إذا كنت تتساءل ما هي المراجعات دي Arduino UNO (ر3، ر4…) وكيف يختلفان، لقد وصلت إلى المكان الصحيح. في السنوات الأخيرة، لوحة Arduino الأكثر شهرة لقد تطور مع الحفاظ على روح البساطة، ولكن مع إضافة تحسينات تفتح الباب أمام مشاريع أكثر طموحًا دون كسر التوافق مع ما هو موجود بالفعل.
بالإضافة إلى تحليل التغييرات بين R3 وR4، سنستغل الفرصة لحل سؤال شائع جدًا: ما هو الأفضل للشراء لمشروع محدد، على سبيل المثال، جهاز مراقبة جودة الهواء الذي يرسل البيانات عبر البلوتوث هل تريد الوصول إلى هاتفك المحمول؟ ستدرك أن القوة الخام ليست كل شيء: فالاختيار يعتمد على الاتصال والنظام البيئي، ولماذا لا، جيبك.
ما هو "المراجعة" Arduino UNO ولماذا هم موجودون
في عالم Arduino، المراجعة (R2، R3، R4…) هي تكرار لنفس اللوحة التي تقدم تغييرات في الأجهزة و/أو البرامج الحفاظ على التنسيق والسلوك العام قدر الإمكان. الهدف واضح: تحسين الأداء، دون إهمال من لديهم مشاريع ودروع.
وهكذا، احتفظت Arduino في UNO R4 بـ عامل الشكل الكلاسيكي، وتوصيل الدبابيس، وتشغيل 5 فولت سمة مميزة لعائلة UNO. يُسهّل هذا إعادة استخدام الدروع والأدلة والركائز، مما يُقلل الاحتكاك بالطلاب والمعلمين والمُصنّعين الذين سبق لهم العمل في بيئة R3.
يمكن فهم هذه الاستراتيجية بشكل أفضل إذا تذكرنا أصل المشروع: فقد وُلد في إيطاليا كحل يمكن الوصول إليها ن التعليم عندما كانت بدائل مثل BASIC Stamp تُباع بسعر حوالي 100 دولار. منذ عام 2005، وبفضل طبيعة النظام مفتوحة المصدر، ظهرت إصدارات رسمية وغير رسمية، مما جعل الإلكترونيات متاحة لجمهور أوسع بكثير.
Arduino UNO R3: الأساس الذي تعلم عليه نصف العالم
لقد كانت النسخة R3 بمثابة بوابة لآلاف المشاريع المنزلية والتعليمية لأكثر من عقد من الزمان. جوهرها هو ATmega328P 8 بت بتردد 16 ميجاهرتز، وهي بنية AVR RISC تحظى بشعبية كبيرة بسبب بساطتها والكم الهائل من الأمثلة والمكتبات المتاحة.
في الذاكرة، يقدم UNO R3 2 كيلوبايت SRAM y فلاش 32 كيلوبايتأرقام متواضعة اليوم، ولكنها كافية لمجموعة كبيرة من النماذج الأولية: من مقياس متصل إلى أنظمة الوصول باستخدام أجهزة استشعار حيوية أو حتى الروبوتات من نوع BB8 مستوحى من حرب النجوم. تكمن قوته في نظامه البيئي، وتوثيقه، وعدد الدروع المتوافقة معه.
أما بالنسبة لتوزيع الدبابيس، فقد روّجت R3 لتصميم أصبح معياريًا في الدروع ولوحات التوسعة. تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن توزيع الدبابيس المنطقي هو نفسه، "الخريطة الداخلية" للميكروكنترولر (السجلات والمنافذ) تنتمي إلى عالم AVR، وهو أمر مهم إذا كنت تقوم بالتلاعب بالمنافذ على مستوى منخفض.
Arduino UNO R4 (الحد الأدنى و WiFi): تغيير الدوري مع 32 بت
تُمثل النسخة R4 قفزة نوعية. فهي تنتقل إلى معالج 32 بت، Renesas RA4M1 (Arm Cortex-M4) بتردد 48 ميجاهرتز، مما يزيد الأداء مقارنةً بمعالج ATmega القديم ذي 8 بتات. يفتح هذا التصميم العصري الباب أمام حسابات أكثر تعقيدًا، وتحكم دقيق، وواجهات طرفية جديدة.
