به صفحه های فارسی که بچه های دیگه زحمت کشیدن. عکس زیر نمایش قسمت های مختلف آردوینو به تفکیک رنگه:

1
USB connector(قسمت زرد رنگ):
با این پورت آردوینو با کابل USB به کامپیوتر وصل می شه. حالا چه احتیاجی به این کابل USB وجود داره؟
1. تامین ولتاژ مصرفی آردوینو، به زبان ساده تر یعنی روشن کردن آردوینو.
2.پروگرام کردن آردوینو با همین کابل انجام میشه یعنی فقط کافیه کد رو داشته باشیم کابل USB رو وصل می کنیم و آپلود می کنیم.
3.ارتباط سریال بین کامپیوتر و آردوینو (این قسمت مربوط به بخش برنامه نویسی است که در جلسات آینده مورد بحث قرار می گیرد.)

سوکت آداپتور (قسمت صورتی رنگ) :
هروسیله ای برای روشن شدن به ولتاژ یا به اصلاح عامیانه تر برق احتیاج داره. آردوینو هم از این قاعده جدا نیست. برای روشن کردن آردوینو چند تا راه داریم. اولین راه همون کابل USB بود. حالا فرض کنید یه مدار با آردوینو بستیم که قراره توی یه مطب یا توی بانک ازش استفاده بشه. اگه قرار باشه تنها راه روشن کرد آردوینو کابل USB باشه، باید همه جا دنبال خودمون لپتاپ هم ببریم که منطقی نیست. حالا اومدن توی بردهای آردوینو یه سوکت قرار دادن که میشه به اون سوئیچ آداپتور وصل کرد و با همون ولتاژ مصرفی آردوینو فراهم میشه.
آداپتور-مودم-12-ولت-2-آمپر-شارژر-منبع-تغذیه-12v-2a-آداپتور-مودم-آدپتور-سوئیچ-هاب-آداپتور-هارد-آداپتور-12-اداپتور آداپتور ها ولتاژها وجریان های متفاوتی دارن. حواستون باشه اینطوریا هم نیست که هر ولتاژی دوست داشته باشیم به آردوینو بدیم. معمولا آداپتورهای 5 ولت یا 9 ولت به آردوینو وصل کنید. شدیدا پیشنهاد میکنیم که 12 ولت به آردوینو وصل نکنید چون در طولانی مدت مجبور می شید باهاش خداحافظی کنید.
حالا اومدیم یه بنده خدایی پیدا شد می خواست مدارشو برداره ببره وسط صحرا باهاش کار کنه و لپتاپ هم نتونه ببره. وسط صحرا ؟ پریز برق واسه آداپتور ؟راه حل: پایه vin (در مورد این پایه بعدا توضیح داده میشه).

منبع تغذیه (قسمت نارنجی رنگ):

Untitled
برای توضیح پین های این قسمت با مثال میریم جلو. فرض کنید دو تا سنسور داریم یکی دما یکی فشار. سنسور دما 5 ولت و سنسور فشار 3.3 ولت برای روشن شدن احتیاج دارن(همون VCC). از کجا ولتاژ بیاریم؟
اگه با avr کار کنیم باید دوتا رگولاتور 5 ولت و3.3 ولت بزاریم تا از خروجی این رگولاتورها به سنسورها ولتاژ بدیم ( اگه ولتاژ بیشتر از حد تحملشون بهشون داده بشه می سوزن).

حالا اگه با آردوینو کار کنیم این دوتا رگولاتوری که ازشون حرف زدیم به صورت پیش فرض روی خود برد قرار گرفته و خروجی 5 ولت و 3.3 ولت آماده و حاضر وجود دارن. یعنی اگه شما با یکی از راه های قبلی (کابل USB یا آداپتور) خود آردینو رو روشن کرده باشین روی این دو تا پایه ولتاژهای 5 ولت و 3.3 ولت آماده استفاده هستن (شک دارید ولتمتر بزارید).
علاوه بر این، دو تا پایه زمین (GND) هم داره. برای روشن شدن سنسور علاوه بر ولتاژ دادن باید پایه گراند هم متصل باشه در غیر این صورت با وجود وصل بودن vcc سنسور روشن نمیشه.

