מהם המגנים (Shields) של הארדואינו?

משפחת ארדואינו היא משפחה של לוחות-פיתוח ידידותיים לשימוש, המגיעים במגוון גדלים ומיועדים לקהלים שונים, חובבים ומקצוענים כאחד. התאמת הארדואינו למשימה מסוימת, מתבצעת על-ידי כתיבת תוכנה מתאימה, בעזרת סביבת-הפיתוח לא-מסובכת, שמאפשרת כמעט לכל אחד, ליצור יישומים מבוססי חומרה-תוכנה, בקלות יחסית. במקרים מסוימים, החומרה הבסיסית אינה מספקת את היכולות הנדרשות ובמקרים כאלה, ניתן להעזר במגנים השונים, העומדים לרשות המפתח.

 

מהם המגנים של ארדואינו?

המגנים (Shields) של הארדואינו הנם לוחות אלקטרונים, שמאפשרים להרחיב את יכולות החומרה של הלוח הבסיסי.

 

Arduino Mothor shield

תמונה 1: מגן של ארדואינו, שמאפשר הפעלת מנוע DC (מקור: האתר הרשמי)

המגנים דומים ללוח ארדואינו עצמו מבחינת גודל ומראה, אך הם מכילים חומרה (רכיבים וקונקטורים), שלא נמצאים בארדואינו ובכך הם למעשה מרחיבים את היכולות החומרתיות של הלוח. במגינים יש קונקטורים מסוג "נקבה" (שורות עם חורים), שמתאימים בגודל והמרחק בין החורים, לחיבור ישיר אל הפינים, בקונקטורים מסוג "זכר" (שורות עם פינים), שיש על-פני הלוח הבסיסי.

חיבור המגן אל הלוח הוא פשוט ומהיר, מנתקים את הלוח מאספקת המתח, מחברים את הקונקטורים של המגן אל הקונקטורים שעל הלוח בלחיצה קלה ומספקים שוב מתח אל הלוח. מרגע זה, התווספה היכולת החומרתית שמספק המגן, אל המעגל שבו נעשה שימוש בארדואינו. למי שעוסק בתחום התוכנה ומכיר את הרעיון של "פלאגין" (Plugin), יהיה קל להבין את נושא המגנים אם יחשוב עליהם כ"פלאגין של חומרה". פשוט מוסיפים רכיב חיצוני, מבלי לבצע כל שינוי בלוח המקורי, ומקבלים שימושיות משופרת, ללא צורך במאמץ מיוחד.

כל המגנים, בדומה לארדואינו עצמו, מופצים כ"חומרה פתוחה" (Open Hardware). כלומר, ניתן למצוא את הסכמה החשמלית של כל המגנים באינטרנט וניתן ליצר באופן עצמי וחוקי, כל מגן לו אתם זקוקים. התוכנה הזו מאפשרת גמישות רבה, כי אם למשל אתם זקוקים למגן בעל פונקציונליות מסוימת ולא קיים כזה, אתם יכולים להשתמש בסכמה של מגן דומה ולשנותה כך שתתאים לצרכים המדויקים שלכם.

מספר דוגמאות למגנים נפוצים עבור הארדואינו

 ישנם מגנים רבים, מסוגים שונים ולמטרות שונות. חלקם מגנים "רשמיים", שמופיעים באתר הרשמי של הארדואינו וישנם מגנים, שנוצרו בידי אנשים המוכנים לחלוק וברוח "החומרה הפתוחה", הם מפיצים את הסכמות של המגנים שפיתחו, בחינם באינטרנט. להלן מספר דוגמאות של מגנים רשמיים, שנתנים לקניה במקומות שונים באינטרנט, שעוסקים במכירת לוחות ארדואינו וציוד נלווה:

  • מגן WiFi - מאפשר ליצור פרויקטים של ארדואינו, שניתן לחברם אל הרשת, באופן אלחוטי.
  • מגן כרטיסון SD - מאפשר לחבר כרטיס זיכרון מסוג SD, אל לוח ארדואינו, לצורך שמירת מידע או קריאתו.
  • מגן אית'רנט - מאפשר לחבר את הארדואינו אל רשת קווית (Ethernet).
  • מגן למנוע - מאפשר לחבר מנוע DC אל הלוח ולשלוט עליו בעזרת תוכנה מתאימה.
  • מגן GSM - מאפשר ליצור יישומים שמתחברים אל רשת הטלפוניה הסלולארית.

כיצד מפעלים את המגן?

המגן הוא למעשה חומרה שמתווספת אל הלוח המקורי ומחוברת, אל פיני ה-I/O השונים של הבקר שבלוח. לפיכך, על-מנת להפעיל את הפונקציונליות שמספק המגן, יש לכתוב קוד (תוכנה) מתאים, שפונה אל הפינים המתאימים בבקר וגורם להפעלת המגן, באופן הרצוי.

