برد آردوینو UNO Q

آردوینو چیست؟

برد آردوینو به خاطر انعطاف پذیری بالا، سادگی و کاربری آسان یکی از پر طرفدارترین محصولات در دنیای قطعات الکترونیک است. آردوینو بردی الکترونیکی در ابعاد کوچک و جمع و جور است که به افراد این امکان را می دهد تا روی آن برنامه ریزی کنند. این برد قابل برنامه ریزی شامل میکروکنترلری قدرتمند با پین های ورودی و خروجی است که از طریق آن می توان مدارها را به راحتی کنترل کرد. شرکت آردوینو محیطی را برای برنامه نویسی آردوینو طراحی کرده است. با این برنامه نویسی حرفه ای می توان سنسورها، LEDها، و انواع ماژول ها را به این برد کوچک وصل کرد.

برنامه های نوشته در نرم افزار آردوینو به برد آن منتقل می شود و انواع پروژه های علمی شما را انجام می دهد. این قطعه با ابعاد کوچکی که دارد برای پروژه های DYI بسیار کاربردی است. میکروکنترلر آردوینو با سنسورهای متنوعی مثل دما، رطوبت و نور برنامه ریزی می شود. کاربران این برد آموزش های رایگان رائه می دهند و مطالب را با یک دیگر به اشتراک می گذارند، به همین دلیل این ابزار برای افراد مبتدی تا حرفه ای بسیار کاربردی است.

برد آردوینو UNO Q، یکی از حرفه ای ترین نسخه های آردوینو است که در کشور ایتالیا تولید شده است.

تاریخچه ای از آردوینو

پروژه آردوینو برای اولین بار توسط دانشجویان در کشور ایتالیا انجام شد. دانشجویان به دنبال ساخت برد الکترونیکی ارزان و مبتدی بودند. این کار با هدف خاصی شکل گرفت. علاقه مندان رشته برق و الکترونیک توانستند بدون آموزش های سخت الکترونیک، نظریه های خود را عملی کنند. برنامه نویسی در محیط Arduino IDE باعث شد این برد به رسمیت شناخته شود. سال ها بعد به عنوان یکی از قطعات مهم در آموزش و پروژه های هوشمند معرفی شد. دانشجویان با این برد توانستند به خوبی ایده های خود را با کمترین قیمت و روشی راحت شبیه سازی کنند.

کاربردهای اصلی آردوینو

• آموزش

یکی از کاربردهای اصلی برد Arduino در آموزش و یادگیری های وسیع الکترونیک و برنامه نویسی است. دانشجویان می توانند با این ماژول به دنیای الکترونیک نزدیک شوند و مفاهیمی که به صورت تئوری آموزش دیدند را در عمل بیاورند. این کار باعث انگیزه در یادگیری بیشتر می شود. Arduino Nano 33 Sense BLE Rev2 یکی از بردهای محبوب آردوئینو است که کاربرد آموزشی دارد.

• رباتیک و مکانیک

آردوینو در رباتیک و رشته مکانیک برای قیمت مناسبی که دارد، بسیار استفاده می شود. این برد موتورهای DC و سرورها را کنترل می کند و از طریق کتابخانه هایی که برای برنامه نویسی دارد، چرخش و حرکت را برای ربات ها فراهم می کند. از آنجا که این برد از انواع سنسورها پشتیبانی می کند، ربات ها از این طریق مسیرها را شناسایی می کنند. همچنین آردوینو می تواند حرکات مکانیکی اشیا را کنترل کند. در واقع این ابزار با اتصال به سنسورهای الکترونیکی، کمیت های مکانیکی را اندازه می گیرد.

• IOT و خانه دیجیتال

با اتصال برد به ماژول ها و برنامه نویسی های تخصصی، لوازم خانگی از دور قابل کنترل هستند. از طریق این قطعه می توان نور را به صورت خودکار با حضور افراد قطع و وصل کرد. آردوینو دیتاهایی که توسط سنسورها پردازش شده اند را دریافت می کند. بعد از گرفتن داده ها آنها را پردازش می کند. برای هر فرآیند باید برنامه مشخصی از طریق نرم افزار آردوینو نوشته شود. آردوینو بعد از پردازش طبق برنامه دستور را اجرا می کند. در مثالی ساده می توان این فرآیند را توضیح داد. سنسور مادون قرمز نوعی سنسور تشخیص حرکت است که جا به جایی انسان را تشخیص می دهد، این سنسور به آردوینو متصل می شود و در صورت حرکت افراد اطلاعات را به برد منتقل می کند. بعد از اینکه آردوینو پردازش را انجام داد، طبق برنامه، در صورت جا به جایی چراغ روشن می شود.

