الكثير مشاريع الأجهزة القابلة للارتداء باستخدام أردوينو لقد تحولت من كونها تجريبية تقريبًا إلى ملعبٍ واسعٍ لهواة الأعمال اليدوية، وصانعي الإلكترونيات، والمبرمجين. من الساعات الذكية المصنوعة يدويًا إلى محطات الأرصاد الجوية المحمولة، لوحات مثل أردوينو للأجهزة القابلة للارتداءتتيح لنا أجهزة ESP32 أو حتى Raspberry Pi إمكانية تجسيد أفكار كنا نراها قبل بضع سنوات فقط في روايات أو أفلام الخيال العلمي.
سنقدم في هذه المقالة مراجعة شاملة للغاية لـ الساعات والأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداءباستخدام منصة أردوينو ومنصات مشابهة، ستشاهد أمثلة لساعات ذكية يمكنك صنعها بنفسك، وساعات زخرفية عملاقة يتم التحكم بها بواسطة متحكمات دقيقة، ومشاريع تعليمية من كتب متخصصة، وحتى ساعة جيب معدنية مستقبلية مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. كل شيء مشروح بالتفصيل وبأسلوب عملي لإلهامك.
لماذا يعتبر أردوينو مثالياً للمشاريع القابلة للارتداء؟
مزيج من أردوينو، ومستشعرات رخيصة، ووحدات صغيرة لقد أحدثت ثورة في إمكانيات الإلكترونيات القابلة للارتداء. واليوم، أصبح من الممكن قياس النشاط البدني باستخدامها. أجهزة استشعار IMUتحديد موقع GPS، أو المعايير الصحية، أو البيئة (درجة الحرارة، الرطوبة، الضغط) وحمل كل هذه المعلومات معك، مدمجة في الملابس، أو على المعصم، أو في ملحقات شخصية.
يدعم هذا الاتجاه... الاعتماد المتزايد على الأجهزة الإلكترونية في حياتنا اليومية، نحمل هواتفنا في كل مكان، ونستخدم أجهزة تتبع اللياقة البدنية، والساعات الذكية، وأنواعًا أخرى من أجهزة التتبع. وقد استجابت حركة الصنّاع لهذا الأمر من خلال ابتكار بدائل مفتوحة المصدر وقابلة للتعديل وأرخص بكثير من المنتجات التجارية، وغالبًا ما تتميز بتصميم شخصي للغاية. فلسفة مجتمع مفتوح المصدر للأجهزة ومشاريع الأعمال اليدويةإلى جانب مبادرات مثل فتح البرمجياتيشجع ذلك على مشاركة التصاميم وتحسينها وتكييفها.
بفضل الحجم الصغير لأردوينو واللوحات المتوافقة معه، فإنه يستهلك طاقة قليلة ويتكامل بسهولة مع وحدات الشاشة بفضل شاشات LCD وLED وTFT وOLED وأنواع المستشعرات المختلفة، أصبح من الشائع رؤية مشاريع يمكن وضعها على سوار معصم أو في جيب أو حتى خياطتها على الملابس. عادةً ما يكمن الحد في الخيال ومهارات التجميع أكثر من التكنولوجيا المتاحة.
علاوة على ذلك، فلسفة مجتمع مفتوح المصدر للأجهزة ومشاريع الأعمال اليدوية يشجع هذا النهج على مشاركة التصاميم وتحسينها وتطويرها. تنتمي العديد من الساعات والأجهزة التي سنراها أدناه إلى عائلات كاملة من التنوعات: ينشر أحدهم فكرة أساسية، ثم يقوم صانعون آخرون بتطويرها أو توسيعها أو دمجها في الأثاث أو المجوهرات أو المنشآت الخارجية.
ساعة ذكية يمكنك صنعها بنفسك باستخدام أردوينو: ساعة العمر
يُعد هذا المشروع من أكثر المشاريع تمثيلاً عند الحديث عن ساعات تعمل بنظام أردوينو يمكن ارتداؤها على المعصم إنها مجموعة الأدوات التي يمكنك تجميعها بنفسك والمعروفة باسم "بيغ تايم". إنها ساعة رقمية قابلة للبرمجة يمكنك تجميعها بنفسك، وعلى الرغم من أنها لا تتمتع باللمسة النهائية المصقولة لساعة أبل أو ساعة من علامة تجارية معروفة، إلا أنها تقدم شيئًا لا تقدمه تلك الأجهزة: الرضا عن صنعها بيديك.