לרוב, יצרני המגנים השונים, מספקים קוד דוגמא או קוד ייחוס כלשהו. אם אתם משתמשים במגן, מומלץ בתחילת הפיתוח, להשיג קוד דוגמא ולהשתמש בו, כבסיס לפיתוח היישום הספציפי שלכם. אפשר אמנם להתחיל לפתח את הקוד "מאפס", אבל חבל על הזמן של הדיבוג והלימוד שתאלצו להשקיע, כדי להגיע לקוד שעובד בצורה מיטבית, ללא שגיאות.

לפעמים, יצרני המגנים או מפתחים פרטיים, יוצרים "ספריית קוד" (Code library), עבור מגן מסוים. אתם יכולים לאתר ספריית קוד כזו ולהשתמש בה לצרכיכם. ספריית קוד למגן, מכילה פונקציות שונות, שממשות פעולות שונות, הקשורות לעבודה עם המגן הספציפי (ישנן גם ספריות קוד "כלליות", שקשורות לחומרה כללית, לאו דווקא למגנים). היתרון בשימוש בספריית קוד הוא שזה חוסך המון עבודה - אתם חוסכים את זמן כתיבת הקוד הדרוש ואת דיבוגו). החסרון שבשימוש בספריות הוא, שאם אתם משתמשים בקוד שכתב אחר, לא תלמדו מזה הרבה (בהנחה שאתם רוצים להבין את מערכת לעומק וגם לשפר את הידע). כמו-כן, אם תשתמשו בקוד קיים, לא תמיד תמצאו בו את כל הפונקציונליות הדרושה לכם ובהרבה מקרים, הקוד לא יהיה אופטימלי עבורכם (כי הוא נכתב במערכת של מישהו אחר).

מה חשוב לדעת כשמשתמשים במגנים?

כאשר אתם עומדים לחבר מגן ולהשתמש בו במערכת שלכם, חשוב להבין באיזה מתח עובד המגן!

מכיוון שישנם מגינים רבים, למטרות שונות ושנוצרו בידי מפתחים שונים, לא כל המגנים דומים מבחינת המאפיינים החשמליים שלהם. אחד הפרמטרים שהכי מועד לפורענות, הוא רמת מתח-ההפעלה של המגן וחוסר התאמתו לארדואינו אליו אתם מתחברים. בשנים האחרונות, נפוצו לוחות ארדואינו שעובדים באחד משני המתחים "התקניים" בשוק: 3.3V או 5V. גם למגנים יש מתח הפעלה נקוב. ישנם מגנים שיעבדו בשני המתחים וישנם כאלו שיעבדו רק באחד מהמתחים. אם תחברו מגן שמצפה לקבל מתח מסוים, אל ארדואינו שעובד במתח הפעלה שונה, יקרה אחד מהדברים הבאים:

  1. המגן לא יעבוד בצורה תקינה או שלא יעבוד כלל.
  2. לוח הארדואינו ינזק, או שהמגן ינזק או ששניהם ינזקו.

כמובן שעדיפה האפשרות הראשונה, אך לא תמיד יהיה לכם את המזל..
לפיכך, יש לוודא את מתח הלוח ומתח המגן לפני שמחברים בינהם. יש לוודא שהמגן מיועד לעבודה במתח שמספק הלוח, או לחילופין, אם אין התאמה בין מתחי העבודה שלהם, תוודאו מראש שאתם יודעים כיצד לספק לכל אחד מהם את מתח העבודה הדרוש לו ולתאם בינהם, כך שיעבדו בצורה תקינה (דרושה הבנה מסוימת באלקטרוניקה לשם כך). פעמים רבות, כשתתעניינו במגן מסוים, תראו שהיצרן גם מציין את הלוחות אליהם הוא מתאים (למשל UNO או MEGA2560). זה אומר שבעלי לוחות מהסוג שצויין על-ידי היצרן, יכולים להשתמש במגנים שלו ללא חשש. בעלי לוחות מסוגים אחרים, צריכים לוודא את התאמת המגן ללוח הספציפי שלהם, או לדאוג לתיאום בעצמם.

ראוי להזכיר, שמלבד המתח הנכון, כשמשתמשים במגן, יש לספק לו את כל דרישות העבודה שלו. למשל, אם משתמשים במגן שמאפשר הפעלת מנוע מתח-ישר (DC), יש לוודא שאתם עובדים עם ספק-כח שמסוגל לספק את הזרם הדרוש להפעלת המנוע. המגן אמנם מאפשר שליטה על המנוע, אך הוא לא מסוגל לייצר בעצמו את המתח והזרם הדרושים. לשם כך הוא מסתמך על ספק-הכח.

לסיכום

מגנים של ארדואינו הם דרך מהירה וקלה, להרחבת יכולות החומרה העומדת לרשותכם. כדי להפעיל את החומרה הנוספת, יש להבין כיצד היא עובדת ולאן היא מתחברת במעגל ולכתוב קוד מתאים להפעלתה. מכיוון שהמגן הוא תוספת למעגל, חשוב מאד לשים לב למתחי-ההפעלה הדרושים ללוח ארדואינו ולמגן שאתם מחברים אליו, כדי למנוע נזקים לחומרה שלכם.

 

 


תקועים עם פרויקט בארדואינו וצריכים עזרה? צרו קשר