اگر فقط چند آی سی و مدارهای جریان را بتوان به آردوینو اضافه کرد، این امکان را دارید تا یک محصول کامل ایجاد کنید. با کمک شیلد آردوینو می‌توانید بردهای حسگر و سایر مدارها و قطعات اضافی را به آردوینو وصل کنید. با استفاده از شیلد مناسب این امکان را دارید پیچیدگی سیم کشی مدار را به میزان قابل توجهی کاهش دهید و در عین حال زمان و فرآیند ساخت را کوتاه کنید. انواع مختلفی از شیلدهای آردوینو در بازار سخت افزارهای کامپیوتری وجود دارند که می‌توانید بسته به نیازهای خود، محصول مناسب را تهیه کنید. در این بررسی به طور کامل در مورد شیلد آردوینو و انواع مختلف آن صحبت می‌کنیم.

شیلد آردوینو چیست؟

شیلد بردی است که می‌توان آن را در بالای برد آردوینو نصب کرد. پین‌های شیلد در سوکت‌هایی که در دو طرف برد آردوینو قرار دارند وارد می‌شوند تا در جای خود قرار گیرند. از آنجایی که آردوینو دارای یک طراحی سخت افزاری منبع باز است، طیف گسترده‌ای از انواع شیلدها را می‌توان به آن وصل کرد. در واقع شیلد را می‌توان راهی دانست که با کمک آن ویژگی‌های سخت افزاری و نرم افزاری یک برد آردوینو را افزایش داد.

شیلدها را می‌توان روی شیلدهای دیگر قرار داد. با این حال ممکن است در برخی از شیلدها مشکلاتی در نصب وجود داشته باشد که می‌تواند شرایط نصب دیگر شیلدها را محدود کند. همچنین باید مراقب میزان توان مورد نیاز در برخی از شیلدها باشید. برای مثال، آردوینو USB فقط 500 میلی آمپر رتبه بندی شده است، بنابراین شیلد مورد نظر باید بتواند این مقدار توان را تحمل کند.

مزایای استفاده از شیلد  Arduino

شیلدهای آردوینو برای افزایش قابلیت‌های سیستم استفاده می‌شوند. شما می‌توانید برای گسترش آردوینو خود و اضافه کردن وای فای، بلوتوث، کنترل موتور، دوربین یا سایر ویژگی‌ها از شیلدها بهره ببرید. به طور کلی، شیلدهای آردوینو چندین مزیت مهم زیر را ارائه می‌دهند:

1- قابل پشته سازی

چندین شیلد می‌توانند در کنار هم قرار بگیرند تا یک سیستم پیچیده را تشکیل دهند. شما می‌توانید یک برد شیلد را به برد اصلی آردوینو نصب کنید و برای توسعه سیستم خود از چندین شیلد بهره ببرید. فقط توجه داشته باشید، هر شیلد عملکرد متفاوتی دارد و باید در انتخاب مجموعه شیلدها دقت کنید.

2- ارزان قیمت بودن

خرید یا طراحی شیلدها معمولا قیمت کمتری نسبت به خرید چندین برد آردوینو یا بردهای دیگر دارد. این شیلدها در مقایسه با برد مدار چاپی (PCB) ارزان‌تر هستند. بنابراین می‌توانید چندین شیلد مختلف را برحسب نیازهای سخت افزاری خود خریداری کرده و روی آردوینو نصب کنید.

3- قابلیت توسعه آردوینو

مزیت شیلدها نسبت به ماژو‌ل‌های جداگانه این است که شیلدها به طور خاص برای آردوینو طراحی شده‌اند. به همین دلیل، شیلدها قابلیت اتصال و توسعه آردوینو را آسان‌تر می‌کنند؛ حتی نسبت به محصولات مشابه، خطای کمتری دارند.

4- داشتن تنوع زیاد

شیلدهای آردوینو تنوع زیادی دارند و هر کدام بسته به ویژگی‌هایشان برای کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند. اگر شما به یک ارتباط وایرلس، اتصال به اینترنت، جی پی اس یا صدا نیاز دارید، این امکان را خواهید داشت تا برای هر یک از آنها یک شیلد مجزا خریداری کنید.