تا الان تکلیف 4 تا پایه روشن شد حالا میریم سراغ پایه Vin. تو قسمت سوکت آداپتور یه اشاره کوچیکی کردیم. فرض کنید یه پروژه داریم که باید دمای هوای صحرا در طول یک روز اندازه گیری بشه و به ایستگاهی در فاصله یک کیلومتری فرستاده بشه. پس باید به مدت یک روز آردوینو و سنسور دما و فرستنده بی سیم توی صحرا کار گذاشته بشن. وسط صحرا نمی تونیم با آداپتور آردوینو رو روشن کنیم (پریز برق نداریم خب) میریم سراغ کابل USB. برای استفاده از کابل باید لپتاپ ما بتونه به مدت یک روز شارژ نگه داره! عملا با دو روش قبلی کاری از پیش نمیبریم.
یعنی پروژه کنسل ؟ خیر میریم سراغ پایه Vin. میشه با باتری هم آردوینو رو روشن کرد . باتری دو تا خروجی داره : ولتاژ و زمین. کافیه خروجی ولتاژ باتری به پایه Vin و گراندش به گراند آردوینو وصل بشه. البته مثل آداپتور اینجا هم مجاز نیستیم هر ولتاژی بهش بدیم. سایت سازنده خودش پیشنهاد کرده ماکزیمم 12 ولت بهش بدید ( زیر 5 ولت هم قاعدتا نباید بهش ولتاژ داد).
البته پایه Vin یه کاربرد دیگه هم داره. وقتی ولتاژ آردوینو با آداپتور فراهم بشه روی این پایه همون ولتاژ آداپتور میوفته یعنی اگه آداپتور 9 ولت وصل کرده باشید روی این پایه ولتاژی حدود 9 ولت میوفته. زمانی هم که آردوینو با کابل USB روشن بشه روی پایه Vin تقریبا 5 ولت میوفته.

و اما پایه IOREF. سطح منطقی ای که برد باهاش کار میکنه روی این پایه میفته. مثلا آردوینو UNO روی پین های ورودی خروجیش با سطح منطقی 5 ولت کار میکنه ولی آردوینو DUE با ولتاژ 3.3 ولت کار می کنه.

در مورد پایه ریست پایان همین جلسه در قسمت کلید ریست توضیح میدیم.

ورودی و خروجی های دیجیتال (قسمت سبز رنگ):

Untitled
قبل از این که وارد موضوع اصلی بشیم شاید یه عده معنی دیجیتال و آنالوگ رو ندونن .اون دوستان برن اینجا یه دوری بزنن و بیان.
آردوینو 14 تا پین دیجیتال داره از D0 تا D13. این پین ها هم به عنوان ورودی هم به عنوان خروجی تعریف میشن. یه موقع دنبال این هستیم که رله خاموش روشن کنیم پس پین به عنوان خروجی در نظر گرفته میشه. بعضی موقع ها یه سنسور دیجیتال داریم (مثل سنسور تشخیص حرکت) در این شرایط پین به عنوان ورودی تعریف میشه.
یه نکته ظریفی این وسط وجود داره. درسته موتورها هم با پایه های دیجیتال کار میکنن ولی هر پایه آردوینو فقط 40 میلی آمپر جریان داره پس عملا موتور راه انداختن با آردوینو به تنهایی کار جالبی نیست و باعث سوختنش می شه.نه تنها موتور، هر سنسوری که جریانی بیشتر از تحمل آردوینو بکشه باعث سوختنش میشه. روی هر پین آردوینو هم PULL UP داخلی وجود داره که اگه پایه به عنوان ورودی در نظر گرفته بشه با برنامه نویسی میتونیم ازش استفاده کنیم.
بعضی از این 14 تا پین آردوینو علاوه بر دیجیتال بودن ویژه گی های دیگه ای هم دارن که توضیحشون همینجاست و جلسه های بعدی روی هر کدوم ازاونها پروژه انجام میدیم.
1- پایه های سریال (Rx & Tx) : پایه های D0 و D1 آردوینو به صورت پیش فرض به عنوان پایه های ارتباط سریال در نظر گرفته شدن. پروگرام کردن آردوینو از طریق کامپیوتر هم از طریق همین 2 تا پین صورت میگیره. طوری که وقتی آردوینو در حال پروگرام شدنه این دو تا پایه که به دو تا led وصل هستن شروع به چشمک زدن می کنن. خیلی کم پیش میاد از این دو تا پایه به عنوان پین های دیجیتال در حین انجام پروژه استفاده بشه. مثلا فرض کنید بیایم به پایه های D0و D1 رله وصل کنیم و با کد نویسی اون ها رو خاموش و روشن کنیم، در حین مسیر آپلود کردن کد تو نرم افزار آردوینو یه ارور میده چرا که پین هایی که برای پروگرام کردن لازم داره ما بهشون رله وصل کردیم و استفاده شدن. بنابراین اول رله ها رو جدا می کنیم بعد پروگرام می کینم و دوباره رله ها رو وصل می کنیم. خب چه کاریه؟ از اول به دو تا پین دیگه وصل می کردیم تا این مکافات کندن و وصل کردن رو نداشته باشیم.
حالا اومدیم و مجبور شدیم با ماژولی(مثل بلوتوث) کار کنیم که ار تباطش با آردوینو از نوع TTL بود، یعنی مجبور بودیم از پایه های Rx و Txاستفاه کینم. واقعا باید برای هر بار کد آپلود کردن دائم سیم جدا کنیم و وصل کنیم؟ جواب منفیه
شما میتونید به صورت نرم افزاری پین های ارتباط سریال رو اضافه کنید. البته نمیتونید از هر پین دلخواهی هم استفاده کنید. بسته به اینکه روی کدوم نوع آردوینو کار می کنید این پین ها متفاوت هستن. به این ترفند SoftwareSerial میگن که در آینده نزدیک روش مانور خواهیم داد.

