إذا كنت تمتلك جهاز Raspberry Pi أو أي كمبيوتر آخر مشابه للهواة، فربما لاحظت أنه يحتوي على ميزة GPIO (الإدخال والإخراج للأغراض العامة). لن يستخدم معظم المستخدمين GPIO أبدًا، ولكن إذا كنت تريد بناء الأشياء، فإن GPIO ضروري.
GPIO عبارة عن مجموعة من الدبابيس
على المستوى الأساسي، يشير GPIO إلى مجموعة من الدبابيس الموجودة على اللوحة الرئيسية لجهاز الكمبيوتر الخاص بك أو البطاقة الإضافية. يمكن لهذه المنافذ إرسال أو استقبال إشارات كهربائية، لكنها غير مصممة لأي غرض محدد. ولهذا السبب يطلق عليهم IO “للأغراض العامة”.
وهذا يختلف عن معايير المنافذ الشائعة مثل USB أو دفي. مع هذه الكابلات، يكون لكل طرف موصل داخل الاتصال غرض محدد، والذي تحدده الهيئة الإدارية التي أنشأت المعيار.
يجعلك GPIO مسؤولاً عما يفعله كل طرف فعليًا. على الرغم من أنه لا تزال هناك أنواع مختلفة من المسامير في مصفوفة GPIO.
باستخدام Raspberry Pi كمثال مرة أخرى، ستجد بضعة أنواع من الدبوس:
- الدبابيس التي توفر الطاقة عند الفولتية النموذجية مثل 3.3 فولت أو 5 فولت. وذلك لتشغيل الأجهزة المتصلة التي لا تحتوي على مصدر طاقة خاص بها، مثل مصباح LED البسيط.
- دبابيس أرضية لا تخرج طاقة، ولكنها ضرورية لإكمال بعض الدوائر.
- دبابيس GPIO، والتي يمكن تهيئتها لإرسال أو استقبال الإشارات الكهربائية.
- دبابيس ذات أغراض خاصة، والتي تختلف بناءً على GPIO المحدد المعني.
يمكن أن تختلف تطبيقات GPIO في التفاصيل الدقيقة على أساس كل جهاز، ولكن الفكرة دائمًا هي السماح للمستخدمين باستقبال أو إرسال إشارة كهربائية إلى أي شيء تقريبًا.
ما هو استخدام GPIO؟
الاستخدام الأكثر شيوعًا لـ GPIO هو تشغيل الإلكترونيات المخصصة. سواء كنت تقوم ببناء ذراع الروبوت الخاص بك أو محطة الطقس التي يمكنك صنعها بنفسك، تتيح لك واجهة GPIO تخصيص الإشارات بحيث تعمل على تشغيل أجهزتك بشكل صحيح.
تُستخدم واجهات GPIO عادةً مع “لوحة التجارب”. الألواح هي نوع من لوحات الدوائر المؤقتة. يمكنك إنشاء نماذج أولية للدوائر عن طريق إضافة مكونات إلكترونية أو إزالتها أو نقلها. تتطلب العديد من المشاريع التي تتضمن أجهزة مثل Raspberry Pi تجميع جهازك على لوحة تجارب ثم توصيله بدبابيس GPIO باستخدام الأسلاك.
تأتي بعض مجموعات Raspberry Pi المتقدمة مزودة بلوحة توصيل مدمجة، مثل الكمبيوتر المحمول CrowPi 2، والذي يتضمن كلاً من Raspberry Pi وأجهزة استشعار أكثر مما يمكنك هزه.
مجموعة الكمبيوتر المحمول الفاخرة من CrowPi2 Raspberry Pi
تحتوي مجموعة برمجة Raspberry Pi الكاملة على كل ما تحتاجه لتعلم البرمجة وأجهزة الاستشعار البرمجية وتجميع الدوائر الإلكترونية الخاصة بك.
أحد أبسط مشاريع GPIO لأجهزة كمبيوتر Raspberry Pi هو إضافة زر طاقة بسيط، وهو ما تفتقر إليه اللوحة القياسية.
جهاز آخر مشهور يتميز بـ GPIO هو متحكم Arduino. هذا ليس جهاز كمبيوتر كامل مثل Raspberry Pi، ولكنه جهاز مصمم ليكون قابلاً للبرمجة خصيصًا للتحكم في المعدات الأخرى. على سبيل المثال، يمكنك توصيل مستشعر الضوء بجهاز Arduino ومن ثم برمجته لتشغيل أضواء حديقتك عند غروب الشمس. لقد كان Arduinos محوريًا في فتح عالم الروبوتات والاختراع للأشخاص الذين قد لا يكون لديهم الوسائل اللازمة للدخول في الهندسة والبرمجة.
تمتلك مؤسسة Raspberry Pi Foundation منافسًا خاصًا بها لـ Arduino، وهو مبلغ 4 دولارات بيكو. يتميز Pico بـ 30 منفذ GPIO، بعضها يمكنه التعامل مع الإشارات التناظرية، بدلاً من النبضات الرقمية الأكثر شيوعًا.
كيفية استخدام GPIO
بصرف النظر عن توصيل دبابيس GPIO الخاصة بك بالوصلات الصحيحة على لوحة الدائرة الخارجية أو الأجهزة، يحتاج جهاز الكمبيوتر أو وحدة التحكم الدقيقة لديك إلى معرفة ما يجب إرساله عبر تلك الأسلاك أو كيفية فهم الإشارات التي تأتي إلى واجهة GPIO.
هذا يعني أنك بحاجة إلى برنامج، والذي يتعين عليك كتابته في أغلب الأحيان! في أنظمة Raspberry Pi، من الشائع كتابة برنامج بلغة Python يمكنه إخبار وحدة تحكم GPIO بما يجب إرساله أو الاستماع إلى الإشارات الواردة. بعد كل شيء، يشير “Pi” إلى بايثون!
تحتوي بايثون على وجه الخصوص على وحدتين تعرفان باسم Rpi.GPIO وGpiozero. من خلال استدعاء هذه الوحدات، يمكنك التحكم في نظام GPIO وجعله يقوم بتقديم العطاءات الخاصة بك.
المتحكمات الدقيقة Arduino لها خصائصها لغة البرمجة الخاصة، مما يجعل من السهل بشكل خاص تجميع المشاريع. ومع ذلك، يمكنك استخدام إصدار خاص من Python يُعرف باسم ميكروبايثون أيضًا.
مخاطر GPIO
عند توصيل جهاز USB بمنفذ USB، باستخدام كابل USB معتمد، هناك احتمال صفر تقريبًا لحدوث خطأ كارثي. وذلك لأن معايير الإدخال والإخراج هذه قد تم تصميمها واختبارها بعناية ثم اختبار المزيد منها للتأكد من أنها آمنة.
عندما يتعلق الأمر بـ GPIO، فإن المسؤولية تقع على عاتقك. أنت الشخص الذي يصمم الواجهة والدوائر الخاصة بك. إذا قمت بقص دبابيس، أو توصيل الطاقة بأشياء لا ينبغي أن تحصل على الطاقة، أو اللعب بسرعة وضعف مع دوائرك واتصالاتك، فقد يكون لديك كومة من المكونات الميتة (ولوحات GPIO) بين يديك. ولهذا السبب قد ترغب في الاستثمار في مجموعة Raspberry Pi Kit الجيدة، نظرًا لأنها غالبًا ما تأتي مع كل من الأجهزة التي تحتاجها و مشاريع الممارسة حتى تتمكن من تعلم الحبال بأمان.
(علامات للترجمة) الأجهزة (ر) أجهزة الكمبيوتر (ر) الميزات