ساختار کلی شیلدها در آردوینو

شیلدهای آردوینو دارای فرم فاکتور مشابه با بردهای آردوینوی استاندارد هستند. پین‌های پاور و گراند روی یک هدر هشت پین، پین‌های آنالوگ روی یک هدر شش پین و پین‌های دیجیتال در طرف مقابل دو پین دیگر، با هدر هشت پین و 10 پین قرار می‌گیرند.

شیلدها معمولا با استفاده از SPI (گذرگاه ارتباط جانبی سریال)، پروتکل I2C یا ارتباط سریالی و برخی از ورودی‌های آنالوگ استفاده می‌کنند. اگر یک شیلد از پیش ساخته می‌خرید (طراحی نشده)، ممکن است متوجه شوید که شیلد قابل توسعه نیست. برخی از شیلدها شامل مجموعه‌ای از سوراخ‌های آبکاری شده برای لحیم کاری اجزای سوراخ هستند، در حالی که برخی دیگر برای کاربرد بسیار خاصی طراحی شده‌اند و قابل گسترش نیستند.

برای طراحی ساختار شیلدها در آردوینو باید به نکات زیر توجه کنید:

• پین اوت: پین اوت روی شیلد باید با پین اوت برد MCU مطابقت داشته باشد. هنگام طراحی شیلد به دیتاشیت مدل آردوینو خود توجه کنید.
• رتبه بندی فعلی: هنگامی که آردوینو با منبع خارجی تغذیه می‌شود، جریان ممکن است از 500 میلی آمپر تا یک آمپر محدود شود. قطعات متصل به شیلد و سیم کشی شده به پین‌های برق و زمین، کل جریان مصرفی دستگاه را افزایش می‌دهند.
• ولتاژ تغذیه: برخی از بردهای آردوینو از ولتاژ3.3 ولت استفاده می‌کنند، در حالی که بعضی دیگر از 5 ولت بهره می‌برند. اجزایی که به شیلد خود اضافه می‌کنید باید با ولتاژ تغذیه مورد استفاده در برد MCU سازگار باشند.

25 شیلد برتر آردوینو

در ادامه به انواع شیلدهای آردوینوی پرکاربرد اشاره می‌کنیم:

1- شیلد اترنت یا شبکه

شیلد اترنت به شما امکان می‌دهد آردوینو خود را به اینترنت وصل کنید. فقط باید شیلد را به برد آردوینو متصل کرده و سپس آن را به شبکه خود وصل نمایید.

2- شیلد رله

شیلد رله یک ماژول با 4 رله مکانیکی است که امکان کنترل ولتاژ بالا را در اختیار شما قرار می‌دهد.

3- پروتوشیلد

پروتوشیلد یک شیلد نمونه‌سازی است که ساخت نمونه اولیه (پروتوتایپ) را آسان می‌کند. این شیلد امکان اتصال راحت بین برد بورد (Breadboard) و آردوینو را فراهم می‌کند.

4- شیلد موتور

این شیلد امکان کنترل راحت سرعت و جهت موتور را فراهم می‌کند. این شیلد استفاده از موتور را در هر یک از کاربردهای مورد نظرتان آسان می‌کند.

5- شیلد LCD

این شیلد باعث می‌شود تا استفاده از ال سی دی کاراکتری 16×2 آسان شود. تنها با استفاده از دو پایه I2C موجود در آردوینو، می‌توان یک LCD کاراکتری 16×2، حداکثر 3 پین نور پس زمینه و 5 پین صفحه کلید را کنترل کرد.

6- شیلد صفحه لمسی خازنی

شیلد صفحه لمسی خازنی به شما اجازه می‌دهد تا رابط‌های لمسی خازنی بسازید.

7- شیلد CAN-BUS

شیلد CAN-BUS از باسکنترلر MCP2515 CAN با رابط SPI و فرستنده گیرنده MCP2551CAN استفاده می‌کند تا قابلیت CAN-BUS را به آردوینو ارائه دهد.

