מדריך | עולם ה-Arduino וה-IoT

[אלישי]

מדריך לעולם ה-Arduino וה-IoT

ארדואינו (Arduino) הוא פלטפורמת מיקרו-בקרים המאפשרת לך לבנות פרויקטים אלקטרוניים ולשלוט במגוון רחב של רכיבים כמו חיישנים, נורות, מנועים ועוד. הפלטפורמה מתאימה מאוד למתחילים שרוצים להיכנס לעולם התכנות והאלקטרוניקה.

פרק 1: מה זה Arduino? למה משמשים מיקרו-בקרים?

Arduino הוא לוח קטן וחכם שאפשר לתכנת אותו לשלוט ברכיבים שונים בעזרת חיבורי חשמל פשוטים וקוד. לדוגמה, אפשר לגרום לנורה להבהב, למדוד טמפרטורה, לשלוט במנועים ועוד.

• למה זה מיועד?: בעיקר לפרויקטים פשוטים ופרויקטי IoT (האינטרנט של הדברים), שבהם רכיבים פיזיים מחוברים לרשת ומעבירים מידע.
• מה הוא מיקרו-בקר?: כמו מעין מחשב קטן מאוד, שמריץ תוכנה אחת בזמן מסוים ומתאים לשליטה ישירה במערכות חשמליות.
• Arduino Uno: הגרסה הנפוצה ביותר, מושלמת למתחילים עם שילוב של פינים דיגיטליים ואנלוגיים, נוחות עבודה ותוכנה חינמית.

פרק 2: מבנה ה-Arduino Uno

• פינים דיגיטליים: משמשים לשליטה או לקריאה של ערכים דיגיטליים (0 או 1, כלומר כבוי או דלוק). לדוגמה, אפשר להדליק נורה או לקרוא מצב של כפתור.
• פינים אנלוגיים: משמשים לקריאת ערכים רציפים. לדוגמה, אפשר למדוד את המתח מחיישן אור או טמפרטורה ולקרוא ערך בין 0 ל-1023.
• פין חשמל (5V/GND): חיבור למתח שמספק חשמל לרכיבים שונים.

פרק 3: Arduino IDE וכתיבת תוכניות

• Arduino IDE: התוכנה הרשמית שבה כותבים ומעלים את הקוד ללוח. מאפשרת כתיבת קוד בשפת C/C++ פשוטה והעלאתו לבקר.
• מבנה הקוד: כל קוד ב-Arduino מחולק לשני חלקים עיקריים:
  1. setup(): קטע הקוד הזה רץ פעם אחת כאשר הלוח נדלק. כאן מגדירים את מצב הפינים, התחלות תקשורת וכו'.
  2. loop(): קטע הקוד הזה רץ ללא הפסקה לאחר אתחול הלוח. זהו הלב של כל פרויקט, וכל פעולה שחוזרת על עצמה נעשית כאן.

פרק 4: דוגמאות שימוש בפינים דיגיטליים ואנלוגיים

• פינים דיגיטליים:

  • הדלקת נורה: שימוש ב-digitalWrite(pin, HIGH) להדליק נורה בפין דיגיטלי.
  • קריאת כפתור: שימוש ב-digitalRead(pin) לקריאת מצב של כפתור לחוץ (HIGH/LOW).

• פינים אנלוגיים:

  • חיישן טמפרטורה: שימוש ב-analogRead(pin) לקריאת ערך מחיישן טמפרטורה שמוציא מתח אנלוגי.
  • שליטה בבהירות נורה: שימוש ב-analogWrite(pin, value) כדי לשנות את בהירות הנורה עם ערכי PWM (שינוי במתח).

פרק 5: חיבורי תצוגה (LCD) וה-I2C

• מסך LCD: חיבור מסכים לבקר מאפשר להציג מידע כמו טמפרטורה, זמן וכו'. ניתן להשתמש במסכי LCD פשוטים שמתחברים לפינים דיגיטליים או במסכים מתקדמים יותר דרך I2C.

• I2C: פרוטוקול שמאפשר חיבור של מספר רכיבים לבקר בעזרת 2 חוטים בלבד (SDA, SCL). הוא נפוץ בחיבור מסכים וחיישנים.

  • מה זה עושה?: I2C מאפשר לשלוח נתונים בקלות לבקרי מסך דרך שני פינים בלבד.
  • דוגמה: הצגת טקסט על מסך LCD עם שימוש ב-I2C.

פרק 6: מה ההבדל בין Arduino לבין ESP32?

• Arduino Uno: בסיסי, מתאים לפרויקטים קטנים, עם משאבים מוגבלים וללא יכולות רשת מובנות.
• ESP32: מיקרו-בקר חזק יותר הכולל WiFi ו-Bluetooth, יכולת עיבוד גבוהה, ומספר רב של פינים. מתאים יותר לפרויקטים מורכבים כמו אפליקציות IoT.

פרק 7: IoT – מה זה ואיך זה מתקשר?

האינטרנט של הדברים (IoT) הוא תחום המאפשר לרכיבים פיזיים לתקשר עם האינטרנט. דוגמאות:

• חיישן טמפרטורה שמחובר לאינטרנט ומעדכן את הטמפרטורה שלך באפליקציה.
• מערכת השקיה חכמה שניתן לשלוט בה מרחוק לפי נתוני חיישנים.

פרק 8: עבודה עם Node.js ו-Arduino

ארדואינו לא יכול להריץ ישירות שרתים כמו Node.js. במקום זאת, אפשר לשלב בין השניים:

• Arduino + Node.js: ניתן לחבר את הארדואינו למחשב שמריץ Node.js ולקבל נתונים דרך חיבור סיריאלי (USB). Node.js יוכל לעבד את הנתונים ולהגיב בהתאם.

פרק 9: Firmata ו-JavaScript בארדואינו

Firmata הוא פרוטוקול שמאפשר לשלוט בארדואינו דרך מחשב באמצעות JavaScript. זה שימושי אם רוצים להריץ קוד JavaScript במחשב ולשלוח פקודות לבקר.

• Johnny-Five: ספרייה פופולרית ב-JavaScript שמאפשרת לשלוט בארדואינו דרך Node.js.
• איך זה עובד: אתה כותב תוכנה ב-JavaScript שמתקשרת עם הארדואינו דרך Firmata ומבצעת פעולות כמו קריאת חיישנים והפעלת רכיבים.

פרק 10: סיכום

ארדואינו הוא כלי נהדר להתחיל ללמוד על מיקרו-בקרים ו-IoT. בין אם אתה רוצה לבנות פרויקטים פשוטים כמו הדלקת נורות או לפתח אפליקציות IoT מורכבות יותר, הארדואינו יספק לך את הבסיס הנדרש.