مقدمة عن الحواسيب أحادية اللوحة
يوجد الكثير منالحواسيب أحادية اللوحة متوفرة لبرمجتها واختبارها مقدمة من قبل شركات متعددة، وتمكن أهمية هذه اللوحات أنها بداية جيدة لاختبار الأنظمة وبناء نماذج عملية وتفاعلية على أرض الواقع بتكاليف بسيطة وبأسلوب بسيط غير معقد. وهي مفيدة لمتعلمي الروبوت والتحكم عن بعد وانترنت الأشياء. يمكننا تنفيذ عدد هائل من المشاريع الروبوتية عن طريق لوحات التحكم واللوحات المدمجة. غالبا ما تستخدم اللوحات الأحادية لنمذجة المشاريع الكبيرة بتكاليف بسيطة، وأيضًا تستخدم للأهداف التعليمية مثل المشاريع الجامعية والأبحاث العلمية التجريبية.
الهدف من هذا المقال هو التعريف عن أشهر وأهم اللوحات المستخدمة في مجالات التحكم الآلي والأتمتة والروبوتات والذكاء الاصطناعي. ويوجد الكثير من اللوحات المختلفة والمتنوعة التي تختلف وفقًا لهدف المشروع والنظام المستخدم والبيئة والشركة المصنعة للوحة.
أهم الحواسيب أحادية اللوحة المستخدمة في مجال لوحات التعلم:
يوجد العديد والكثير منالحواسيب أحادية اللوحة مثل اردوينو، راسبيري باي، جيتسن نانو، اورانج باي، أي اس بي، جيجابايت، اسبريس، لي ميكر، بانانا باي وغيرهم من اللوحات. ولكن أشهر وأهم اللوحات للأهداف التعليمية ولنمذجة المشاريع الكبيرة:
- سلسلة اردوينو: للمشاريع البسيطة.
- سلسة راسبيري باي: للمشاريع المتوسطة.
- سلسلة نفيدا جيتسن نانو: للمشاريع عالية المستوى.
يوضح الجدول التالي تفاصيل واستخدامات وأمثلة على كل من اللوحات الثلاثة.
اللوحة | المميزات | الاستخدامات |
نيفيديا جيتسون نانو NVIDIA Jetson Nano  | تتميز لوحة جيتسون نانو بقوتها الحسابية حيث إنها تحتوي على وحدة معالجة قوية تشابه الحاسوب الشخصي بقدراتها نظام التشغيل: لينوكس لغة البرمجة: بايثون وC++ | تعتبر وحدة جيتسون نانو أفضل خيار لمشاريع التعلم العميق وتعلم الآلة المدمجة مع تطبيقات الروبوت وانترنت الأشياء التي تحتاج إلى قدرة حسابية عالية مثال: يمكننا تنفيذ مشروع ذراع روبوتية بعدة محركات تتعرف على الأشياء وتسميها وتلتقطها بدقة |
راسبيري باي Raspberry Pi  | تتميز لوحة راسبيري باي بأنها جيدة للمشاريع المتوسطة بهدف التجربة والتعلم والبحث العلمي، والتي تتوفر بتكلفة قليلة. نظام التشغيل: راسبيان (نسخة من لينوكس) لغة البرمجة: بايثون | تعتبر وحدة راسبيري باي خيار جيد جدا لمشاريع تعلم الآلة مثل التصنيف والتجميع المدمجة مع الروبوت وانترنت الأشياء التي تحتاج إلى قدرة حسابية متوسطة مثال: يمكننا تنفيذ مشروع السيارة بمحركين والتعرف على شي واتباعها بناء على حدود الشكل أو خوارزمية فيولا جونز (التعرف على الوجوه بشكل عام). |
آردوينو اونو Arduino Uno  | لوحة آردوينو هي الأشهر بين اللوحات الأحادية وذلك لتكلفتها المنخفضة وقدرتها على تطبيق المشاريع الصغيرة للمبتدئين في مجال الروبوت والشبكات والالكترونيات. نظام التشغيل: لا تحتوي لوحة آردوينو على نظام تشغيل وإنما فقط برنامج ثابت لمعالجة الأكواد المحملة عليه من خلال الحاسب الشخصي. لغة البرمجة: آردوينو | تعتبر وحدة آردوينو اونو خيار جيد جدا لمشاريع الروبوت المبتدئة تحتاج إلى قدرة حسابية ضئيلة. وغالبا تستخدم في الأتمتة والتحكم الآلي في التطبيقات التي لا تحوي معالجة بيانات عالية المستوى. مثال: تنفيذ مشروع سيارة وتتعرف على الطريق بناء على انبعاث طيف اللون الأسود. |
اللوحات الالكترونية المدمجة مع الحواسيب أحادية اللوحة
هي لوحات أصغر من اللوحات أحادية المعالجة وهي تؤدي عملًا محددًا فقط، ولا تحتوي على معالج (CPU) أو وحدة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وتتنوع أشكالها وصناعاتها، وتكون مصممة لهدف معين، مثل الحساسات ومنظمات التيار الكهربائي والتيار الموجي، وباعثات الأشعة، ولوحات الاتصال الشبكي. تتميز اللوحات المدمجة بخفتها وسهولة دمجها.
