معرفی برد آردوینو Q کیو (ویژگی ها و پایه ها)

آردوینو اخیراً توسط شرکت کوالکام خریداری شده و هم‌زمان با این اتفاق، یک برد آردوینو کاملاً جدید با نام Arduino UNO Q معرفی شد. این برد با وجود حفظ همان فرم‌ فاکتور کلاسیک آردوینو، مجموعه‌ای از قابلیت‌های جدید و قابل توجه را ارائه می‌دهد که می‌تواند پروژه‌های اینترنت اشیا را به سطح بالاتری برساند. نقطه تمایز اصلی آن این است که به صورت هم‌زمان یک میکروکنترلر و یک میکروکامپیوتر مجهز به لینوکس است و این دو بخش می‌توانند به شکل ساده و یکپارچه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در ادامه به تمام ویژگی‌های مهم این برد می‌پردازیم.

معرفی Arduino UNO Q

Arduino UNO Q جدیدترین برد آردوینو است که یک میکروکنترلر STM32U585 و یک میکروکامپیوتر مجهز به لینوکس (پردازنده Qualcomm Dragonwing QRB2210) را در همان قالب کلاسیک آردوینو ترکیب کرده است.

مشخصات Qualcomm Dragonwing QRB2210

• چهار هسته پردازشی Arm Cortex-A53 با فرکانس 2.0 گیگاهرتز
• پردازنده گرافیکی Adreno با توانایی پردازش سه‌بعدی
• دو ISP برای پردازش تصویر با پشتیبانی از حسگرهای 13+13 مگاپیکسل یا 25 مگاپیکسل با نرخ 30 فریم بر ثانیه

مشخصات میکروکنترلر STM32U585

• پردازنده Arm Cortex-M33 با فرکانس تا 160 مگاهرتز
• حافظه فلش 2 مگابایتی
• حافظه SRAM با ظرفیت 786 کیلوبایت
• مجهز به واحد محاسبات نقطه شناور

برنامه‌نویسی برد Arduino UNO Q

برد Arduino UNO Q مانند یک Arduino UNO معمولی قابل برنامه‌نویسی است و می‌توان ورودی‌ها و خروجی‌های آن را با Arduino IDE کنترل کرد. همچنین امکان برنامه‌نویسی از طریق Arduino App Lab وجود دارد که اجازه می‌دهد میکروکنترلر و میکروکامپیوتر را از یک محیط یکپارچه مدیریت کنید.

میکروکنترلر این برد با زبان‌های C و C++ مانند سایر بردهای آردوینو برنامه‌نویسی می‌شود. برای بخش میکروکامپیوتر نیز می‌توان برنامه‌های پایتون اجرا کرد.

با وجود اینکه یکی از جذاب‌ترین قابلیت‌ها، امکان برنامه‌نویسی هم‌زمان MCU و MPU از طریق یک IDE مشترک است، همچنان می‌توانید تنها از بخش آردوینو استفاده کنید یا فقط از میکروکامپیوتر بهره ببرید؛ مشابه کاری که با یک Raspberry Pi انجام می‌دهید.

روش‌های برنامه‌نویسی Arduino UNO Q

سه رویکرد اصلی برای برنامه‌نویسی این برد وجود دارد:

1. حالت کلاسیک آردوینو: برنامه‌نویسی فقط میکروکنترلر
2. محیط یکپارچه App Lab: اجرای اسکچ‌های C/C++ برای آردوینو و همزمان اجرای برنامه‌های پایتون روی سیستم‌عامل لینوکسی
3. حالت مستقل لینوکس: استفاده از برد مشابه یک Raspberry Pi با دسترسی مستقیم به لینوکس از طریق SSH یا اتصال نمایشگر

ارتباط بین میکروکنترلر و میکروکامپیوتر

یکی از قابلیت‌های بسیار جذاب Arduino UNO Q این است که میکروکنترلر و میکروکامپیوتر می‌توانند از طریق ابزاری با نام Router Bridge با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و داده‌ها را مبادله کنند. این ساختار امکان می‌دهد بخش سخت‌افزاری و نرم‌افزاری پروژه به‌صورت هماهنگ و یکپارچه کار کنند.

برای مثال، در بخش آردوینو می‌توانید داده‌های حسگرها را دریافت کنید یا خروجی‌ها را کنترل کنید، سپس این داده‌ها را برای پردازش پیشرفته به بخش میکروکامپیوتر منتقل کنید. عملیات سنگینی مانند اجرای مدل‌های هوش مصنوعی، پردازش تصویر، تحلیل صوت یا اتصال به وب‌اپلیکیشن‌های پیشرفته می‌تواند روی میکروکامپیوتر انجام شود، در حالی که کنترل مستقیم سخت‌افزار همچنان بر عهده میکروکنترلر STM32 است.

معرفی Arduino App Lab

Arduino App Lab نرم‌افزار رسمی و پیشنهادی برای برنامه‌نویسی برد Arduino UNO Q محسوب می‌شود. در این محیط توسعه یکپارچه، برنامه‌های مربوط به بخش میکروکنترلر را مانند همیشه با زبان C/C++ می‌نویسید و در کنار آن می‌توانید اسکریپت‌های پایتون را روی میکروکامپیوتر اجرا کنید. این ابزار، برنامه‌نویسی هر دو بخش را در یک محیط متمرکز ساده‌تر می‌کند.

