من المبتدئ تمامًا إلى مستوى المهندس
مختبر أردوينو
صمام ضوئي يضيء لأن برنامجك قرّر ذلك: هذه هي نقطة البداية. يعلّمك هذا المسار الكهرباء التي تحتاجها فعلًا، والمكوّنات الإلكترونية، ولوحة أردوينو أونو، والبرمجة التي تجعل العتاد يتصرّف، فكرةً بعد فكرة، ثم يأخذك إلى المقاطعات والسجلات والبروتوكولات والأجهزة المتصلة، وصولًا إلى تصميم نظام كامل مُختبَر ومُوثَّق.
في كل درس تركّب الدارة على لوحة تجارب افتراضية، وتكتب البرنامج، وتشغّله وتراقب. المختبر يحسب فعلًا ما يحدث: صمام ضوئي موصول بالعكس يبقى مطفأً، ومقاوِم منسيّ يُتلف الصمام. وعندما تحصل على لوحة حقيقية، تخبرك كل مهمة كيف تعيدها في الواقع.
- الوحدات
- 26
- الدروس
- 136
- المدة
- ~78 ساعة
- المشاريع
- 32
ما ستتمكّن من فعله
- شرح الجهد والتيار والمقاومة، وحساب مقاوِم الحماية بقانون أوم
- تركيب دارة على لوحة التجارب انطلاقًا من مخطط، وإيجاد خطأ في التوصيل
- كتابة برنامج أردوينو كامل - setup وloop والمخارج والمداخل والشاشة التسلسلية
- قراءة زر ومقياس جهد ومستشعر، وجعل الدارة تتفاعل
- التحكم في شدة الإضاءة، وإصدار صوت، وتشغيل محرك دون إتلاف اللوحة
- كتابة برامج سريعة الاستجابة باستعمال millis() وآلات الحالات والمقاطعات
- تشغيل محرك عبر ترانزستور وثنائي حماية وتغذية منفصلة
- قراءة سجلات المداخل والمخارج والكتابة فيها، وتخزين البيانات في EEPROM، وترشيح القياسات
- جعل المكوّنات تتواصل (UART وI²C وSPI) وتصميم بروتوكول تسلسلي متين
- تصميم نظام مدمج كامل واختباره وتوثيقه والدفاع عنه
لمن هذه الدورة
كل من لم يلمس الإلكترونيات ولا البرمجة من قبل: تلاميذ الثانوي الفضوليون، وأعضاء نوادي الروبوتات، والطلبة الذين يحضّرون أعمالًا تطبيقية، والهواة. وسيجد طلبة مدارس المهندسين التتمة أيضًا: المقاطعات، والمؤقّتات، والسجلات، والذاكرة، والبروتوكولات، والمتانة، وتصميم الأنظمة. كل الفصول مفتوحة: إن كنت تعرف البرمجة أو الكهرباء من قبل، فابدأ من حيث أنت (درس « الأنظمة المدمجة » يدلّك من أين).
ما تحتاجه
لا شيء. الحاسوب أريح لتركيب الدارات، أما الدروس والأسئلة والكود فتعمل أيضًا على الهاتف. لوحة أردوينو أونو مفيدة لكنها ليست ضرورية للبدء.
ما ستبنيه
- الصمام الضوئي المحسوب
- الوامض
- إشارة المرور
- مؤقّت ردّ الفعل
- الواجهة التسلسلية
- الزرّ والصمام
- ضوء الليل الآلي
- مساعد ركن السيارة
- مراقب درجة الحرارة
- إنذار المسافة
- الإشارة الذكية
- المروحة الآلية
- ممرّ الراجلين
- لعبة ردود الفعل
- التقاطع غير المنحبس
- لوحة القيادة
- الجهاز المُقاد
- التوقيت
- مسجّل درجة الحرارة
- إنذار ارتفاع الحرارة المتحمّل للأعطال
- الأضواء المتتابعة بالمسجّلات
- عُقدة القياس عن بعد
- محطة الأرصاد المتّصلة (ESP32)
- المروحة المنظَّمة
- السقي الآلي
- الحاجز الآلي لموقف السيارات
- الدفيئة الذكية
- مراقبة الدخول
- المحطة البيئية
- مراقب الطاقة منخفض الجهد
- الروبوت المستقلّ
- المشروع الحرّ
المنهج
المستوى 0 · اكتشاف الإلكترونياتما هو أردوينو، والكهرباء التي تحتاجها، والمكوّنات، والسلامة والقياس. 4 وحدات · 22 درسًا
- 1 أردوينو والأنظمة المدمجةما هي لوحة أردوينو، وما الذي يستطيعه المتحكّم الدقيق (وما لا يستطيعه)، ومن أين تبدأ حسب ما تعرفه.
- 2 قبل أردوينو: الكهرباء التي تحتاجهاالجهد، والتيار، والمقاومة، وقانون أوم، والصمام الضوئي، ولوحة التجارب. ما يلزم بالضبط كي لا تُتلف شيئًا.
- 3 المكوّنات الإلكترونيةالمقاومات، والثنائيات، والمكثّفات، والمفاتيح، والمُرحِّلات، والترانزستورات، والمستشعرات والمشغّلات. ما يفعله كل منها، وحدوده.
- 4 السلامة والقياس وإصلاح الأعطالحدود اللوحة، والمقياس المتعدد، وطريقة لإيجاد العطل، ومشروعك الأول المحسوب من البداية إلى النهاية.
المستوى 1 · البرامج الأولىلوحة أونو، وsetup وloop، والمتغيرات، والشروط، والحلقات، والدوال، والشاشة التسلسلية. 3 وحدات · 17 درسًا
- 5 اللوحة الأولىأردوينو أونو، وبنية البرنامج، وأولى صماماتك الضوئية التي تقودها الشيفرة.