8- شیلد تشخیص دود

این شیلد می‌تواند غلظت گاز قابل احتراق را در هوا تشخیص دهد و آن را به عنوان یک مقدار آنالوگ بخواند. شیلد تشخیص دود برای ساخت یک سیستم آشکارساز دود مفید است.

9- شیلد تولید ولتاژ منفی

این شیلد برای آردوینو ولتاژ منفی تولید می‌کند. اگر به ولتاژ منفی نیاز دارید، این شیلد را خریداری کنید.

10- شیلد موج

این شیلد بسیاری از مشکلات مربوط به کیفیت پایین صدا را در پروژه‌های الکترونیکی که به صدا نیاز دارند، حل می‌کند. این شیلد می‌تواند تفایل‌های صوتی 22 کیلوهرتز یا 12 بیتی فشرده نشده با هر طول موجی را پخش کند. با این شیلد، فایل‌های صوتی از کارت SD/MMC خوانده می‌شوند. شیلد موج امکان افزودن صدای باکیفیت را فراهم می‌کند.

11- شیلد پروتوایکس سیسکو

شیلد پروتوایکس سیسکو یک برد پروتوتایپ با پدهای SMT و Serial Breakout است.

12- شیلد 64 دکمه

با این شیلد می‌توانید تا 64 دکمه را به آردوینو خود متصل کنید. شیلد 64 دکمه برای سازهای موسیقی، رابط‌های کامپیوتری جالب و سایر موارد کاربرد دارد.

13- شیلد جوی استیک

شیلد جوی استیک ورودی‌های آنالوگ ساده، چهار دکمه مجزا و یک دکمه در زیر جوی استیک را فراهم می‌کند.

14- شیلد GSM/GPRS

شیلد GSM/GPRS به شما امکان می‌دهد آردوینو خود را به شبکه تلفن همراه GSM/GPRS متصل کنید. این شیلد به شما اجاره خواهد داد تا با استفاده از دستورات AT یک شماره تلفن را شماره گیری کنید یا یک پیام متنی برای دوست خود ارسال کنید.

15- شیلد گیمدوینو

شیلد گیمدیونو یک آداپتور بازی برای آردوینو یا هر قطعه دیگری با رابط SPI است. این شیلد دو شاخه برای مانیتور VGA و بلندگوهای استریو دارد.

16- شیلد microSD

ان شیلد آردوینو شما را به قابلیت ذخیره‌سازی انبوه مجهز می‌کند، بنابراین می‌توانید از آن برای ثبت اطلاعات یا سایر پروژه‌های مرتبط استفاده کنید.

17- شیلد NFC/RFID

این شیلد برای پروژه‌های مربوط به RFID یا NFC با فرکانس 13.56 مگاهرتز مناسب است. شیلد NFD/RFID  می‌تواند تگ‌ها را بخواند و بنویسد، بنابراین برای پروژه‌های تگ RFID مناسب است.

18- شیلد Adafruit NeoPixel

با استفاده از این شیلد می‌توانید ماتریس 5×8 از LED‌های RGB را تنها با استفاده از یک پین کنترل کنید.

19- شیلد MP3 Player

این شیلد راهی ساده برای افزودن جلوه‌های صوتی یا موسیقی به پروژه‌های شما است.

20- شیلد دوربین

با این شیلد می‌توان پیچیدگی رابط کنترل دوربین را کاهش داد. شیلد دوربین از رابط I2C برای پیکربندی حسگر و رابط SPI برای دستورات دوربین و جریان داده استفاده می‌کند.

21- شیلد GPS Logger

این شیلد دارای یک ماژول GPS است و برای ثبت اطلاعات در کارت SD طراحی شده است.

22- شیلد وایرلسSD

این شیلد به آردوینو اجازه می‌دهد تا با استفاده از یک ماژول بی‌سیم به صورت وایرلس ارتباط برقرار کند. شیلد شامل یک اسلات ماشین SD است.

23- شیلد وای فای cc300

این شیلد به یک واحد پردازش شبکه مجهز است که می‌تواند فرآیند اتصال به شبکه را ساده کند. این شیلد می‌تواند تقاضای MCU را برای نرم افزار کاهش دهد.

