مقدمة
تتطور التكنولوجيا بسرعة متزايدة، ومع توسع استخدام الأجهزة الإلكترونية والتطبيقات المبتكرة، أصبحت الحاجة إلى تعلم البرمجة والتحكم الإلكتروني أمرًا ضروريًا في مجالات عدّة يعد أردوينو (Arduino) منصة تطوير مفتوحة المصدر تستخدم لبرمجة وتصميم الأجهزة الإلكترونية بطريقة بسيطة ومرنة. ومن أجل تعلم واستكشاف إمكانات أردوينو بشكل فعال، يأتي برنامَج TinkerCAD ليقدم بيئة افتراضية تمكن المبتدئين والطلاب من محاكاة وبرمجة أردوينو بسهولة ودقة. تحدثنا في مقال سابق عن هذا البرنامَج وشرحنا مميزاته وأدواته البسيطة -يمكنك الاطلاع عليه من هنا[الرابط]-. أما في هذا المقال سنتطرق بشكل خاص إلى كيفية برمجة ومحاكاة لوحة التطوير Arduino من خلال شرح مثال بسيط.
ميزات TinkerCAD في برمجة ومحاكاة الأردوينو:
- تعمل محاكاة Arduino داخل TinkerCAD على تبسيط تجربة التعلم، لأنه تطبيق مجاني ويعمل على أي جهاز حاسوب متصل بالإنترنت ويتوفر ب 16 لغة، ويوفر العديد من المكونات الافتراضية الإلكترونية التي يمكن استخدامها لبناء المشروعات ومحاكاتها.
- تحتوي قائمة Arduino Starter قرابة 20 مشروع مُعدّ ومبرمج، حيث يمكن عرض هذه المشروعات ومحاكاتها والتعديل عليها.
- إن أحدث مِيزة في TinkerCAD Circuits هي كتل التعليمات البرمجية Blocks المدعومة بواسطة Scratch Blocks، وهي كتل مرئية يمكنك سحبها وإفلاتها لكتابة برامج ال Arduino واختبار أي برنامَج بشكلِ مباشر في المتصفح قبل برمجة الأجهزة بمكونات مادية حقيقية وتتميز هذه الكتل بأنها لا تلتصق ببعضها إلا إذا كانت “ملائمة” وتكوّن كود صحيح.
- تتيح TinkerCAD لمستخدميها برمجة Arduino بإحدى الطريقتين:
- عن طريق كتل التعليمات البرمجية Blocks.
- عن طريق النص Text حيث تتم البرمجة بلغة ++C.
وتسمح بعرض الطريقتين معًا من خلال خِيار Blocks+Text. فقط من خلال سحب أي عنصر قابل للبرمجة إلى محرر TinkerCAD Circuits والنقر فوق الزر Code Editor حيث ستظهر كتل التعليمات البرمجية Blocks بشكل تلقائي جنبًا إلى جنب مع محرر النصوص Text.
فئات كتل التعليمات البرمجة:
قُسمت كتل التعليمات البرمجية Blocks إلى عدة فئات كما يبين الشكل:
- الإخراج Output: كتل للتحكم في المحركات المتصلة بلوحة التطوير المستخدمة.
- الإدخال Input: كتل لقراءة مدخلات الحساسات.
- تدوين Notation: كتل لإضافة التعليقات على التعليمات البرمجية.
- التحكم Control: هياكل التحكم مثل إضافة التأخيرات والتكرار وعبارات if else.
- الرياضيات Math: كتل المنطق والحساب.
- المتغيرات Variables: المتغيرات المخصصة التي يمكن تحريرها في االبرنامَج
ميزات البرمجة بواسطة محرر النصوص:
- إمكانية تصحيح الأخطاء البرمجية: على غرار Arduino IDE في كيفية الإبلاغ عن الأخطاء، ستظهر وحدة تحكم الأخطاء في TinkerCAD تلقائيًا عندما لا يعمل الكود البرمجي بشكل صحيح للابلاغ عن المشكلات التي تحتاج لإصلاح و تسليط الضوء عليها.