از طریق این برد آردوینو و به کارگیری یک رزبری پای می توان سنسورها را به طور مستقیم کنترل کرد و رزبری پای را به عنوان یک CPU برای جمع آوری دیتا در نظر گرفت.

برد آردوینو UNO Q

رد آردوینو ABX00162 با نام دیگر UNO Q، بردی است که دارای پردازنده‌ی اصلی ARM Cortex-A53 چهار‌هسته‌ای و پردازنده‌ی کمکی ARM Cortex-M33 با معماری 32 بیتی است. این برد برای پروژه‌های حرفه‌ای خانه‌ی هوشمند، اینترنت اشیا و کنترل‌های پیشرفته به کار می‌رود. این مدل از آردوینو با فرکانس پردازنده تا 2.0 گیگاهرتز در هسته‌ی اصلی کار می‌کند و می‌تواند ورودی و خروجی‌های دیجیتال و آنالوگ را با دقت و سرعت بالا کنترل کند. پردازنده‌های این برد مهم‌ ترین بخش آن محسوب می‌شوند که برنامه را اجرا و مرحله‌ی پردازش دیتا را مدیریت می کنند. این برد دارای اتصالات داخلی Wi-Fi و Bluetooth 5.1 است تا بتواند به‌صورت مستقیم به اینترنت و دستگاه‌های هوشمند متصل شود، بدون نیاز به ماژول‌های جداگانه مانند ESP8266 یا HC-05.

ویژگی های برد Arduino UNO Q (ABX00162)

• طراحی پایدار و جدید

• میکروکنترلر اصلی

پردازنده‌ی اصلی این برد چهار‌هسته‌ای ARM Cortex-A53 است که تمام پردازش‌های منطقی، محاسباتی و کنترلی را انجام می‌دهد. این پردازنده با فرکانس کاری تا 2.0 گیگاهرتز قادر است ورودی‌ها را از حسگرها و ماژول‌های مختلف به‌صورت لحظه‌ای دریافت کرده و خروجی‌ها را با حداقل تأخیر و دقت بسیار بالا کنترل کند. وجود پردازنده‌ی کمکی ARM Cortex-M33 نیز در پروژه‌های دقیق و زمان‌ حساس بسیار مهم است. برد UNO Q در پروژه‌های دقیق، عملکردی پایدار دارد.

• اینترنت اشیا IOT

این برد به‌صورت پیش‌ فرض دارای اتصالات بی‌سیم داخلی Wi-Fi و Bluetooth 5.1 است و نیازی به استفاده از ماژول‌های جانبی ندارد. این قابلیت به کاربر امکان می‌دهد تا بدون هیچ سخت‌افزار اضافی، پروژه‌های خانه هوشمند، اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های داده‌برداری از راه دور را به‌صورت مستقیم و با پایداری بالا اجرا کند. پشتیبانی از ابزار های IoT و شبکه‌های ابری نیز باعث می‌شود برد UNO Q گزینه‌ای مناسب برای توسعه‌ی سامانه‌های هوشمند و متصل به اینترنت باشد.

از طریق سایت eNabz می توانید برد آردوینو ABX00162 را با ضمانت کامل تهیه کنید.

• سازگاری با لوازم های قدیمی Arduino

یکی از ویژگی‌های مهم UNO Q، سازگاری کامل با شیلدها و افزونه‌های کلاسیک Arduino است. پین‌ها، خطوط تغذیه و پورت‌های ارتباطی مانند SPI، I²C و UART در این برد مانند استاندارد قبلی طراحی شده است. بنابراین می‌توان تمام سنسورها، ماژول‌ها و شیلدهای قدیمی مورد استفاده در پروژه‌های قبلی را بدون هیچ تغییر سخت‌افزاری روی این مدل نصب و اجرا کرد. این ویژگی باعث می‌شود UNO Q پلی میان سخت‌افزارهای سنتی و فناوری‌های مدرن آردوینو باشد.