هذه المجموعة موجودة في حوالي التكلفة التقريبية: 30 دولارًاهذا يجعلها خيارًا ميسور التكلفة للغاية لبدء رحلتك في عالم الأجهزة القابلة للارتداء. تتضمن العبوة جميع المكونات اللازمة لتحويلها إلى ساعة يد عملية، مصممة وفقًا لنظام أردوينو البيئي، ويمكن تجميعها بسهولة من قبل أي شخص لديه خبرة بسيطة في اللحام.
ستجد داخل مجموعة Big Time واجهة الساعة، والسوار، والعلبة، وحجرة البطارية، والموصلات، والوحدة القابلة للبرمجةالقرص مصنوع من بلاستيك أكريليك متين يحمي المكونات الإلكترونية مع إبقاء أرقام LED التي تعرض الوقت مرئية. ويحتوي النظام على معالج ATmega328 مُهيأ للعمل بتردد 32 كيلوهرتز، وهو تردد كافٍ لضبط التوقيت ومهام إدارة الطاقة الأساسية.
اختارت الشركة المصنعة مواد غير مكلفة وإلكترونيات بسيطة يُسهم هذا في خفض السعر مع إتاحة الفرصة للمستخدمين للاستفادة من بساطته للتجربة والتعلم. إنها ليست ساعة ذكية مليئة بالميزات المتقدمة، لكنها قاعدة مثالية لتجربة برمجة المتحكمات الدقيقة، وتوفير الطاقة، وتصميم الأجهزة القابلة للارتداء.
يُعد عمر البطارية أحد نقاط القوة الأخرى في جهاز Big Time: إذ يمكن لبطارية زر CR2032 المرفقة أن توفر ما يصل إلى مدة تصل إلى سنتين في ظل ظروف الاستخدام العادية. الفلسفة واضحة: تبقى الساعة مطفأة ولا يتم تشغيل شاشة عرض الأرقام LED إلا عند الضغط على زر للتحقق من الوقت، مما يقلل من استهلاك الطاقة.
برمجة وتجميع ساعة التوقيت الكبير
تم تضمين وحدة التحكم الدقيقة ATmega الخاصة بالساعة بالفعل مُهيأة مسبقًا من المصنع للعمل كساعة رقميةلذا يمكنك تجميعه واستخدامه دون برمجة إذا كنت ترغب فقط في مشروع تجميع بسيط. ومع ذلك، فإن إحدى الميزات الرائعة في Big Time هي تحديدًا إمكانية تعديله عبر Arduino.
تتيح لك وحدة التحكم توصيل محول FTDI لتحميل برامج ثابتة جديدة وتخصيص سلوك الساعة باستخدام لوحة أردوينو برو أو أردوينو برو ميني تعمل بجهد 3,3 فولت وتردد 8 ميجاهرتز. يتيح ذلك إمكانية إجراء تغييرات مثل إضافة رسوم متحركة مختلفة عند عرض الوقت، وتعديل سطوع مصابيح LED، وتفعيل منبهات بسيطة، أو حتى دمجها مع مستشعرات أخرى في حال توسيع الدائرة.
لكن تجميعة "بيغ تايم" ليست لعبة يمكن تجميعها ببساطة: يجب أن تمتلك بعض المعرفة باللحام والدوائر الإلكترونيةستحتاج إلى لحام المكونات، والتأكد من إحكام التوصيلات، ومراعاة قطبية البطارية ومصابيح LED. إذا لم تكن لديك خبرة، فمن المستحسن مراجعة دليل أساسيات اللحام أو طلب المساعدة من شخص أكثر خبرة.
الأمر المعتاد هو المتابعة دليل المستخدم الخاص بالمجموعة، والاعتماد على مقاطع الفيديو حيث تُعرض العملية خطوة بخطوة. توجد موارد توثق، في غضون دقائق معدودة، عملية تجميع ساعة Big Time بالكامل، بدءًا من تجهيز لوحة الدائرة وحتى إغلاق الغلاف، بما في ذلك الاختبارات الوسيطة للتحقق من تشغيل الوحدة واستجابة أرقام LED.
بمجرد الانتهاء من تصنيعها وتشغيلها، تصبح ساعة الوقت الكبير رابط مثالي لمواصلة النمو في مشاريع الأجهزة القابلة للارتداءيمكنك الاستفادة من الخبرة المكتسبة من التصاميم الأخرى، وإضافة خاصية الاتصال في المشاريع المستقبلية، وتجربة أجهزة الاستشعار، أو التفكير في دمج المفهوم نفسه في غلافك المصمم ثلاثي الأبعاد، مثل... سوار مزود بتقنية LED للطباعة ثلاثية الأبعاد.