2- اینتراپت (وقفه):
اول بخونید ببینید اینتراپت چیه.
در مورد کیس خاص ما یعنی آردوینو UNO دو تا وقفه خارجی روی پین های D2و D3 وجود داره که میشه با برنامه نویسی ازاونها استفاده کرد. روال کلی وقفه اینطوریه که وقتی روی پین D2 سیگنال بیفته (به عبارتی trigger بشه) میکرو دست از اجرای هر کاری بکشه و بره یه عملیات مخصوص وقفه انجام بده(اصطلاحا میگن تابع  وقفه رو انجام بده). برای مثال فرض کنید کد اصلی روی میکرو شمارش اعداد باشه، حالا ما یه وقفه تعریف کنیم که اگه پایه D2 توسط یه رله خارجی تحریک شد پیغام “Relay ” رو چاپ کنه روی lcd. برنامه رو استارت می کنیم. میکرو شروع میکنه به شمارش 1 ، 2 ،3 و همینطوری میره جلو روی عدد 8 رله را روشن میکنیم بنابراین در اون لحظه پایه D2 تحریک شده وتابع مربوط به وقفه باید انجام باشه بنابراین در عدد 8 متوقف میشه میره پیغام “Relay ” رو روی lcd نشون میده و بر میگرده در ادامه شروع میکنه 9 ،10 ،11 و….
شکل کلی یک پالس به صورت زیره:

clk
همونطور که از شکل معلومه هر پالس لبه بالارونده و لبه پایین رونده داره. وقتی از وقفه صحبت می کنیم می تونیم تعیین کنیم پالسی که به پایه D2 داده میشه روی کدوم لبه حساس باشه. یعنی اگه به لبه بالارونده پالس رسید زیر برنامه وقفه اجرا بشه یا روی لبه پایین رونده. حتی میشه تعیین کرد به ازای هر تغییری که در سطح منطقی بوجود میاد زیر برنامه اجرا بشه.

3- 6 تا پین از 14 پین دیجیتال آردوینو UNO به صورت PWM هم کار میکنن. پین های 3، 5، 6، 9، 10 و 11. وقتی از PWM صحبت می کنیم یاد راه اندازی موتورهای DC می افتیم. ما میتونیم با استفاده از مد کاری PWM به موتورهای DC سرعت چرخش متفاوتی بدیم. با نحوه عملکرد این مد توجلسات آینده با جزئیات بیشتر و دقیق تر آشنا میشیم.