• امکان توسعه نرم‌افزار در یک محیط مشترک

برد UNO Q ABX00162 با پشتیبانی از محیط‌های نرم‌افزاری رسمی Arduino IDE و Arduino Cloud، کار توسعه و برنامه‌نویسی را برای کاربران در هر سطحی ساده کرده است. این محیط‌ها روی ویندوز، مک و لینوکس قابل‌نصب هستند و امکان نوشتن، تست و آپلود مستقیم کد روی هر دو پردازنده‌ی برد (Cortex-A53 و Cortex-M33) را فراهم می‌کنند.
زبان برنامه‌نویسی این برد ترکیبی از C، C++ و پایتون است و به کمک پشتیبانی از سیستم‌عامل‌های Zephyr OS و لینوکس، می‌توان برنامه‌های پیچیده‌تری را در قالب پروژه‌های هوش مصنوعی، شبکه یا IoT توسعه داد.
کاربران حرفه‌ای‌تر می‌توانند از محیط‌هایی مانند Visual Studio Code، PlatformIO یا حتی Docker و Jupyter Notebook استفاده کنند که ابزارهای پیشرفته‌تری برای دیباگ، مانیتورینگ و مدیریت پروژه‌ها ارائه می‌دهند. همچنین Python، ارتباط مستقیم بین UNO Q و سیستم را برای خواندن دیتا یا ارسال فرمان‌ به‌ صورت لحظه ای فراهم می کند.

امکانات نرم افزاری Arduino UNO Q

این برد از نظر نرم‌افزاری قابلیت‌های متنوعی دارد. یکی از بهترین ویژگی‌های آن، پشتیبانی کامل از محیط‌های Arduino IDE و Arduino Cloud است. این ویژگی باعث شده برد UNO Q در بسیاری از پروژه‌های هوش مصنوعی، رباتیک، اینترنت اشیا و کنترل صنعتی استفاده شود.
Arduino IDE یکی از راحت‌ترین محیط‌های برنامه‌نویسی آردوینو است که با زبان‌های C و C++ امکان کدنویسی و اجرای برنامه‌ها روی پردازنده‌های برد را فراهم می‌کند.
همچنین از طریق افزونه‌ها و کتابخانه‌های جانبی، می‌توان با زبان‌های پایتون، MATLAB و JavaScript نیز با این برد ارتباط برقرار کرد و داده‌ها را دریافت، تحلیل یا پردازش نمود. پشتیبانی از سیستم‌عامل‌های Zephyr و لینوکس نیز امکان اجرای برنامه‌های پیچیده‌تر و چندوظیفه‌ای را فراهم می‌کند.

• Arduino App Lab: از طریق این نرم افزار برنامه هایی که یک میکروکنترلر و یک ریز پردازنده با سیستم عامل لینوکس دارند، روی UNO Q اجرا می شوند.

مقایسه آردوینو UNO Rev3 با آردوینو UNO Q (ABX00162)

تفاوت‌های اصلی این دو برد در پردازنده‌هایشان است. پردازنده UNO R3 از نوع ATmega328P هشت‌بیتی و معماری AVR است. در حالی‌که پردازنده‌ی UNO Q بر پایه‌ی معماری ARM Cortex-A53 تولید شده است. این پردازنده 4 هسته ای است و پردازنده‌ی کمکی با توان پردازشی بسیار بالا دارد. آردوینو Q معمولاً پردازنده‌ی کمکی نیز دارد که به اجرای سریع‌تر وظایف و پردازش هم‌زمان داده‌ها کمک می‌کند.

حافظه‌ی RAM در مدل UNO Q بسیار بیشتر است و می‌تواند تا چند صد مگابایت یا گیگابایت برسد، در حالی‌که در مدل R3 تنها 2 کیلو بایت SRAM وجود دارد. در نسخه‌ی قدیمی‌تر UNO R3 هیچ ارتباط بی‌سیم داخلی وجود ندارد، اما مدل‌های جدیدتر مانند UNO Q یا UNO R4 Wi-Fi از Wi-Fi و Bluetooth 5.1 پشتیبانی می‌کنند. UNO R3 دارای پورت USB Type-B است، در حالی‌که مدل‌های جدید از USB Type-C استفاده می‌کنند.

مدل R3 از هیچ سیستم‌عامل داخلی پشتیبانی نمی‌کند، در حالی‌که بردهای جدیدتر مانند UNO Q علاوه بر پشتیبانی از Zephyr OS و Linux، از کتابخانه‌های هوش مصنوعی نیز پشتیبانی دارند.

تفاوت اصلی این دو در کاربردشان است: نسخه‌های جدیدتر در حوزه‌های هوش مصنوعی، رباتیک، اینترنت اشیا و بینایی ماشین استفاده می‌شوند، در حالی‌که UNO R3 بیشتر جنبه‌ی آموزشی دارد و در پروژه‌های ساده‌تر کاربرد دارد.

به طور کلی، UNO Q از اولین محصولات پیشرفته‌ی خانواده‌ی آردوینو است که هم در رباتیک کاربرد دارد و هم دارای پردازنده‌ی کمکی برای پردازش‌های سریع‌ تر است.

