أول برنامج على الأردوينو: من تثبيت البيئة إلى وميض الـLED

في عالم البرمجة، أول برنامج يكتبه المتعلم عادة يطبع عبارة «مرحبًا بالعالم» على الشاشة. أما في عالم الإلكترونيات، فأول برنامج يجعل مصباحًا صغيرًا يومض: يضيء ثانية وينطفئ ثانية، مرارًا وتكرارًا. قد يبدو ذلك بسيطًا، لكنه يعلمك كل الأساسيات التي ستبني عليها مشروعات أكبر بكثير: تثبيت بيئة البرمجة، واختيار اللوحة والمنفذ، وبنية أي برنامج أردوينو، وتحكم الكود في العالم المادي، ورفع البرنامج إلى اللوحة. في هذا المقال نأخذك خطوة بخطوة من حاسوب لا يعرف شيئًا عن الأردوينو إلى مصباح يومض بإيقاع أنت تختاره، ثم نطور البرنامج إلى إشارة مرور وزر تحكم، ونحل أشهر المشكلات التي تواجه المبتدئين.

الخطوة 1: ثبّت بيئة البرمجة

ادخل إلى الموقع الرسمي arduino.cc، وحمّل أحدث نسخة من Arduino IDE المناسبة لنظام تشغيلك، وهي مجانية. ثبّتها كأي برنامج آخر، ووافق على تثبيت برامج التعريف (Drivers) إذا طلب منك ذلك، فهي ما يسمح للحاسوب بالتعرف على اللوحة. هناك أيضًا نسخة تعمل من المتصفح، لكن النسخة المثبتة أنسب للبداية لأنها لا تحتاج إلى اتصال دائم بالإنترنت.

الخطوة 2: وصّل اللوحة واختر المنفذ

وصّل لوحة Uno بالحاسوب بكابل USB. سيضيء مصباح الطاقة على اللوحة. في البرنامج، اختر من قائمة اللوحات Arduino Uno، ثم اختر المنفذ الذي ظهر عند توصيل اللوحة. في ويندوز يكون اسمه غالبًا COM متبوعًا برقم، وفي ماك ولينكس يبدأ عادة بـ dev. إذا لم تعرف أي منفذ هو، افصل اللوحة ولاحظ أي منفذ اختفى من القائمة، ثم أعد توصيلها.

الخطوة 3: افهم بنية البرنامج

البرنامج في عالم الأردوينو يسمى Sketch، ويُكتب بلغة مبنية على C و C++، مع مكتبة تسهل التعامل مع المنافذ. كل برنامج يحتوي على دالتين أساسيتين:

• setup(): تُنفذ مرة واحدة عند تشغيل اللوحة أو الضغط على زر إعادة التشغيل. نضع فيها الإعدادات، مثل تحديد وظيفة كل منفذ.
• loop(): تُنفذ مرارًا وتكرارًا بلا توقف ما دامت اللوحة تعمل. نضع فيها ما نريد أن يحدث باستمرار.

الخطوة 4: اكتب برنامج الوميض

// Blink: the built-in LED on for one second, off for one second
void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(1000);
}

شرح كل سطر

• السطر الأول تعليق يبدأ بشرطتين مائلتين. التعليقات للبشر، والحاسوب يتجاهلها. عوّد نفسك على كتابة تعليقات تشرح هدف الكود.
• pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT) تخبر اللوحة أن المنفذ المتصل بالمصباح المدمج سيكون مخرجًا، أي أننا سنرسل منه إشارة. LED_BUILTIN اسم جاهز يشير إلى المنفذ 13 في لوحة Uno.
• digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH) ترسل جهدًا عاليًا (5 فولت) إلى المنفذ، فيضيء المصباح.
• delay(1000) توقف البرنامج مدة 1000 ميلي ثانية، أي ثانية واحدة.
• digitalWrite(..., LOW) تقطع الجهد، فينطفئ المصباح. ثم ننتظر ثانية أخرى، وتبدأ loop من جديد.

لاحظ أن كل تعليمة تنتهي بفاصلة منقوطة، وأن الأقواس المعقوصة تحدد بداية الدالة ونهايتها. نسيان فاصلة منقوطة من أشهر أخطاء المبتدئين.