الزيادة في الذاكرة ملحوظة: من 2 كيلوبايت إلى 32 كيلوبايت SRAM (ستة عشر مرة أكثر) ومن 32 كيلو بايت من البرنامج إلى فلاش 256 كيلوبايتمما يسمح بإنشاء رسومات ومكتبات أكبر بكثير دون أي متاعب. بالنسبة للعديد من المشاريع التي كانت تعاني من نقص في R3، يُعد هذا الأمر راحةً مُرحبًا بها.
هناك أيضًا ميزات جديدة في الاتصال والطاقة. يعتمد UNO R4 USB-C ويدعم مصادر الطاقة بجهد إدخال أوسع (تم الإشارة إلى حد أقصى يبلغ 24 فولت من خلال المنفذ)، مما يحسن المتانة والتكيف مع المعايير الحالية دون التخلي عن تشغيل 5 فولت المميز للمجموعة.
يقدم Arduino نوعين: UNO R4 Minima، مصممة كقاعدة اقتصادية بدون راديو متكامل، و UNO R4 واي فاي، والذي يضم أ وحدة Espressif S3 اللاسلكية مع واي فاي وبلوتوث منخفض الطاقة. يُسهّل هذا الخيار الثاني مشاريع إنترنت الأشياء وتطبيقات الهاتف المحمول دون الحاجة إلى وحدات خارجية.
بالإضافة إلى ذلك، يضيف R4 الأجهزة الطرفية التي لم تكن موجودة في R3: محول رقمي إلى تناظري 12 بت، ناقل CAN، مكبر تشغيلي متكامل ومنفذ SWD لتصحيح الأخطاء. كما أنه يُمكّن وضع USB HID عبر USB، وهو مفيد جدًا لبناء واجهات تتصرف مثل لوحات المفاتيح/الفئران أو أجهزة الإدخال المخصصة باستخدام بضعة أسطر فقط من التعليمات البرمجية.
أما إصدار WiFi، فيضيف بدوره مصفوفة LED 12×8 مثالي للتغذية الراجعة السريعة، موصل كويك للنماذج الأولية السريعة عبر I2C وآلية الحماية التي تكتشف العمليات التي يمكن أن تنفيذ الكتلة (على سبيل المثال، القسمة على الصفر):في هذه الحالة، تتوقف اللوحة مؤقتًا وترسل تقريرًا يساعد في التشخيص.
عند الإعلان عن ذلك، أشارت شركة Arduino إلى أن الإصدار سيحدث في حوالي نهاية مايو وأن السعر سيكون قريبًا من سعر R3. لاحقًا، في المتجر الرسمي، ظهرت أسعار تنافسية للغاية. UNO R4 Minima بسعر 18 يورو y UNO R4 WiFi بسعر 25 يوروعلى أية حال، فإن R3 لن يختفي من الكتالوج؛ بل سيظل متاحًا للبيع لأولئك الذين يفضلونه أو يحتاجون إليه للتوافق الصارم.
توافق الأجهزة والبرامج: الاستمرارية مع الفروق الدقيقة
كان أحد الأهداف الرئيسية لـ R4 هو الحفاظ على عامل الشكل وتوصيل الدبابيس وتصنيف 5 فولت حتى لا يُفقد التوافق مع الدروع والمشاريع المادية الحالية. إذا كانت لديك لوحات توسعة مصممة لـ UNO، فمن الطبيعي أن ملائم أيضا في R4.
من ناحية البرمجيات، عملت شركة Arduino على ضمان ذلك تظل التعليمات البرمجية والبرامج التعليمية الموجودة مفيدةومع ذلك، فإن التحول من AVR إلى Arm Cortex-M4 يعني أن بعض المكتبات الخاصة بالأجهزة (أو حيل معالجة السجل) قد تتطلب التعديلات والتحسيناتإذا كان الرسم التخطيطي الخاص بك يستخدم وظائف Arduino القياسية، فعادةً ما تكون عملية الترحيل مباشرة.