4- هر سنسوری برای برقراری ارتباط با پردازنده از یه پروتکل استفاده میکنه. بعضی ها از SPI و بعضی ها از I2C استفاده می کنن (البته یه سری از سنسورها هم ساده تر ازاین حرفا راه اندازی میشن که بعدا می بینیم). روی برد آردوینو برای هر کدوم از این دوتا پروتکل ارتباطی، پین های مشخصی در نظر گرفته شده.
اول در مورد ارتباط I2C حرف میزنیم. کلا اگه بخواهیم تشخیص بدیم سنسوری که قراره باهاش کار کنیم I2C هست یا نه کافیه به پین هاش نگاه کنیم اگه SCL و SDA داشت زدیم وسط خال. قدم بعد از تشخیص پروتکل ارتباطی سنسور، اینه که وصلش کنیم به آردوینو. برای آردوینو UNO از پین های آنالوگ A4 و A5(تو همین جلسه میگیم کجاس) استفاده میکنیم ولی بقیه مدل های آردوینو دقیقا پین هایی به اسم های SCL و SDA دارن. در آینده نزدیک با راه اندازی یه سنسور I2C کامل متوجه میشید داستان از چه قراره.

میایم سراغ SPI .برای تشخیص سنسور SPI دنبال دو تا پین تابلو برگردین: MOSI و MISO. روی برد آردوینو پین های دیجیتال 10 و 11 و 12 و 13 مخصوص پروتکل SPI هستن. ما گفتیم دنبال دوتا پین بگردین الان 4 تا پین باید وصل کنیم چی شد؟ MOSI و MISO پین هایی بود که با دیدنشوم مطمئن می شدیم سنسور از نوع SPI هست ولی در حقیقت این روش ارتباطی با 4 تا سیم داده رد و بدل میکنه به خاطر همین ما هم 4 تا پین معرفی کردیم.

5- پین دیجیتال شماره 13. این پین تو آردوینو خاصه چرا که یه led بهش وصله. گهگاهی توی پروژه هایی که داریم انجام میدیم لازمه برای آلارم یا حتی چک کردن یه LED رو روشن خاموش کنیم. مثلا فرض کنید یا سنسور تشخیص حرکت داریم و هدف اینه که به محض تشخیص هر نوع حرکتی یه آلارم به ما بده. میتونیم از این led داخلی استفاده کنیم تا به محض تشخیص جا به جایی این led روشن بشه.

پین AREF در قسمت آنالوگ توضیح داده خواهد شد.

• ورودی آنالوگ (قسمت آبی رنگ):
Untitled
6 پین بالا ورودیهای آنالوگ برد آردوینو است که با نام های A0 تا A5 مشخص شده اند. بعضی سنسورها مثل فوتوسل انالوگ هستن یعنی داده هاشون به صورت پیوسته تغییر میکنه. بدون شک نمیشه داده این سنسورها رو با پایه دیجیتال خوند پس میایم سراغ پایه آنالوگ.  خروجی سنسور وارد یه مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ده بیتی میشه و عددی بین 0 تا 1023 به عنوان داده سنسور مورد استفاده قرار می گیره. این در شرایطی هست که سنسور با ولتاژ 5 ولت کار کنه ( یعنی ماکزیم ولتاژ قابل تحمل اون 5 ولت باشه). وقتی ولتاژ قابل تحمل سنسور پایین تر باشه(مثلا 3.3 ولت) لازمه اون ولتاژ به پایه AREF هم داده بشه تا ولتاژ ورودی مرجع آنالوگ به 3.3 ولت تبدیل بشه. با اینکار رزولوشن تبدیل آنالوگ به دیجیتال بالاتر میره.

حالا یه بنده خدایی پیدا شده توی پروژش اصلا سنسور آنالوگ نداره ولی 15 تا سنسور دیجیتال باید راه بندازه. بالاتر گفتیم که کلا 14تا پین دیجیتال داریم که پین 0 و 1 هم عملا قابل استفاده نیست. بنابراین فقط 12 تا پین دیجیتال باقی میمونه در حالی که ما 15 تا سنسور داریم. یا باید بریم سراغ یه آردوینو دیگه که تعداد پایه هاش بیشتر باشه یا از یه تریک جدید استفاده کنیم . تریک جدید اینه که اون 6 تا پایه آنالوگ میتونن به عنوان دیجیتال هم استفاده بشن. یعنی چی؟
یعنی ما میتونیم به پایه A0 بگیم پایه شماره 14 دیجیتال و تا آخر به A5 بگیم پایه دیجیتال 19. با این کار دقیقا 20 تا پایه دیجیتال داریم که با کم کردن پایه 0 و 1 (به خاطر آپلود کردن کد) عملا 18 تا پایه دیجیتال داریم (هورا شدیم).