الخطوة 5: تحقق وارفع

اضغط زر التحقق (علامة الصح) ليترجم البرنامج ويتأكد من خلوه من الأخطاء. إذا ظهرت رسالة خطأ، فاقرأها بهدوء؛ غالبًا تشير إلى رقم السطر. ثم اضغط زر الرفع (السهم). ستومض مصابيح صغيرة على اللوحة أثناء نقل البرنامج، ثم يبدأ المصباح المدمج في الوميض. تهانينا: لقد برمجت جهازًا ماديًا!

يشرح بول مكورتر في الفيديو التالي تجهيز الأردوينو وبرمجته للمبتدئين تمامًا، وهو أول درس في سلسلة طويلة ومتدرجة باللغة الإنجليزية:

طوّر البرنامج

جرّب إيقاعات مختلفة

غيّر أرقام التأخير: 200 و200 تعطي وميضًا سريعًا، و100 ثم 900 تعطي ومضة قصيرة كل ثانية. التجربة والتغيير أسرع طريق للفهم.

مصباح خارجي على لوحة التجارب

وصّل مصباح LED على لوحة التجارب: الطرف الطويل (الموجب) إلى المنفذ 9 عبر مقاومة 220 أوم، والطرف القصير إلى GND. ثم غيّر LED_BUILTIN في البرنامج إلى الرقم 9. لماذا المقاومة؟ شرحنا الحساب في مقال أساسيات الدوائر الكهربائية.

إشارة المرور

ثلاثة مصابيح، أحمر وأصفر وأخضر، على ثلاثة منافذ، كل منها بمقاومته. في loop: الأخضر عدة ثوانٍ، ثم الأصفر ثانيتين، ثم الأحمر عدة ثوانٍ. مشروع ممتع يعلمك التسلسل والتوقيت.

زر يتحكم في المصباح

وصّل زرًا بين منفذ رقمي و GND، واضبط المنفذ في setup بالوضع INPUT_PULLUP، الذي يجعل المنفذ يقرأ HIGH عندما يكون الزر حرًا و LOW عند الضغط. ثم استخدم digitalRead مع جملة if: إذا كان الزر مضغوطًا، أضئ المصباح. هنا تنتقل من برنامج يكرر شيئًا ثابتًا إلى جهاز يستجيب لما يحدث حوله، وهي الفكرة التي نبني عليها في مقال الحساسات في الروبوتات.

اجعل اللوحة تتحدث إليك: الشاشة التسلسلية

عندما يكبر برنامجك ستحتاج إلى معرفة ما يحدث داخله. أضف في setup السطر Serial.begin(9600);، ثم اكتب في أي مكان Serial.println("...") لطباعة رسالة أو قيمة متغير. افتح بعد ذلك الشاشة التسلسلية (Serial Monitor) من قائمة الأدوات، واختر السرعة نفسها 9600، فترى الرسائل تصلك من اللوحة لحظة بلحظة. هذه أهم أداة لاكتشاف الأخطاء في مشروعات الأردوينو، وستستخدمها كثيرًا عند قراءة الحساسات.

حل المشكلات الشائعة

عادات جيدة من اليوم الأول

• احفظ كل مشروع في مجلد باسم واضح، ولا تعدل على الأمثلة الأصلية.
• اكتب تعليقات تشرح ما يفعله كل جزء ولماذا.
• غيّر شيئًا واحدًا في كل مرة، ثم جرّب، حتى تعرف أثر كل تغيير.
• ارسم الدائرة على الورق قبل توصيلها.

إذا لم تتعرف على اللوحة بعد، فابدأ بمقال ما هو الأردوينو. وعندما تتقن الوميض والأزرار، فأنت مستعد للمحركات كما في مقال المحركات في الروبوتات. وفي كورس الروبوتيكس والأنظمة المدمجة في أكاديمية بدر التعليمية نتدرج من هذا البرنامج الأول إلى روبوت كامل مع متابعة المدرب. ولمصادر إضافية زر المكتبة التعليمية، وجرّب أداة اكتشف مسارك.