- 6 برمجة العتادالمتغيّرات، والأنواع، والشروط، والحلقات، والدوال، والمصفوفات، والشاشة التسلسلية لترى ما يفكّر فيه برنامجك.
- 7 مشاريع: أول برامج كاملةمؤقّت ردّ الفعل وواجهة أوامر عبر المنفذ التسلسلي. كل ما تعلّمته في المستوى 1، مجمّعًا.
المستوى 2 · المداخل والمخارج والدارات التفاعليةالأزرار، والمستشعرات، والمحوّل التماثلي، وPWM، والصوت، والسيرفو، والمحركات، والشاشات. 4 وحدات · 20 درسًا
- 8 المداخل والمستشعراتاقرأ زرًّا، وافهم مقاوِمات السحب، وقِس جهدًا بـ analogRead، واجعل الدارة تتفاعل.
- 9 المخارج والمشغّلاتاضبط القدرة بالـ PWM، وأصدر صوتًا، وحدّد موضع محرك مؤازر، وقُد محركًا دون إتلاف اللوحة.
- 10 الروبوتاتقِس مسافة، وقُد محرّكات، ونظّم منطق روبوت.
- 11 مشاريع: دارات تفاعليةمراقب درجة حرارة، وإنذار مسافة، وإشارة مرور ذكية، ومروحة آلية. قِس، وقرّر، وافعل.
المستوى 3 · هندسة أردوينوالزمن غير المعطِّل، وآلات الحالات، والمقاطعات، والمؤقّتات، وUART وI²C وSPI، والمكتبات. 4 وحدات · 23 درسًا
- 12 تصميم برامج موثوقةالزمن دون delay()، والمُجدوِل التعاوني، وآلات الحالات مع enum، والمقاطعات والأقسام الحرجة، والعيش مع 2 KB من الذاكرة.
- 13 المؤقّتات العتاديةالعدّادات التي تضبط الإيقاع داخل المتحكّم الدقيق، والمقسّمات المسبقة، والـ PWM، والتعارضات بين المكتبات، والمقاطعات الدورية.
- 14 التواصلتلقّي الأوامر عبر المنفذ التسلسلي، وبناء بروتوكول متين، وفهم UART وI²C وSPI بالتفصيل، والعرض على شاشة، واستعمال المكتبات.
- 15 مشاريع: أنظمة غير منحبسةتقاطع تقوده آلة حالات، ولوحة قيادة متعدّدة المستشعرات، وجهاز يُقاد ببروتوكول تسلسلي، وتوقيت بحاجزين بالمقاطعات.
المستوى 4 · البرمجة المدمجة المتقدمةC++ للأنظمة المدمجة، والذاكرة، والسجلات، والإشارة، والزمن الحقيقي، والمتانة، والطاقة. 7 وحدات · 25 درسًا
- 16 C++ للأنظمة المدمجةالمؤشّرات، وسلاسل الحروف، والبنى، والأصناف، والترجمة والربط، وأول مكتبة لك.
- 17 ذاكرة المتحكّم الدقيقالـ flash والـ SRAM والـ EEPROM، والمكدّس والكومة، وتوفير الـ RAM، والاحتفاظ بالبيانات عندما تنطفئ اللوحة.
- 18 المسجّلات والعتادالبتات والأقنعة، ومسجّلات الإدخال والإخراج DDRx وPORTx وPINx، وقراءة ورقة بيانات، وما تخفيه دوال أردوينو.
- 19 القياس السليم: أخذ العيّنات والترشيحبأيّ تردّد نقيس، وما التداخل الطيفي، وكيف نرشّح الضجيج، وكيف نعاير مستشعرًا.
- 20 الزمن الحقيقي والبرمجيات المتينةاحترام المواعيد النهائية، والحذر من المدخلات، وإعادة التشغيل بشكل نظيف بعد عطل.
- 21 الاستهلاك القليلأعِدّ ميزانية الطاقة لجهاز يعمل بالبطارية، واجعله ينام أكثر ما يمكن.
- 22 مشاريع: الأنظمة المدمجة المتقدّمةمسجّل يصمد بعد الانقطاعات، ومراقبة تتحمّل أعطال المستشعرات، وأضواء متتابعة تُقاد بالمسجّلات.
المستوى 5 · الأجهزة المتصلةالشبكات، وWi-Fi وBLE، وMQTT، وواجهات API وJSON، والأمان، والتسجيل. وحدتان · 10 دروس
- 23 الأجهزة المتّصلةالـ ESP32، وشبكات IP، والاتصالات اللاسلكية، وMQTT، وواجهات API بـ JSON، وأمان الجهاز المتّصل ومراقبته.
- 24 مشاريع: الأجهزة المتّصلةعُقدة قياس عن بعد كاملة على أونو، يُتحقَّق منها في المختبر، ثم محطة أرصاد حقيقية على ESP32، للبناء.
المستوى 6 · التصميم الهندسيالمتطلبات، والعتاد، وبنية البرمجيات، والاختبارات، وأدوات القياس، والتوثيق، والموثوقية. وحدة واحدة · 8 دروس
- 25 التصميم كمهندسالمتطلَّبات، والتصميم العتادي والبرمجي، والاختبارات، وأدوات القياس، والتوثيق والموثوقية، ثم نظام كامل.
المستوى 7 · المشاريع الختاميةالبيت الزجاجي، والتحكم في الدخول، ومحطة القياس، والطاقة، والروبوت، ومشروعك الخاص. وحدة واحدة · 11 درسًا
- 26 مشاريع التوليفإنجاز مشروع من البداية إلى النهاية - الحاجة، والمخطط، والبرنامج، والاختبارات، والشرح.