کلید ریست (قسمت آبی رنگ):

Untitled

گاهی اوقات در روند اجرای یه پروژه لازم میشه برنامه از اول اجرا بشه. مثلا فرض کنید پروژه شمارش تعداد نفراتی باشه که روزانه وارد یه محیط اداری میشن. اگه قرار باشه برنامه ریست نشه هر روز به تعداد نفرات شمارش شده اضافه میشه و داده دقیقی در دسترس نیست بنابراین لازمه روزانه مدار ریست بشه. حالا یا میتونیم یه صورت سخت افزاری ریست کنیم یعنی کلید ریست رو فشار بدیم یا میتونیم از پین ریست (RESET) استفاده کنیم. پین ریست که توی قسمت منبع تغذیه قرار داره به محض دریافت سطح منطقی 0 مدار رو ریست میکنه و برنامه از اول شروع میکنه به انجام شدن. از هر روشی که استفاده کنیم برنامه از اول اجرا میشه.

جلسه اول : آشنایی با میکروکنترلر

میکروکنترلر چیست؟
قطعه ای که این روزها دارد جای خود را در خیلی از وسایل الکتریکی باز میکند .از تلفن گرفته تا موبایل از ماوس لیزری که الان دستتان روی آن است و دارین باهاش کامپیوتر رو کنترل میکنید تا هر وسیله ای که بتوان پیچیدگی رو در اون دید میتونید یک میکروکنترلر رو ببینید .
کلمه میکروکنترلراز دو کلمه میکرو و کنترلر تشکیل شده است.
میکرو : میدونین که این یک واحد یونانی است و برابر با 10 به توان منفی 6 متر است. یعنی یک ملیونیوم متر….
کنترلر : یعنی کنترل کننده به تعبیری یعنی “مغز ” البته بدون تفکر فقط دستوراتی که به اون داده میشه به نحو احسن انجام میده.
کلمه میکرو به دو منظور استفاده شده منظور اول و مهم ،سرعت عمل میکروکنترلر است که میتواند تا یک ملیونیوم ثانیه باشد یعنی میتواند در یک ثاینه یک میلیون عملیات رو انجام بده به همین خاطر واژه میکرو رو به اون اختصاص دادن . معنی دوم آن شاید کوچیکی این قطعه باشد که تا یک ملیونیوم متر کوچیک شده شاید باور کردنی نباشه ولی در یک تراشه ممکنه بیش از یک میلیون تراتزیستور به کار رفته باشه. این کلمه وقتی اهمیتش کامل میشه که با واژه کنترلر عجین بشه تا معنیش کامل بشود .

نحوه انجام دادن کار میکروکنترلر:
تا حالا همه شما با ماشین حساب کار کردین تا حالا به نحوه کار کردنش فکر کردین شما اطلاعاتتون را که همون عملیات ریاضی هست به وسیله صفحه کلید به اون میدید بعد ماشین حساب این اطلاعات رو بر مبنای دستوراتی که قبلا به اون داده شده پردازش میکند و جواب را روی lcd نمایش میدهد. در واقع یک میکروکنترلر برنامه ریزی شده به عنوان مغز ماشین حساب این اطلاعات رو از صفحه کلید میگیره روشون پردازش انجام میده و بعد بر روی lcd نمایش میده.
کار میکروکنترلر دقیقا مشابه این است میکرو کنترلر بر مبنای یک سری ورودی که به اون داده میشه مثلا این ورودی از یک سنسور دما باشه که درجه حرارت رو میگه یا از هر چیز دیگه مثل صفحه کلید ، بر مبنای این ورودی ها و برنامه ای که قبلا ما به اون دادیم خروجیشو تنظیم میکنه که ممکنه خروجیش یک موتور باشه یا یک lcd یا هر چیز دیگری که با الکتریسیته کار بکند.

