آشنایی با شیلدها Shields

0 6,557 زمان تقریبی مطالعه 4 دقیقه

در این مطلب به موارد زیر پرداخته خواهد شد :

شیلد چیست؟
مزایای استفاده از شیلدها کدامند؟
تفاوت شیلد و ماژول چیست؟
آیا شیلدها فقط به بردهای آردوینو محدود می شوند؟
معرفی و بررسی چند شیلد نمونه

در صورتیکه با آردوینو کار کرده باشید، مطمئنا اصطلاح شیلد آردوینو یا Arduino Shield به گوشتان خورده است. برد آردوینو به خودی خود بسیار شگفت انگیز است و میتوانید کارهای زیادی را تنها با خود برد آردوینو انجام دهید. اما در صورتیکه بخواهید از تکنولوژیهای مختلفی مانند بلوتوث، وایفای، GSM، GPS و … در پروژه های خود استفاده کنید، این کار میتواند نسبتا پیچیده باشد، خصوصا در صورتیکه تازه کار باشید.

شیلدها بردهای مداری ماژولاری هستند که روی هم نصب می شوند و قابلیتهای جذابی را به بردهای آردوینو میدهند. در حقیقت شیلدها قابلیتهای سخت افزاری و امکانات بردهای آردوینو را توسعه و گسترش میدهند.

شیلدها تمام پیچیدگیهای سخت افزاری موجود را برطرف و کار را بسیار ساده میکنند. با استفاده از شیلدها میتوانید کارها و پروژه ها را سریع و سریعتر پیش ببرید چون دیگر نیازی به سیمکشی و بستن مدار روی برد برد ندارید.

شیلدها نه تنها کار با سخت افزار را ساده کرده اند، بلکه برای اکثر شیلدها کتابخانه های مرتبط به آنها نیز در دسترس قرار دارد. این کتابخانه ها به شما این امکان را می دهند تا به سادگی هر چه تمامتر کدنویسی را انجام دهید و از قابلیت های سخت افزاری موجود در شیلد استفاده کنید.

برای اکثر وسایل و چیپها شیلد موجود است، مانند شیلدهای LCD، شیلدهای وایفای و بلوتوث، شیلدهای درایور موتور.

شیلدها مستقیما روی آردوینو قرار میگیرند. روی برد آردوینو هدرهای مادگی وجود دارد که پینهای شیلد داخل این هدرها قرار میگیرند و به این ترتیب اتصالات برقرار می شود.

اکثر چیپ های موجود در بازار مانند GSM، GPS، WiFi و … دارای پکیج SMD هستند و بنابراین کار کردن با آنها و برقراری اتصالات آنها میتواند مشکل باشد.

این چیپها نیاز به سخت افزاری جانبی دارند(مدار راه اندازی) تا بتوانیم از آنها استفاده کنیم. این سخت افزار موردنیاز همراه با چیپ به صورت یک ماژول یا برد شامل پینهایی که در دسترس هستند عرضه می شود تا کاربران بتوانند به سادگی از امکانات چیپها استفاده کنند. برای برخی ماژولها علاوه بر موارد بیان شده، یک سری سخت افزار و امکانات جانبی دیگر هم قرار داده می شود.

شیلد در حقیقت نوعی ماژول است اما از لحاظ ابعاد برد و همچنین فرم چینش پینها، به گونه ای طراحی شده که بتوان آن را روی بردهای دیگر سوار کرد و به این ترتیب اتصالات به سادگی هر چه تمامتر برقرار میشوند. در ماژولها برای انجام اتصالات نیاز به سیمهای جامپر می باشد.

تمامی شیلدهای آردوینو باید همان فرم و چینش پینهای برد آردوینوی اصلی را داشته باشند. یعنی پینهای تغذیه ی vcc و gnd باید روی یک پین هدر 8 پین و پینهای ADC باید روی یک پین هدر 6 پین پایین هدر تغذیه باشند. پینهای دیجیتال در سمت دیگر برد شامل دو دسته ی پین هدر 8 تایی و پین هدر 10 تایی که با فاصله ی 0.5 اینچ از هم دور هستند تعبیه شده اند. بعضی شیلدها به اتصال هدر 2×3 مربوط به ICSP هم نیاز دارند.