الجدول التالي يوضح أشهر الوحدات المستخدمة في المجال وتفاصيل مع مثال لكل نوع وصورة.
الحساس | الوصف | يمكن دمج اللوحة مع | النوع | المجال | |
1 | حساس كشف الصوت LM393 module  | يستخدم لكشف الصوت وهو يستخدم في تطبيقات الأمان وكشف اللصوص في حال إصدار صوت. وأيضا يعتبر مستقبل للصوت. يتعرف فقط على توفر الصوت (مبدأ الاهتزاز) لا يمكنه تحديد حجم الصوت أو ترددات الصوت المحددة | جميع اللوحات | إدخال | صوت (موجات) |
2 | حساس الأشعة تحت الحمراء IR Infrared module  | يعمل عن طريق بعث أشعة تحت الحمراء إلى الأجسام واستقبال ارتداد الأشعة المنبعثة. لاستشعار الأجسام القريبة باستشعار انعكاس الشعاع. حيث إنه يحتوي على مرسل ومستقبل للأشعة تحت الحمراء يستكشف اللون الفتح بدرجة أكبر من الأجسام الغامقة التي لا تعكس الضوء عادة. ويمكن باستخدامه التفرقة بين اللون الأبيض والأسود. او اكتشاف جسم قريب إذا كان فاتح اللون. | جميع اللوحات | إرسال واستقبال | أشعة (موجات) |
3 | لوحة كاميرا Pi camera v1.3  | هي كاميرا تستقبل الضوء المنعكس. تعمل بتطبيقات رؤية الحاسوب وتثوم بتصوير صور. | راسبيري باي | إدخال | ضوء (تصوير) |
4 | وحدة شاشة لمس LCD Touch Screen  | تستخدم لإظهار واجهة نظام التشغيل (عرض) والتحكم (لمس) | راسبيري باي | إدخال وإخراج | ضوء (عرض) |
5 | وحدة كاميرا الرؤية الليلية 5MP OV5647 w CS Mount Lens Camera Module  | تستخدم للتصوير في الرؤية الليلية | راسبيري باي | إدخال | ضوء (تصوير) |
6 | حساس الغاز وجودة الهواء MQ-135 Air Quality/Gas  | يستخدم لقياس جودة الهواء ويعمل عن طريق السماح للغازات بالانتشار عبر غشاء مسامي إلى قطب كهربائي حيث يتم أكسدتها كيميائيا أو اختزالها. | جميع اللوحات | إدخال | كهروكيمياء (غاز) |
7 | وحدة بلوتوث HC-05 Bluetooth Module  | تستخدم لإرسال البيانات واستقبالها عبر شبكة بلوتوث. | جميع اللوحات | إرسال واستقبال | شبكات واتصالات (موجات) |
8 | وحدة تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية NEO-6M GPS module  | اتصال USART للتواصل مع متحكم دقيق أو طرف جهاز كمبيوتر. يتلقى معلومات مثل خطوط الطول والعرض والارتفاع وتوقيت UTC وما إلى ذلك من الأقمار الصناعية في شكل سلسلة NMEA. يجب تحليل هذه السلسلة لاستخراج المعلومات التي نريد استخدامها. تستخدم في طائرات درون وتطبيقات الشبكات. | راسبيري باي آردوينو | إرسال واستقبال | شبكات واتصالات (موجات) |
9 | منظم التيار لكهربائي L298N driver board  | تستخدم لتنظيم الكهرباء المستمرة بين مصدر الطاقة ومحركات الحركة المستمرة | جميع اللوحات | إدخال وإخراج (وسيط) | الكترونيات (كهرباء) |
10 | منظم التيار الموجي 9685PCA I2C board  | يستخدم لتنظيم الطاقة المستخدمة لتحريك المحركات الترددية الحساسة والدقيقة جدا التي تستخدم في الذراع الروبوتية والعين الروبوتية وغيرها من المهام الدقيقة | جميع اللوحات | إدخال وإخراج (وسيط) | الكترونيات (موجات كهربائية) |
11 | وحدة استشعار معدل ضربات نبض القلب PulseSensor sensor  | تستخدم لقياس معدل ضربات القلب من خلال وضع الإصبع على الحساس. يعمل مستشعر النبض، مثل أي مستشعر بصري آخر لمعدل ضربات القلب، عن طريق تسليط ضوء أخضر (~ 550 نانومتر) على الإصبع وقياس كمية الضوء المنعكس باستخدام مستشعر ضوئي. تعرف تقنية الكشف عن النبض البصري هذه باسم مخطط التحجيم الضوئي | جميع اللوحات | إدخال | ضوء (أشعة) |