طراحی و معماری Arduino UNO Q

• پردازنده اصلی و کمکی

پردازنده اصلی این برد ARM Cortex-A53 چهار هسته‌ای با معماری 64 بیتی و فرکانس کاری تا 2 گیگاهرتز است که برای اجرای دستورات، پردازش داده‌ها و کنترل ورودی و خروجی به‌کار می‌رود. این برد همچنین دارای پردازنده کمکی Cortex-M33 است که اجرای وظایف هم‌زمان و پردازش سریع‌ تر را ممکن می‌سازد. پردازنده اصلی دارای  چهار هسته‌ Qualcomm Dragon wing QRB2210 با معماری ARM Cortex-A53 مناسب برای اجرای سیستم‌عامل لینوکس Debian و پردازش‌های پیچیده است. پردازنده کمکی میکروکنترلر STM32U585 با معماری ARM Cortex-M33 است که ورودی خروجی را مدیریت می کند.

• ذخیره‌سازی

این برد دارای حافظه فلش داخلی 4–16 گیگابایت و RAM تا 2 گیگابایت LPDDR4 X برای پردازش داده‌ها است. علاوه بر این، امکان استفاده از EEPROM مجازی و اتصال حافظه‌های جانبی از طریق SD Card یا eMMC وجود دارد که نگهداری داده‌ها و اجرای برنامه‌های پیچیده‌تر را ممکن می‌کند.

• اتصالات و بی‌سیم

این مدل از آردوینو به‌صورت پیش‌فرض دارای Wi-Fi و Bluetooth 5.1 داخلی است و نیازی به ماژول‌های خارجی ندارد. ارتباط با اینترنت و دستگاه‌های هوشمند به‌صورت مستقیم و پایدار امکان‌پذیر است، اما در صورت تمایل می‌توان از ماژول‌های جانبی مانند ESP8266 یا HC-05 برای سازگاری با پروژه‌های قدیمی استفاده کرد. پایه‌های TX / RX و سایر پورت‌های ارتباطی نیز برای توسعه و تعامل با دیگر سخت‌ افزارها در دسترس هستند.

• انواع پین‌ها

برد Arduino UNO Q دارای 14 پین دیجیتال است که می‌توانند به‌عنوان ورودی و خروجی استفاده شوند. بعضی از پین‌ها شدت نور LED را کنترل می‌کنند و سرعت موتور سروو را مشخص می‌کنند. پین‌های D3، D5 D6 ،D9 ،D10 و D11 نمونه‌ای از این پین‌ها هستند که قابلیت PWM دارند.

برای مثال، با استفاده از این پین‌ها می‌توان LED را با شدت نور دلخواه روشن کرد یا یک سوئیچ دیجیتال را خواند. این قابلیت‌ها باعث می‌شوند پین‌های دیجیتال UNO Q برای پروژه‌های رباتیک، هوش مصنوعی و کنترل سخت‌افزار پیشرفته بسیار مناسب باشند.

این برد همچنین دارای 6 پین آنالوگ از A0 تا A5 است که سیگنال‌های آنالوگ را از سنسورهایی مثل نور، دما و فشار می‌خوانند.

پین‌های D0 و D1 برای ارتباط سریال با سیستم‌های دیگر استفاده می‌شوند. یعنی با آن، داده و اطلاعات بین میکروکنترلر آردوینو یا دیگر دستگاه‌ها رد و بدل می شوند. این بخش برای کنترل و دیباگ کردن بسیار اهمیت دارد.

پین‌های SDA و SCL به برد این امکان را می‌دهند تا فقط با دو عدد سیم، دستگاه‌های جانبی را همزمان کنترل و داده‌ برداری کند.

• استاندارد I2C

برد آردوینو ABX00162 از طریق استاندارد الکترونیکی 12C، پین‌های SDA و SCL چندین دستگاه جانبی را فقط با دو عدد سیم کنترل می کند. یکی از مزایای استاندارد 12C این است که می تواند چند سیستم مختلف را روی یک خط کانکت کند. این در حالی اتفاق می افتد که هر دستگاه یک آدرس جداگانه دارد اما نیازی به پین با تعداد زیاد نیست. SDA، خط داده و SCL، خط کلاک است.

• استاندارد SPI

استاندارد SPI مخصوص پروژه‌های سرعت بالا است. این استاندارد برای اتصال دستگاه‌هایی مانند نمایشگرها، کارت‌های حافظه SD و برخی سنسورها استفاده می‌شود و نسبت به I²C سرعت بیشتری دارد.

• پورت ها

در این مدل از آردوینو، پورت USB تایپ C برای تغذیه‌ی برد، انتقال و اجرای برنامه‌ها استفاده می‌شود. این پورت وظیفه دارد ارتباط بین برد و کامپیوتر را از طریق مبدل پردازنده داخلی برقرار کند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر از برد آردوینو UNO Q به سایت مراجعه کنید.