بالنسبة لأولئك الذين يمارسون البرمجة منخفضة المستوى، من المهم مراجعة طبقات HAL/LL في RA4M1 وفهم أن التوقيت والكمون إنها تختلف مقارنةً بمنظم الاستجابة التلقائية (AVR). إنها ليست "أفضل" أو "أسوأ" في حد ذاتها؛ إنها ببساطة مختلفة وأكثر كفاءة، لذا يُنصح بالاعتماد على المكتبات المُدارة والأمثلة الرسمية.
تخطيط الدبابيس وتعيين الدبابيس: ما الذي يجب أن تبحث عنه عند الترحيل
في أحدث المواد سوف ترى إشارات إلى "Arduino UNO R4 Minima Pinout” وإلى الكلاسيكية "توصيلات الدبابيس" Arduino UNO R3 "، بالإضافة إلى خريطة دبابيس متحكم ATmega328 للمبتدئين في AVR. هذه الأدلة ضرورية عند نقل مشروع من R3 إلى R4.
يتم الحفاظ على الوضع المادي (موضع الرأس وترقيم الدبوس) في R4، ولكن التعيين الداخلي للأجهزة الطرفية تتغير بسبب اختلاف المتحكم الدقيق. إذا كنت تستخدم الوصول المباشر إلى سجلات PORTx/DDR/PIN في R3، فسيتعين عليك إعادة النظر في هذا الأمر في R4 أو الالتزام به. طبقة التجريد من Arduino لتجنب المفاجآت.
كقاعدة عامة:
- إذا كان مشروعك يستخدم الكتابة الرقمية/القراءة التناظرية وبفضل المكتبات المشتركة، سيكون الانتقال إلى R4 سلسًا.
- إذا كنت تقوم بضرب الأشياء أو التحكم بها جدول زمني ضيق للغاية، الاختبار والملف الشخصي، لأن التردد والمؤقتات تتغير.
- إذا قمت بسحب الأجهزة الطرفية الجديدة (على سبيل المثال، محول رقمي إلى تناظري أو محول رقمي إلى تناظري 12 بت), تعتمد على الأمثلة الرسمية R4.
R3 أو R4 لمراقبة جودة الهواء باستخدام البلوتوث
دعونا نفكر في الحالة الحقيقية: تريد تجميع جهاز قياس جودة الهواء بنفسك والذي يرسل البيانات إلى هاتفك المحمول عبر بلوتوثوهذا هو المكان الذي يساعدك فيه الاختيار الحكيم على توفير الوقت والملحقات الإضافية.
مع Arduino UNO R3 ليس لديك راديو مدمج. بالنسبة للبلوتوث، يجب عليك إضافة وحدة خارجية (مثل HM-10 لـ BLE أو HC-05/06 لـ Bluetooth الكلاسيكي). هذا ممكن وغير مكلف، ولكن عليك إدارة الأسلاك وإمدادات الطاقة والمكتبات قد تصبح وحدة المعالجة المركزية، بالإضافة إلى ذاكرة الوصول العشوائي R3 (2 كيلوبايت)، غير كافية إذا قمت بدمج أجهزة استشعار متعددة مع المعالجة.
مع Arduino UNO R4 مينيما ليس لديك راديو مدمج أيضًا. الميزة هي إمكانية الانتقال إلى 32 بت 32 كيلوبايت SRAM إنها توفر لك مساحة للحسابات (المتوسطات المتحركة، والمرشحات، والإزاحات) والتعامل مع المزيد من أجهزة الاستشعار "الثرثارة" دون أي متاعب، ولكنك ستظل بحاجة إلى وحدة BLE خارجية لإرسال البيانات إلى الهاتف المحمول.
مع Arduino UNO R4 واي فاي الأمر مبسط: أحضر واي فاي وبلوتوث منخفض الطاقة بفضل وحدة Espressif S3 القياسية، يمكنك نشر قراءاتك عبر BLE أو تحميلها عبر WiFi دون الحاجة إلى أجهزة إضافية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجهاز الصغير مصفوفة LED 12×8 يتيح لك عرض أيقونة أو مستوى ثاني أكسيد الكربون/الجسيمات دون الحاجة إلى شاشات خارجية.
