الصنّاع العرب

ما هو الراسبري باي؟

الراسبري باي هو كمبيوتر أو حاسوب صغير الحجم – في حجم بطاقتك الشخصية أو أكبر قليلاً – ويمكنه كذلك التعامل مع الأجهزة الطرفية المستخدمة مع الكمبيوتر العادي، مثل الفأرة، الشاشة، الكاميرا، إلخ ….

يعد الراسبري باي نظام حاسوبي متكامل حتى و إن كان صغير الحجم، وهذا لأنه يحتوي على كل المكونات التي تشكل أي نظام حاسوبي رقمي. فمثلاً الراسبري باي يحتوي على معالج دقيق (Microprocessor)، وعلى ذاكرة وصول عشوائي (RAM)، وعلى ذاكرة القراءة فقط (ROM)، نظام تعامل مع إشارات المدخلات والمخرجات (Input/Output Ports)، إلخ …

و بطبيعة الحال، ليس كل المهتمين بالابتكار و تطبيقات الأنظمة المدمجة هم على دراية عميقة بتلك المكونات الدقيقة الخاصة بالأنظمة الرقمية و التي تحتاج إلى حد ما فهما أكاديمياً لنظرية عملها، و لكن الراسبري باي حلت جزءاً من المشكلة بتسهيل التعامل مع تطبيقات المبتكرين عن طريق إخفاء التفاصيل المعقدة و الخاصة بالمستويات الدنيا في المنظومة الرقمية، و السماح للمستخدم بالتحكم عن طريق تنفيذ برامج بلغات برمجة سهلة نسبيا (مثل الجافا و البايثون) للقيام بمهمة ما باستخدام الراسبري باي (مثلاً التحكم في فتح و غلق إضاءة بيت أو القراءة من مجس حراري و حفظ قراءاته)، بل إن الأمر صار أسهل باستخدام لغات برمجة أكثر سهولة مثل سكراتش (Scratch) و التي صممت خصيصاً لجعل عملية البرمجة بسيطة للأطفال والطلبة والمبتدئين، وعلى وجه العموم فإن الراسبري باي أحدث طفرة في تحبيب الأطفال والطلاب في البرمجة، كما يذكر موقع الشركة.

باستخدام الراسبري باي يمكنك إجراء تقريباً كل ما يمكنك عمله بجهاز الكمبيوتر العادي، فيمكنك بها تصفح الإنترنت، إرسال بريد إلكتروني، تشغيل فيديو (وذلك يتطلب توصيل شاشة بالطبع)، سماع ملف صوتي (يتطلب وجود سماعة)، بل ولعب بعض الألعاب الترفيهية أيضا! في الواقع، الراسبري باي يمثل ما يسمى اللوحة الأم (Motherboard) في جهاز حاسوبك، و لكنه ذو ذاكرة أقل و قوة معالجة أقل و هذا لأنه أصغر حجماً.

شكل رقم 1: لوحة راسبري باي من طراز RASPBERRY PI ZERO

ماهي أنواع الراسبري باي المتوفرة على موقع الشركة المنتجة؟

سنعطي لمحة سريعة عن أهم الطرز المختلفة الموجودة على موقع راسبري باي [1]، وسننتقي نوعين للكلام عنهما بشيءٍ من التفصيل:

1 RASPBERRY PI ZERO

يتميز بحجمه الصغير الذي يصل إلى نصف حجم الراسبري باي من طراز +A، مع قدرة معالجة جيدة تجعله مناسباً جداً للمشاريع و النماذج. وإمكانياتها كالتالي:

  • 1GHz, Single-core CPU
  • 512MB RAM
  • Mini-HDMI port
  • Micro-USB OTG port
  • Micro-USB power
  • HAT-compatible 40-pin header
  • Composite video and reset headers
  • CSI camera connector (v1.3 only)

2- RASPBERRY PI ZERO W

و هو تطوير للنوع السابق و به نفس الإمكانيات، مع بعض التطويرات الزائدة الخاصة بطرق الاتصال اللاسلكي:

  • 802.11 b/g/n wireless LAN
  • Bluetooth 4.1
  • Bluetooth Low Energy (BLE)

3- +RASPBERRY PI 1 MODEL A

يرشح هذا الطراز على موقع الشركة بأن يستخدم في التطبيقات التي تحتاج إلى استهلاك كهرباء قليل (حيث أن هذا الطراز يستهلك ما بين 0.5 وات و1 وات)، و يجب أن ألا تحتاج تلك التطبيقات في نفس الوقت إلى مخرج Ethernet أو إلى مخارج USB متعددة و ذلك لقصور هذا الطراز في هذا المنحى.