ساعة جيب خيالية مزودة بمعالج ESP32 وشاشة AMOLED
ومن المشاريع اللافتة للنظر الأخرى في عالم الأجهزة الإلكترونية "القابلة للارتداء" مشروعٌ لـ ساعة جيب ذات طابع خيال علمياستلهم المصمم فكرته من قراءات مثل رواية نيل ستيفنسون "عصر الماس"، وكان يرغب منذ فترة طويلة في الحصول على ساعة بهذا النمط، لكنه لم يجد أي شيء مماثل في السوق، فقرر تصنيعها بنفسه.
وللقيام بذلك، لجأ إلى لوحة تطوير Waveshare التي تجمع بين ESP32-S3 وشاشة AMOLED دائرية بدقة 466×466 بكسلتوفر لك هذه المنصة قوة حوسبة واتصالاً لاسلكياً وشاشة عالية الدقة، وهي مثالية لتصميم واجهات بصرية مستقبلية للغاية، بعيدة كل البعد عما نراه عادةً في الساعات التجارية القياسية.
يركز الجزء البرمجي على برمجة واجهة مستخدم مخصصة، ذات مظهر "خيال علمي" مميزتم تكييفه مع الشاشة الدائرية. كان المؤلف يبحث عن شيء يناسب ذوقه الجمالي، مليء بعناصر الخيال العلمي، وقوائم جذابة، ورسوم متحركة تنقل إحساس استخدام جهاز مأخوذ مباشرة من رواية تقنية.
أما من ناحية المكونات المادية، فبالإضافة إلى اللوحة والبطارية، قام المصمم بإنشاء حالة خاصة في برنامج Fusion 360تم تصنيع هذا الغلاف بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ، مما منحه مظهرًا متينًا يختلف تمامًا عن البلاستيك المستخدم عادةً في العديد من الأجهزة القابلة للارتداء التجارية. والنتيجة، حتى في مرحلة النموذج الأولي، تسمح بتجميع الساعة وتشغيلها.
لا يزال المشروع قيد التطوير: يريد المؤلف أضف أزرارًا مادية وتفاصيل أخرىتتمثل فكرته في إعادة تصميم العلبة من الفضة الإسترلينية، مستفيدًا من خبرته كصائغ فضة. يُجسد هذا النوع من المشاريع خير تجسيد ما يُمكن تحقيقه عند دمج الإلكترونيات المفتوحة والتصميم ثلاثي الأبعاد، وحتى الحرف التقليدية كصناعة المجوهرات، لابتكار قطعة فريدة قابلة للارتداء.
ساعات ضخمة مزخرفة يتم التحكم بها بواسطة أردوينو
إلى جانب ساعات اليد وساعات الجيب، يتألق أردوينو أيضًا في مشاريع ساعات كبيرة الحجم، مصممة للزينة أو للاستخدام العامومن الأمثلة الكلاسيكية على ذلك ساعة يبلغ قطرها حوالي 3,7 متر (حوالي 12 قدمًا)، تتميز بحضور مثير للإعجاب من حيث الحجم والجماليات.
هذه الساعة العملاقة هي يتم التحكم فيه داخليًا بواسطة لوحة أردوينوعلى الرغم من أنه كان من الممكن التحكم فيه بشكل مثالي بواسطة آلية الساعة التقليدية، إلا أن المشروع يوثق كيفية بناء الهيكل ونظام حركة العقارب ودمج وحدة التحكم الدقيقة، بما في ذلك مقاطع فيديو توضح العملية بأكملها في غضون دقائق قليلة.
ساعة كبيرة أخرى، تعتمد أيضاً على أردوينو، تجمع بين وظيفة الوقت، والإضاءة، وتكامل المناظر الطبيعية، وتسجيل البيانات البيئيةفي هذه الحالة، يقع التركيب في منتصف الحديقة، وتتضمن الساعة مستشعرات لدرجة الحرارة والرطوبة، بالإضافة إلى اتصال بلوتوث لضبط الوقت والرجوع إلى البيانات المخزنة من الهاتف المحمول.
صفحة المشروع تعرض معارض صور الساعة، وفيديوهات التجميع، ولقطات شاشة من تطبيق الهاتف المحمول ومن خلاله يمكن التحكم بالنظام. كل هذا يُظهر إمكانات أردوينو كوحدة تحكم مركزية للساعات التي لم تعد تقتصر على عرض الوقت فحسب، بل أصبحت عُقدًا ذكية ضمن بيئة متصلة.