ساختمان داخلی میکروکنترلر:
کامپیوتری که الان بر روی اون دارین کار انجام میدین دارای یک پردازنده مرکزیه به نام cpu که از کنار هم قرار گرفتن چندین ملیون ترانزیستور تشکیل شده و بر روی اطلاعات پردازش انجام میده . میکرو کنترلر هم عینا دارای یک پردازنده مرکزی به نام cpu است که دقیقا کار cpu کامپیوتر رو انجام میده با این تفاوت که قدرت و سرعت پردازشش از cpu کمتره که به اون میکروپرسسور میگن.
میکروکنترلر علاوه بر cpu دارای حافظه است که ما برنامه ای که بهش میدیم در اون قرار میگیره .در کنار حافظه در میکروکنترلرهای امروزی تایمرها برای تنظیم زمان کانتر ها برای شمردن کانال های آنالوگ به دیجیتال پورت های برای گرفتن و دادن اطلاعات و امکاناتی تشکیل شده و همه اینها در یک چیپ قرار گرفته که تکنولوژی جدید اونو تو یک تراشه به اندازه یک سکه قرار داده.

تمام میکروکنترلرها جزء این 4 قسمت هستنند:
8051(1
Pic(2
Avr(3
Arm(4
خوشبختانه همه میکروکنترلر هایی که جزء هر کدام از 4 نوع بالا باشند از یک برنامه پیروی میکنند. بدین معنا که اگر شما کار با یکی از مدل های آن میکرو را یاد گرفته باشید مثل اینکه کار با تمام میکروکنترلرهای آن نوع را یاد گرفته اید.مثلا شما اگر با یکی از مدل های میکروکنترلر avr مثلا atmega8 را یاد گرفته باشید دیگر با صد ها مدل دیگر میکروکنترلر avr مشکلی ندارید وتقریبا بدون هیچ مشکلی میتوانید با دیگر مدل های این میکرو کار کنید.
اما یه مشکل که در میکروکنترلر ها وجود دارد این است که این4 نوع از لحاظ برنامه نویسی به هیچ وجه با هم دیگر سازگاری ندارند . به طور مثال اگر شما میکروکنترلر های avr و 8051 را کامل یاد گرفته باشید حتی ساده ترین برنامه رو روی یک میکروکنترلر pic نمیتوانید اجرا کنید. واین یکی از بزرگترین عیب و مشکل برای یاد گیری میکرو است .بنابراین از همون اول باید یک انتخاب درست داشته باشید و میکروکنترلر مناسب را برگزینید تا با یادگیری آن میکروکنترلر بتوانید بعدا به سادگی پروژه های خود را اجرا کنید .

8051 :
اولین میکروکنترلری بود که به دست بشر ساخته شد . ابتدا این میکروکنترلر توسط شرکت بزرگ intel ساخته شد .اما بعدا intel این امکان را به دیگر شرکت ها داد که این میکروکنترلر را تولید کنند و شرکت هایی مانند ATMEL , PHILIPS , SIEMENS , DALLAS و… به تولید این میکروکنترلر پرداختنند. یکی از شرکت هایی که به صورت گسترده به تولید این تراشه پرداخت ATMEL بود. اما اگربخواهیم به صورت کلی سیر پیشرفت این نوع میکروکنترلر رو در نظر بگیریم اولین میکروکنترلر هایی که ساخته شد با جدیدترین میکروکنترلرهای 8051 که الان تولید میشود با توجه به این پیشرفت شگفت در تمام زمینه ها که صنایع دیگر در دنیا دارند پیشرفت زیادی ندارد به طور مثال AT89S5X که میکروکنترلر 8051 جدید ساخت ATMEL است نسبت به مدل های اولیه 8051 پیشرفت آنچنانی ندارد . امکانات این میکرو نسبت به AVR و PIC قابل مقایسه نیست . به صورتی که که همین مدل جدید 8051 تقریبا حافظه ای برابر یک صدم (0.01 ) میکروکنترلر های AVR را دارد و سرعتش 4 برابر کمتر از میکروکنترلر های PIC و 12 بار کمتر از میکروکنترلر های AVR است . از لحاظ امکانات دیگر هم چنین ضعفی احساس میشود. اما برای کارهای ساده تر که پیچیدگی زیادی در آن نباشد به خاطر قیمت بسیار پایینی که این میکروکنترلر دارد بسیار مناسب است . قیمت همین مدل جدید AT89S5X حول و حوش 1000 تومان است که قیمت بسیار مناسبی است.
این میکرو کنترلر از زبان اسمبلی و C پشتیبانی میکند که زبان برنامه نویسی اصلی آن اسمبلی است که واقعا نوشتن با این زبان برنامه نویسی نسبت به زبان های برنامه نویسی دیگر هم مشکل تر و هم طولانی تر است. در کل این میکروکنترلر امروزه دیگر توانای رقابت با AVR و PIC رو ندارد و امروزه رقابت اصلی بین این دو میکروکنترلر است.