ما الذي أنصح به؟ إذا كان مطلبك هو نعم أو نعم بلوتوث متكاملالخيار الأسهل والأنظف هو UNO R4 WiFi. إذا كنت تُعطي الأولوية للميزانية ويمكنك الاعتماد على وحدة BLE خارجية، فإن R4 Minima يوفر قوة حوسبة بتكلفة أقل. يبقى R3 خيارًا جيدًا، لكن مساحة الذاكرة لديك أقل، ويجب أن تكون أكثر حرصًا على استخدام المكتبات.
في أجهزة الاستشعار النموذجية لجودة الهواء (الجسيمات الدقيقة، والمركبات العضوية المتطايرة، ودرجة الحرارة/الرطوبة/الضغط)، مجموعات مثل PMS7003/5003 للجسيمات ذات BME280 أو SHT31 للمستشعر المحيط والمستشعر المركب المتطاير (على سبيل المثال، CCS811 أو SGP30) تعمل بشكل جيد. في تقنية BLE، حدد الإرسالات الدورية بإطارات مضغوطة لتجنب التشبع؛ وإذا كنت تستخدم WiFi، ففكّر في استخدام MQTT أو HTTP البسيط. يُسهّل R4 الأمر بفضل ذاكرة فلاش وذاكرة SRAM أكبر.
تجربة الأداء والاستهلاك والتطوير
الانتقال من 8 إلى 32 بت باستخدام Cortex-M4 بسرعة 48 ميجاهرتز يعني مزيد من التعليمات لكل دورة، عمليات أصلية 32 بت وتحسين التعامل مع المقاطعات وملحقات DMA، مما يقلل من أحمال وحدة المعالجة المركزية على مهام الإدخال/الإخراج والمعالجة.
في تجربة التطوير، توفر SWD لتصحيح الأخطاء في R4، هناك فرق إذا كنت تريد تحقيق قفزة في الجودة: نقاط التوقف، وتفتيش الذاكرة، والتتبعات... هذه هي الأدوات التي كانت أقل سهولة في الوصول إليها في R3 بدون أجهزة إضافية.
متى يصبح من المنطقي الاستمرار مع R3؟
إذا كان لديك بالفعل أساس متين في AVR/ATmega328Pإذا كانت مشاريعك تعمل بسلاسة على ذاكرة وصول عشوائي (RAM) سعة 2 كيلوبايت، وتعتمد على مكتبات خاصة جدًا بهذا النظام البيئي، فسيظل R3 أداةً موثوقة. وقد أكدت Arduino ذلك لن نوقفه، لذا لا يزال أمامنا طريق طويل لنقطعه.
كما أنه مفيد في التدريب عندما تريد شرح بنية 8 بت و مفاهيم منخفضة المستوى مرتبط ارتباطًا وثيقًا بـ AVR. وبالطبع، إذا كانت لديك مجموعة من الدروع والقوالب المصممة خصيصًا لـ R3، فلا داعي للتسرع في الانتقال.
بالنسبة لكل شيء آخر، يقدم R4 علاقة الفوائد/السعر من الصعب جدًا تجاهلها، خاصةً على جهاز Minima، وهي حل شامل إذا اخترت WiFi مع BLE المضمن.
بالنظر إلى الكل، عرفت عائلة UNO كيفية التحديث دون أن تفقد جوهرها: مع R3 لا يزال لديك البساطة والتوافق القوي، ومع R4 ستحصل على قوة وذاكرة وقدرات جديدة مثل DAC وCAN وHID، بالإضافة إلى خيارات اتصال إضافية، مع الحفاظ على الشكل الكلاسيكي ونظام الحماية. إذا كان مشروعك جهازًا لقياس جودة الهواء مزودًا بتقنية Bluetooth، فالحل الأمثل هو UNO R4 WiFi؛ أما إذا كنت تفضل تحديد ميزانيتك، فإن UNO R4 Minima مع وحدة BLE سيمنحك مساحة حسابية واسعة، ويظل R3 خيارًا مناسبًا إذا كنت تتحكم في استخدام الذاكرة وتوافق على إضافة جهاز لاسلكي خارجي.