من الواضح أن هذه الساعات العملاقة ليست "أجهزة قابلة للارتداء" بالمعنى الدقيق للكلمة، أي أنها لا تُلبس على الجسم، لكنها تتناسب مع فلسفة مشاريع صناعة الساعات الإلكترونية التي يمكنك صنعها بنفسك والتي تشترك في العديد من التقنيات مع الأجهزة القابلة للارتداء: استخدام أجهزة الاستشعار، والاتصالات اللاسلكية، وإدارة الطاقة، والبرمجة المرنة على وحدات التحكم الدقيقة.
إبداع فائق: ساعات مزودة بأرفف ومحامل ومؤشرات تناظرية
في بيئة المُصنِّعين، يوجد مُتحمّسون يجمعون بين شغفهم بـ Arduino وذوقهم في... هندسة الساعات والتصميم الداخليومن هناك، تظهر أفكار أصلية حقًا تتجاوز ساعة الحائط أو ساعة الطاولة التقليدية، وتلعب بالطريقة التي نعرض بها الوقت.
ومن الأمثلة المثيرة للاهتمام مثال على ساعة مخفية في رف مزخرفللوهلة الأولى، يبدو مجرد قطعة أثاث أنيقة وعصرية، ولكنه في الواقع يدمج نظامًا لحساب الوقت يتم التحكم فيه بواسطة أردوينو. وهكذا، لديك ساعة، ورف عملي، وقطعة ديكور دقيقة للغاية، كل ذلك في قطعة واحدة، لا تكشف عن طبيعتها الحقيقية إلا عند التدقيق فيها.
مشروع مفاجئ آخر يحل محل قطاعات LED نموذجية مدعومة بمحامل فولاذية ومغناطيساتبدلاً من استخدام الثنائيات الضوئية، يعتمد النظام على كرات معدنية ومجالات مغناطيسية لتشكيل الأرقام أو مؤشرات الوقت. يتطلب إنجاز شيء كهذا مستوىً هائلاً من الخيال والمهارة الميكانيكية، وهو من المشاريع التي تُذهلك حقاً عند رؤيتها تعمل.
وهناك أيضاً كامل مجموعة ساعات مبنية على نفس المفهوم الإبداعيمما أدى إلى ظهور العديد من التصاميم المختلفة بأنماط وتشطيبات متنوعة. اقترح المصمم الأصلي فكرة آسرة بصرياً، ثم تبناها صانعون آخرون وطوروها، مما أدى إلى ظهور مجموعة كاملة من الساعات ذات الأساس نفسه، ولكن لكل منها شخصيتها الخاصة.
في بعض الحالات، حتى أن التجربة تحدث مع مؤشرات تناظرية تعتمد على أدوات القياس الكلاسيكيةيتضمن ذلك استبدال المقاييس الأصلية بوجوه ساعات، أو استخدام ساعات تناظرية متعددة لعرض مكونات مختلفة من الوقت أو بيانات أخرى. كل هذا مُدمج مع أردوينو الذي يعمل كوحدة تحكم مركزية تُنسق عمل المحركات والمستشعرات، وفي كثير من الحالات، إضاءة LED.
الساعات ومشاريع أردوينو كأداة تعليمية
لا تقتصر مشاريع الساعات والأجهزة القابلة للارتداء على كونها لافتة للنظر فحسب، بل إنها أيضًا طريقة رائعة لتعلم البرمجة والإلكترونيات. هناك كتب وموارد تعليمية تعتمد تحديدًا على هذا النوع من المشاريع لتعليم المفاهيم الأساسية لـ Arduino والأنظمة المدمجة من الصفر.
يقترح أحد هذه المواد كمشروعه الأول ما يلي: ساعة رقمية تعتمد على أردوينو نانويستخدم هذا الإعداد لوحة مفاتيح غشائية وساعة الوقت الحقيقي (RTC) وشاشة LCD، بحيث يمكن للطالب أن يفهم كيفية قراءة الوقت من وحدة خارجية، وكيفية عرض المعلومات على الشاشة، وكيفية السماح بإدخال البيانات لضبط الوقت أو ضبط المنبهات.
الوحدة المستخدمة في الوقت الفعلي هي ماكسيم إنتجريتد آر تي سي دي إس 1307يحظى هذا المكون بشعبية كبيرة في مشاريع الإلكترونيات على الرغم من عدم احتوائه على نظام تعويض حراري داخلي. فهو يُدخل مفهوم الساعة الحقيقية، وتقنية الاتصال I2C، والحاجة إلى الحفاظ على الوقت حتى عند إيقاف تشغيل اللوحة الرئيسية أو إعادة تشغيلها.