أيضاً هو يحتوي على 40 مخرج/مدخل رقمي عام (General Purpose Input/Output). يوصف هذا النوع على موقع الشركة بأنه أحد النسخ الرخيصة الثمن، وهذا طبعاً بسبب أنه يقدم وظائف أقل.

4– +RASPBERRY PI 1 MODEL B

وهذا يعد التطوير الأخير الذي تم إجراؤه على التصميم الأصلي للراسبري باي، قبل أن يقوموا بتعديلات جوهرية على الطرز التالية. هذا النوع أيضاً يحتوي على 40 مخرج/مدخل رقمي عام (General Purpose Input/Output)، ويتفوق على الطراز A بأنه يحتوي على عدة مخارج USB حيث أن به 4 مخارج. فيما عدا ذلك فإنه مشابه إلى حد كبير للطراز A.

5- RASPBERRY PI 2 MODEL B

هذا الطراز هو الجيل الثاني من الراسبري باي، ولهذا يحمل اسمه الرقم 2، وهو يعتبر النسخة التي حلت محل الإصدار السابق من طراز RASPBERRY PI 1 MODEL B.

هو يحتوي على وحدة معالجة مركزية من نوع 900MHz quad-core ARM Cortex-A7 CPU , و كذلك على 1GB RAM , و قد أدى إستخدام المعالج من نوع ARM v7 إلى أن يدعم كل إصدارات نظام تشغيل لينوكس (Linux) الخاصة بمعالجات ARM, بل وكذلك أصبح يدعم نظام تشغيل Microsoft Windows 10, وهذا يعد تطويرمهم جداً , و ذلك لأن هناك العديد من الناس لا يتمكنوا من إستخدام اللينوكس بشكل جيد, رغم أنه أكثر كفاءة من أنظمة الويندوز.

6RASPBERRY PI 3 MODEL B

هذا الطراز هو الجيل الثالث من الراسبري باي، ولهذا يحمل اسمه الرقم 3، وهو يعتبر النسخة التي حلت محل الإصدار السابق من طرازRASPBERRY PI 2 MODEL B.

هو يحتوي على وحدة معالجة مركزية من نوع 1.2GHz 64-bit quad-core ARM v8 CPU، وهو أقوى من المعالج المستخدم في الجيل الثاني. تتميز هذه النسخة أيضاً بدعمها للاتصال اللاسلكي Wifi، وكذلك قدرة المعالجة القوية، ولكن لا ينصح بها في التطبيقات التي تحتاج استهلاك قدرة كهربية منخفضة فهي ليست مصممة لهذا الغرض.

بخلاف الأنواع التي سبق ذكرها، فإن هناك إصدارات تتبع مجموعة أخرى تسمى Industrial Compute Module، وهي تشتمل على إصدارات للراسبري باي ولكن ذات أشكال تتناسب مع التطبيقات الصناعية، ولهذا فأن شكله يشبه كروت ال PCI الإلكترونية [1].

ماهي الإمكانيات التفصيلية للطرازين RASPBERRY PI 2 MODEL B و RASPBERRY PI 3 MODEL B؟

أولاً: RASPBERRY PI 2 MODEL B

  • 900MHz quad-core ARM Cortex-A7 CPU
  • 1GB RAM
  • 4 USB ports
  • 40 GPIO pins
  • Full HDMI port
  • Ethernet port
  • Combined 3.5mm audio jack and composite video
  • Camera interface (CSI)
  • Display interface (DSI)
  • Micro SD card slot
  • VideoCore IV 3D graphics core

و في الصورة القادمة نرى شكل الطراز على الحقيقة [2]:

شكل رقم 2: لوحة راسبري باي من طراز RASPBERRY PI 2 MODEL B

ثانياً: RASPBERRY PI 3 MODEL B

  • A 1.2GHz 64-bit quad-core ARM v8 CPU
  • 802.11n Wireless LAN
  • Bluetooth 4.1
  • Bluetooth Low Energy (BLE)
  • 1GB RAM
  • 4 USB ports
  • 40 GPIO pins
  • Full HDMI port
  • Ethernet port
  • Combined 3.5mm audio jack and composite video
  • Camera interface (CSI)
  • Display interface (DSI)
  • Micro SD card slot (now push-pull rather than push-push)
  • VideoCore IV 3D graphics core