یکی از قابلیت‌های جدید و کاربردی App Lab، Bricks است. Bricks ماژول‌های آماده‌ای هستند که می‌توانید به پروژه خود اضافه کنید تا قابلیت‌های از پیش ساخته‌شده مانند مدل‌های هوش مصنوعی و ویژگی‌های پیچیده دیگر را بدون نیاز به پیاده‌سازی از صفر در اختیار داشته باشید.

با استفاده از Arduino App Lab می‌توانید سه نوع برنامه تولید کنید:

• Arduino Sketches برای MCU
• Python Scripts برای میکروکامپیوتر
• Bricks برای افزودن قابلیت‌های از پیش آماده

حالت‌ های مختلف برنامه‌نویسی

در هنگام استفاده از Arduino App Lab، برد Arduino UNO Q را می‌توان از سه روش مختلف برنامه‌ریزی کرد:

1. اتصال از طریق کامپیوتر: برنامه‌ریزی مستقیم برد از طریق USB با استفاده از Arduino IDE یا Arduino App Lab
2. حالت مستقل: اجرای کامل App Lab روی خود برد و استفاده از برد به عنوان یک کامپیوتر مستقل
3. حالت بی‌سیم: اتصال از طریق Wi-Fi یا بلوتوث برای ارسال و دیباگ کدها از کامپیوتر یا گوشی موبایل

استفاده به عنوان یک کامپیوتر مستقل

مشابه Raspberry Pi، برد Arduino UNO Q می‌تواند به عنوان یک کامپیوتر لینوکسی مستقل استفاده شود. کافی است یک صفحه‌نمایش، کیبورد و موس به آن وصل کنید یا از طریق SSH با کامپیوتر خود به ترمینال برد متصل شوید. در این حالت، می‌توانید از App Lab نصب‌شده روی برد برای نوشتن و اجرای برنامه‌های مخصوص بخش میکروکنترلر و میکروکامپیوتر استفاده کنید.

حافظه داخلی و قابلیت‌های ارتباطی

یکی از مزیت‌های مهم Arduino UNO Q وجود حافظه داخلی eMMC با ظرفیت 16GB یا 32GB است. در کنار آن، این برد از حافظه LPDDR4 با ظرفیت 2GB یا 4GB بهره می‌برد که سرعت دسترسی بالا و عملکرد پایدار را برای کاربردهای امبدد فراهم می‌کند. این ترکیب حافظه، اجرای برنامه‌های سنگین‌تر و ذخیره‌سازی داده‌ها را بسیار قابل اعتمادتر می‌سازد.

از طرف دیگر، وجود Wi-Fi و بلوتوث یک ویژگی کلیدی برای پروژه‌های اینترنت اشیا محسوب می‌شود و امکان اتصال بی‌سیم پایدار را فراهم می‌کند.

هدر های توسعه و کانکتورها

علاوه بر هدرهای کلاسیک GPIO که سازگاری کامل با شیلدهای موجود آردوینو را حفظ می‌کنند، در بخش پشتی برد هدرهای پرسرعتی قرار دارد که امکان اتصال صفحه‌نمایش‌ها، دوربین‌ها و تجهیزات صوتی را فراهم می‌سازد.

این برد همچنین به یک کانکتور Qwiic مجهز شده است. این کانکتور اجازه می‌دهد انواع حسگرها و عملگرهای سازگار با Qwiic را بدون نیاز به سیم‌کشی پیچیده و تنها با اتصال plug-and-play به پروژه اضافه کنید.

همچنین یک ماتریس LED داخلی روی برد تعبیه شده که برای نمایش سریع وضعیت سیستم یا ارائه بازخورد به کاربر کاربرد دارد.

پین‌آوت Arduino UNO Q

برد UNO Q همان چیدمان آشنا و کلاسیک آردوینو را حفظ کرده است؛ شامل 14 پین دیجیتال ورودی/خروجی (با شش پین PWM)، شش ورودی آنالوگ، پین‌های تغذیه مانند 3.3 ولت، 5 ولت و GND، به همراه هدر ICSP. در کنار این موارد، رابط‌های پرسرعت MIPI CSI/DSI برای اتصال دوربین و نمایشگر نیز اضافه شده است. کانکتور Qwiic مبتنی بر I2C هم برای زنجیره‌سازی آسان حسگرها در نظر گرفته شده است.

روی برد چهار LED RGB کوچک وجود دارد که دو عدد توسط میکروکامپیوتر و دو عدد دیگر توسط میکروکنترلر کنترل می‌شوند. این تفکیک، امکان نمایش وضعیت هر بخش را به‌صورت مستقل فراهم می‌کند.

برای مشاهده پین‌آوت کامل و دقیق، توصیه می‌شود فایل PDF رسمی پین‌آوت Arduino UNO Q را بررسی کنید.