المشروع الثاني المقترح في ذلك الكتاب هو عداد العناصر باستخدام أردوينويُقدّم هذا القسم شرحًا لاستخدام مستشعر الموجات فوق الصوتية HC-SR04، القادر على رصد أي جسم يمر أمامه وقياس المسافات باستخدام الموجات فوق الصوتية. يتم عدّ الأجسام المرصودة، ويمكن عرض النتائج على شاشة LCD أو إرسالها إلى جهاز كمبيوتر لتسجيلها وتحليلها.
تُوضح هذه الحالة ما يلي: تخطيط المكونات على اللوحةكيفية قراءة إشارات المستشعرات، وكيفية معالجة المعلومات، وكيفية عرضها للمستخدم، كل ذلك ضمن بيئة أردوينو. إنها طريقة عملية لربط النظرية بشيء ملموس يمكن ملاحظته والتحقق منه في الوقت الفعلي.
محطات الأرصاد الجوية والأجهزة القابلة للارتداء الموجهة نحو البيانات
المشروع التعليمي الرئيسي الثالث المذكور في هذه المصادر هو مشروع... محطة أرصاد جوية مزودة بأردوينوعلى الرغم من أنها لا تُحمل دائمًا بشكل مادي، إلا أنها تتناسب مع روح أجهزة مراقبة البيئة المحمولة، وينتهي الأمر بالعديد من المصنعين بتكييف هذه التصميمات لدمجها في صناديق صغيرة أو حقائب ظهر أو حتى ملابس.
في هذه المحطة، متغيرات مثل درجة الحرارة، والرطوبة النسبية للهواء، والضغط الجوييمكن عرض البيانات على شاشة LCD، ولكن يمكن أيضًا تصديرها إلى جهاز كمبيوتر لمزيد من التحليل، مع تطبيقات في الإحصاء أو التنبؤات الجوية البسيطة قصيرة المدى.
أحد أجهزة الاستشعار الرئيسية هو DHT22يُعد هذا المكون أداةً كلاسيكيةً لقياس درجة الحرارة والرطوبة. ويأتي عادةً مزودًا بلوحة دوائر كهربائية تُسهّل عملية التجميع، ويحتوي على ثلاثة دبابيس، على الرغم من أن ترتيب دبابيسه يختلف عن نماذج مثل DHT11: ففي DHT22، يقع دبوس التأريض (GND) على اليسار، بينما يقع دبوس إخراج البيانات على اليمين (الدبوس 3)، وهي تفصيلة مهمة عند توصيله بشكل صحيح.
من خلال هذا النوع من المشاريع، بالإضافة إلى تعلم كيفية استخدام أجهزة الاستشعار، يتم تعريف المستخدم بفكرة تسجيل البيانات البيئية بشكل مستمريُعدّ هذا الأمر أساسيًا في العديد من الأجهزة القابلة للارتداء الحديثة التي تراقب النشاط البدني والصحة والظروف البيئية. ومن هنا، يسهل تخيّل نسخ محمولة منها، مزودة ببطاريات واتصال لاسلكي، لحمل المحطة معك أينما ذهبت.
عادةً ما تكون هذه المواد التدريبية مصحوبة بشروحات حول البنية الأساسية لـ Arduino، واستخدام المتغيرات والثوابت وهياكل التحكمبالإضافة إلى إدارة المدخلات والمخرجات الرقمية والتناظرية. وهو الأساس الضروري للقارئ ليتمكن لاحقًا من إنشاء ساعاته أو عداداته أو أجهزة القياس أو الأجهزة القابلة للارتداء الخاصة به.
يتم تعزيز هذا النظام البيئي بأكمله من خلال المنصات التي تطلق كتب إلكترونية متخصصة بشكل منتظمتضم هذه الموارد خبراء يشاركون خبراتهم لتقديم تدريب عملي متين. يتوفر العديد منها عبر الاشتراك، مما يتيح الوصول إلى مكتبة متنامية من المشاريع والدروس التعليمية.
بالنظر إلى كل ما سبق، فمن المفهوم لماذا أصبحت منصة أردوينو وحركة "اصنعها بنفسك" منتشرة على نطاق واسع في عالم الأجهزة القابلة للارتداء.تجمع هذه التقنية بين التكلفة المنخفضة، وحرية التعديل الكاملة، والمجتمعات النشطة التي تتبادل الشفرات والتصاميم، وعدد هائل من الأمثلة الواقعية التي تتراوح من أبسط الساعات إلى المنشآت الفنية المعقدة أو ساعات الجيب المعدنية التي تليق بروايات الخيال العلمي. مع قليل من الصبر، والرغبة في التعلم، ومكواة لحام، من الممكن تمامًا تحويل مشروعك القابل للارتداء إلى واقع ملموس، على سبيل المثال، باستخدام شرائط LED WS2812Bواصطحبه معك كل يوم.