بعضی شیلدها ممکن است از تمام پینهای آردوینو استفاده کنند و برخی دیگر تنها از دسته ای از پینها. برخی شیلدها با پروتکلهای SPI ، I2C یا Serial ارتباط برقرار میکنند برخی نیز با پینهای وقفه و ADC. شیلدها معمولا توسط خود برد آردوینو تغذیه می شوند.

معرفی برخی از شیلدهای پرکاربرد آردوینو UNO

شیلد اترنت(Ethernet Shield)

این شیلد جهت اتصال برد آردوینوی شما به شبکه اینترنت میباشد. تنها با قرار دادن این شیلد روی برد آردوینو و اتصال به شبکه توسط یک کابل اترنت استاندارد RJ45 و بکارگیری چند دستور ساده در کامپایلر آردوینو، می توانید جهان پیرامون خود را از طریق اینترنت کنترل کنید. این شیلد با استفاده از چیپ Wiznet W5100 اینترنت را برای آردوینو به ارمغان می آورد. با استفاده از کتابخانه Ethernet ارائه شده می توانید برنامه ی اتصال به اینترنت را از طریق شیلد بنویسید. این برد همچنین دارای درگاه SD-card است که می تواند برای ذخیره فایل ها برای سرو کردن در شبکه مورد استفاده قرار گیرد. این شیلد همچنین دارای یک کنترلر ریست برای اطمینان از اینکه ماژول در هنگام روشن شدن به درستی ریست شده است می باشد.

شیلد موتور

این شیلد از سری بردهای توسعه دهنده ی آردوینو می باشد و جهت راه اندازی موتور های DC یا موتورهای پله ای کاربرد دارد. طراحی این شیلد بر مبنای L298P بوده و قادر به راه اندازی دو موتور DC و یا یک موتور پله ای می باشد.

شیلد نمایشگر رنگی

این شیلد دارای یک نمایشگر 2.4 اینچی با شفافیت زیاد و دارای نورپس زمینه با 4LED سفید و 8 بیت 65K رنگ مختلف و با 240×320 پیکسل به همراه پیکسل کنترلی اختصاصی است. ویژگی خاص این نمایشگر داشتن تاچ اسکرین مقاومتی است که می تواند لمس انگشتان شما را از هر نقطه ای برروی صفحه نمایش شناسایی کند.

شیلدها فقط به بردهای آردوینو محدود نمی شوند و برای بردهای دیگر نیز شیلدهای مختلفی موجود می باشد.

بعنوان مثال برد توسعه WiFi D1 Mini NodeMcu Lua که هسته ی آن چیپ ESP-12E است را در نظر بگیرید.

برد کنترلی D1 Mini بر پایه ی چیپ ESP8266 که یک تراشه وایفای می باشد طراحی شده است. این برد با نرم افزار آردوینو سازگار است. میتوانید کدهای نوشته‌شده برای آردوینو را روی این برد اجرا کنید. همچنین ابعاد کوچک و مصرف انرژی برد Wemos D1 Mini باعث شده انتخاب مناسبی برای پروژه‌های اینترنت اشیاء IoT باشد.

برای این برد شیلدهای مختلفی در دسترس می باشد که در زیر به معرفی چند نمونه از آنها می پردازیم.

شیلد سنسور دما رطوبت DHT11 برد Wemos D1 Mini

این شیلد با نرم افزار آردوینو و برد D1 mini سازگار است. میتوانید کدهای نوشته‌شده برای آردوینو را روی این برد اجرا کنید.

این برد به صورت زیر روی برد اصلی سوار می شود.

شیلد نمایشگر OLED برد Wemos Mini D1

نمایشگرهای OLED نیاز به نور پس زمینه Backlight ندارند و پیکسل ها خودشان نور افشانی می کنند و در مقایسه با LCD های کریستال مایع باریکتر و شفاف تر و کنتراست بالاتر و مصرف توان کمتری دارند. چیپ درایور این ماژول SSD1306 است که توانایی ارتباط I2C را برای این ماژول فراهم می آورد.