PIC :
واقعا میکروکنترلر خیلی قوی است که بر اساس بعضی آمار ها بیشترین کاربر را به خود اختصاص داده است البته متذکر شوم که در ایران این آمار به نفع AVR است. این میکروکنترلر ساخت شرکت میکرو چیپ است که PIC رو در مدل های خیلی زیادی با امکانات مختلف برای کارهای مختلف میسازد .چون بحث اصلی ما روی AVR هست از توضیح بیشتر این میکروکنترلر میگذریم.

AVR :
به میکروکنترلر AVR میرسیم .اول از همه سرعت این میکروکنترلر بسیار بالاست و به قولی دستوراتی که بهش داده میشه در یک سیکل کلاک انجام میده. AVR از زبان های برنامه نویسی سطح بالا یا به اصطلاح (HIGH LEVEL LANGUAGE) HLL پشتیبانی میکند که باعث تولید کدهای بیشتری میشود که در کل برنامه نوشته شده نسبت به برنامه هایی که برای 8051 و PIC نوشته میشود کوتاهتر است. امکانات جانبی این میکروکنترلر بسیار مناسب است و شما را از خرید بعضی لوازم جانبی مانند چیپ های آنالوگ به دیجیتال (ADC) , مقایسه گر آنالوگ و… راحت میکند .در ضمن AVR از بسیاری از استاندارد های ارتباطی مانند SPI,UART,12C,JTAG پشتیبانی میکند که به راحتی میتوان این میکروکنترلر را با میکروکنترلر دیگر یا و سایل دیگر وصل کرد و با وسایل دیگر به راحتی ارتباط برقرار کند. قیمت این میکروکنترلر هم به نسبت امکانات فراوانی که داره بسیار پایین است به طوری که یک میکروکنترلر AVR تقریبا پیشرفته رو با قیمت حول و حوش 3 تا 4 هزار تومان خرید .
AVRها به پنج گروه تقسیم شده اند:
tinyAVR (1
megaAVR (2
AVR (3 XMEGA
AVR32 UC3 (4
AVR32 AP7 (5

ARM :
ARM یک میکرو کنترلر قدرتمند با کاربردهای متنوع است. ARM ها بیشتر در جاهایی که ظاهر زیبای کار مورد توجه است استفاده می شوند چرا که این میکروکنترلرها می توانند سیستم عامل های لینوکس و ویندوز رو راه اندازی کنند.
پروگرام میکروکنترلر :
شاید تا حالا به نظرتون رسیده باشه که این میکروکنترلر رو چگونه میشه برنامه ریزی کرد تا کار مورد نظرمان را انجام بده در صورتی که یک میکروکنترلر برنامه ریزی نشده هیچ کاری رو نمیتونه انجام بده و هیچ کاربردی نداره در واقع برنامه هر میکرو روح وجانی است که در اون دمیده میشه و اون رو زنده میکنه.
برای برنامه ریزی میکروکنترلر نیاز به دستگاه یا بردی هست به نام پروگرامر که یه پل ارتباطیه بین کامپیوتر و میکروکنترلر . پروگرامر را هم میشه از بازار تهیه کرد و هم میشه اون رو ساخت.
البته پروگرامرهای مختلفی در بازار هستنند که متانسب با کاربردشان قیمت های مختلفی دارند بعضی ها فقط چند مدل رو پروگرام میکنند بعضی از پروگرامر ها همه فن حریفند و تمام میکروکنترلر های 8051AVR ,ARM, PIC , رو برنامه ریزی میکنند به طبع قیمت زیادتری دارند.

لینک فروم جلسه اول برای پرسش و پاسخ.
به ما سر بزنید دوستان.