24- شیلد وای فای  ESP8266

این شیلد یک پلتفرم پیشرو برای اینترنت اشیا (IoT) یا پروژه‌های مرتبط با Wi-Fi است.

25- شیلد بلوتوثی HC-05

این شیلد شامل یک ماژول بلوتوثی SPP (پروتکل پورت سریال) است که برای راه اندازی اتصال سریال وایرلس طراحی شده است.

آموزش نصب شیلد آردوینو

شیلدها ممکن است دارای هدر یا بدون هدر باشند. اگر شیلد هدر نداشته باشد، باید آن را خودتان نصب کنید. در ادامه قطعات لازم برای نصب شیلد و سپس فرآیند نصب شیلد به آردوینو را توضیح می‌دهیم.

قطعه‌های لازم برای استفاده از یک شیلد Arduino

مونتاژ شیلد نیاز به لحیم کاری دارد تا ارتباط مناسبی میان شیلد و برد اصلی آردوینو ایجاد شود.  برای نصب هدرها روی شیلد خود به این قطعات نیاز دارید:

1- شیلد آردوینو: از هر شیلد استاندارد آردوینو می‌توانید استفاده کنید.

2- تعداد چهار عدد هدر: تعداد پین‌های هدرها به این بستگی دارد که اگر شیلد شما  R3 است یا از طرح اصلی آردوینو تبعیت می‌کند که شامل موارد زیر است:

• طرح اصلی: هدر 6 پین و هدر 8 پین
• R3: هدر 6 پین، هدر 8 پین، و هدر 10 پین

3- سیم لحیم

4- هویه

5- یک اسفنج مرطوب برای تمیز کردن سر هویه

نکاتی که باید برای نصب شیلد در آردوینو بدانید

• هر چهار هدر باید به شیلد وصل شوند. مطمئن شوید که هدرها را در جهت صحیح قرار داده‌اید.
• پین‌های نر هدر باید به سمت بالای شیلد وارد شده و از پایین خارج شوند. این جهت گیری اهمیت بالایی دارد.
• بعد از قرار دادن هدرها، شیلد را در سمت بالا برگردانید تا روی قسمت مشکی و مادگی هدرها قرار گیرد.
• سعی کنید تمام هدرها را طوری تراز کنید که دقیقاً عمود بر PCB باشند.
• مهم است که هر یک از هدرها در یک زاویه خوب و 90 درجه نسبت به PCB باشند. این زاویه تضمین می‌کند که شیلد مستقیماً روی آردوینو شما می‌لغزد و در انجام این کار نیازی به خم کردن هیچ پینی نخواهید داشت.
• برای مستقیم کردن جهت هر هدر، با لحیم کردن فقط یک پین شروع کنید.
• با چهار پین لحیم شده، سعی کنید شیلد را به آردوینو وصل کرده تا هم ترازی هدر را تست کنید. مطمئن شوید که آردوینو شما روشن نیست.
• از آنجایی که تمام هدرها لحیم نشده‌اند، می توانید به راحتی آنها را خم کنید و بیرون بیاورید.
• معمولاً بهترین تمرین این است که آردوینو را قبل از اتصال شیلد به آن خاموش کنید
• بررسی کنید که همه پین‌ها در یک راستا قرار داشته باشند و شیلد فقط به سمت آردوینو قرار گیرد.
• مراقب باشید که هیچ کدام از پین‌ها در حین قرارگیری در محل خود خم نشود.

کلام آخر

آردوینو شیلدها بردهایی هستند که می‌توان آنها را روی برد آردوینو نصب کرد. این شیلدها قابلیت‌ها و عملکردهای بیشتری را هم از نظر نرم افزاری و هم سخت افزاری برای برد آردوینو فراهم می‌کنند. موقعیت پین شیلدها مشابه با برد آردوینو است و معمولاً برای اجرای یک عملکرد خاص طراحی می‌شوند. شما می‌توانید برای هر پروژه خاصی که نیاز دارید، از یک یا چندین شیلد در یک آردوینو استفاده کنید.

برای مشاهده انواع شیلدهای آردوینو می‌توانید به فروشگاه جم ترونیک مراجعه کنید.