12 | حساس الماء والرطوبة والتربة Soil moisture water sensor  | تحتوي مستشعرات الماء والرطوبة على سيخين معدنيين متوازيين، عند تثبيتهما في التربة، تمر موجة كهرومغناطيسية بينهما. يشير الوقت الذي تستغرقه الموجة للانتقال من قضيب إلى آخر إلى سعة تخزين شحنة التربة ومحتوى الماء الحجمي. ويستخدم في قياس كمية الماء في التربة لأهداف زراعية أو بيئية. | جميع اللوحات | إدخال | كهرومغناطيسية (موجات) |
13 | حساس الأشعة فوق الصوتية HC-SR04 Ultrasound sensor  | يستخدم لقياس المسافة بين الباعث والكائن المقابل بناءً على المعادلة التالية: المسافة = سرعة الصوت × (الزمن ÷ 2) حيث تنبعث الأشعة فوق الصوتية من الجهاز وتصطدم بالكائن المقابل أو أي جسم معيق. عند الاصطدام ترتد الأشعة، وبذلك يتم حساب المسافة. | جميع اللوحات | إرسال واستقبال | أشعة (موجات) |
14 | حساس الحركة HC-SR501 PIR  | يستخدم لكشف الحركة. عن طريق بعث موجات فوق الصوتية موجات صوتية فوق صوتية تنعكس عن الأشياء وترتد إلى نقطة الانبعاث الأصلية. | جميع اللوحات | إدخال | أشعة (موجات) |
15 | حساس اللمس TTP223B Digital sensor  | يعمل مستشعر اللمس بشكل مشابه للمفتاح. عندما يتعرض للمس أو الضغط، يتم تنشيطه ويعمل كمفتاح مغلق. عند إزالة الضغط أو الاتصال، فإنه يعمل كمفتاح مفتوح. يحتوي مستشعر اللمس على موصلين متوازيين مع عازل بينهما. | جميع اللوحات | إدخال | الكترونيات |
أمثلة لمشاريع باستخدام الحواسيب أحادية اللوحة واللوحات المدمجة
1- روبوت سيارة مستقلة بالرؤية الحاسوبية وتجنب الاصطدام والتواصل ببلوتوث
راسبيري باي مع سيارة تم تركيبها يدويا ومحركات و كاميرا عالية الدقة ووحدة بلوتوث ومستشعر بالموجات فوق الصوتية لتجنب الاصطدام قابلة للبرمجة في مشاريع مثل التتبع والاستكشاف بناء على الرؤية الحاسوبية
مصدر الصورة: متجر الكتروني
2- نظام ري النباتات بشكل مستقل
آردوينو مع حساس الرطوبة ومحرك لضخ المياه في مشروع الري المستقل الآلي
مصدر الصورة: راجيش، سيركت دايجست، 2021
ابدأ ببناء مشروعك!
في نهاية هذا المقال تعرفنا على أهم لوحات الحوسبة المستخدمة في مشاريع الذكاء الاصطناعي والتحكم وانترنت الأشياء، ويوجد الكثير غير ما ذكر. الآن يمكنك بدء مشروعك وبإمكانك التواصل مع اكايا لمزيد من التفاصيل والمساعدة في مشروعك الخاص.
ملخص
- الحواسيب أحادية اللوحة (SBCs) أو لوحات المايكرو الحاسوبية الأحادية (SBMC) هي لوحات تتميز بأدائها العالي وخفة وزنها وصغر حجمها، تستخدم لبناء الروبوت والتحكم عن بعد وبناء الأنظمة المضمنة.
- تستخدم الحواسيب أحادية اللوحة لنمذجة المشاريع الكبيرة بتكاليف بسيطة، وأيضًا تستخدم للأهداف التعليمية مثل المشاريع الجامعية والأبحاث العلمية التجريبية.
- سلسلة اردوينو: للمشاريع البسيطة. سلسة راسبيري باي: للمشاريع المتوسطة. سلسلة نفيدا جيتسن نانو: للمشاريع عالية المستوى.
- اللوحات الالكترونية المدمجة هي لوحات أصغر من الحواسيب أحادية اللوحة هي تؤدي عملًا محددًا فقط، ولا تحتوي على معالج (CPU) أو وحدة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وتتنوع أشكالها وصناعاتها، وتكون مصممة لهدف معين.
- اللوحات المدمجة مثل الحساسات ومنظمات التيار الكهربائي والتيار الموجي، وباعثات الأشعة، ولوحات الاتصال الشبكي. تتميز اللوحات المدمجة بخفتها وسهولة دمجها.