- إمكانية تصدير الكود كملف (Arduino.ino) لتحميله بشكل مباشر على اللوحة وذلك من خلال تغيير طريقة عرض الكود من Blocks إلى (Blocks+Text) فيظهر مترجمًا بلغة ++C.
- المكتبات: يتضمن محرر نصوص Arduino إحدى عشرة مكتبة مدمجة مثل شاشات LCD والمحركات وأجهزة التحكم في الألعاب وغيرها دون الحاجة إلى برمجة الكود الأساسي لتلك المكونات يمكن عرض هذه المكتبات وإضافتها عن طريق تحديد أيقونة مربع الملف أعلى الكود.
المشروعات العملية للأردوينو في TinkerCAD:
في هذا المثال سنبني محاكاة لدارة تشغيل و إطفاء LED.
أولًا سنقوم بإنشاء حساب على موقع TinkerCAD من رابط الموقع كما وضحنا في مقالنا السابق (من هنا)، بعد ذلك نضغط على Circuits في يسار الشاشة فتظهر لدينا مساحة العمل الفارغة حيث يمكن سحب العناصر الإلكترونية ولوحات التطوير من يمين الشاشة إلى مساحة العمل.
تشغيل و إطفاء LED باستخدام Arduino:
العناصر الإلكترونية المطلوبة:
1- لوحة تجارِب Bread Board
2- Arduino UNO3
3- مقاومة Resistor
4- LED.
خطوات العمل:
- نبحث عن العناصر المطلوبة في زر البحث Search ونقوم بالنقر عليها وسحبها ثم إفلاتها إلى مساحة العمل الفارغة.
تحتوي لوحة التجارِب على ثقوب عدّة تشكل بمجملها 30 سطر و 10 أعمدة و نعتبر كل سطر على حدى من (a-e) نقطة اتصال واحدة و كذلك كل سطر من (f-i) على حدى هو نقطة اتصال واحدة. بالإضافة إلى عمودين لتوصيل التغذية إليها أحدهما + لتوصيل الجهد المطلوب و الآخر – حيث يعتبر نقطة تأريض GND للدارة.
- المقاومات ليست قطبية لذلك لايهم أي طرف نصله لليسار أو لليمين لذلك نضع المقاومة بين عقدتين في لوح التجارب كما هو مبين بالشكل:
- نريد وضع ليد LED على لوح التجارب، الليدات لها قطبية، لذلك علينا وضعها بطريقة معينة لتعمل الدارة بشكل صحيح.
نصل القطب الموجب(Anode) بالمنفذ 13 في لوح الاردوينو والقطب السالب (Cathode) بأحد طرفي المقاومة و نصل الطرف الآخر للمقاومة إلى الأرضي GND.
- نصل التغذية المطلوبة إلى لوح التجارب من خلال ربط المنفذ 3.3 فولط من لوحة الأردوينو إلى سكة الطاقة + و نصل السكة الأرضية – إلى أي منفذ يشير إلى GND في لوحة الأردوينو. يصبح لدينا هذا الشكل:
- نبدأ محاكاة الدارة بالضغط على رمز Start Simulation في أعلى يمين الشاشة فنلاحظ أن الليد يضيء لمدة ثانية و ينطفئ مدة ثانية أخرى.
يمكن التعديل على الكود البرمجي في محرر النصوص Text لتغيير زمن تشغيل و اطفاء الليد.
خاتمة:
في ختامنا لهذا المقال، نجد أن برنامَج TinkerCAD يوفر فرصة رائعة للمهتمين بتعلم برمجة ومحاكاة الأردوينو. يمكن للهواة الطلاب، والأطفال الاستفادة من مميزاته البسيطة والمفيدة لتصميم الدارات وإجراء المحاكاة العملية. من خلال استخدام TinkerCAD، يمكن للمستخدمين الوصول إلى مجموعة واسعة من المكونات الافتراضية والمشاريع الجاهزة، بالإضافة إلى إمكانية برمجة الأردوينو بسهولة وتحليل واختبار البرامج قبل تطبيقها على الأجهزة الحقيقية.
إعداد علمي: م.ضياء الشيخ علي، مراجعة: م.علي حمود ، تصميم: م.علي العلي، تدقيق لغوي: بولا ابراهيم، تحرير: معتصم حفيان