و في الصورة القادمة نرى شكل الطراز في الحقيقة [3]:

شكل رقم 3: لوحة راسبري باي من طراز RASPBERRY PI 3 MODEL B

لماذا الراسبري باي؟

ما يعطي الراسبري باي قوة حقيقية تختلف عن جهاز الحاسوب العادي هو صغر حجمه بما يتلائم مع متطلبات تطبيقات المبتكرين و المخترعين التي غالبا ما تحتاج إلى وحدات تحكم مدمجة ذات حجم صغير، وكذلك إمكانيته على التواصل شبه المباشر والسهل نوعاً ما مع المدخلات والمخرجات الرقمية ثنائية الحالة (Digital Inputs/Outputs) والتي تستخدم في العديد من التطبيقات كما سنعرض لاحقاً، وهي مزية لا يمكن تحقيقها بسهولة في جهاز الحاسوب العادي حيث أنه غير معد للتواصل مع العالم الخارجي إلا من خلال الطرفيات المصممة له كالشاشة والفأرة والطابعة على سبيل المثال.

في الكثير من معارض الصنّاع (Maker Fairs)، أو مسابقات الطلبة، أو الهاكاثون (Hackathon)، ستجد غالباً أن الراسبري باي لاعب أساسي مع عدة فرق مشتركة، و ذلك لأن الراسبري باي يجمع الكثير من الوظائف على لوحة إلكترونية واحدة، وفي تطبيقات كثيرة قد لا تحتاج الكثير من المكونات الإلكترونية الإضافية لتأدية المطلوب، و لعل أحد أقوى مميزاته هو سهولة الاتصال بالإنترنت، و التي أصبحت أساسية بعد ظهور ثورة ال IoT أو إنترنت الأشياء” (Internet of Things)، من نقاط قوة الراسبري باي أيضاً وجود مخارج USB فيه مما يجعلها ملائمة للتواصل مع وحدات التخزين الخارجية، الطابعات، وأي جهاز ذكي يتواصل عبر الـ USB.

ما الفرق بين الراسبري باي والأردوينو والمعالجات الدقيقة المنفردة؟

في الواقع، يظن بعض الناس أن الراسبري باي قد ألغى الأردوينو، كما أنهم ظنوا أن الأردوينو ألغى استخدام المتحكمات الدقيقة (المايكروكونترولر) بصورة منفردة (مثل استخدام المتحكمات الدقيقة من أنواع PIC، Atmel، AVR، إلخ), وفي الواقع هذه الأفكار هي بعيدة عن الحقيقة، فهذا التصور شبيه بأن يظن أحدهم أن اختراع الصواريخ ألغى الحاجة للمدافع في المعارك، فكل معركة لها السلاح المناسب لها, بل إن المعارك الكبيرة تحتاج إلى تضافر جهود أسلحة مشتركة، وهذه هي الحال في تطبيقات الأنظمة المدمجة.

في عالم الأنظمة المدمجة و التطبيقات المتعلقة بالتحكم بهاردوير خارجي، التطبيق نفسه هو الذي يحدد ما هي الوسيلة التي ستستخدم لتنفيذه، فمثلاً إذا كنت تصنع نموذجاً مبدئياً لمنتج أو مشروع تخرج أو مشروع بحثي عبارة عن مجس يقيس شدة التيار الكهربي في مكان ما و إرساله عبر شبكة الإنترنت (لقياس الاستهلاك على سبيل المثال)، فإن الراسبري باي أو الأردوينو سيكونان مناسبان أكثر من المتحكم الدقيق المنفرد (و ليكن من نوع PIC مثلاً)، و ذلك لأن الهدف هو إنجاز المطلوب بأسرع ما يمكن أو عمل إثبات أن الفكرة قابلة للتحقيق.

و على الجانب الآخر، فإن كنت تريد عمل المنتج نفسه بكميات كبيرة وتحقيق ربح منه، فإنه من الصعب أن يحتوي المنتج بداخله على راسبري باي أو أردوينو، حيث أن كلاهما سيزيد من سعر الوحدة الواحدة للمنتج، بينما سيكون السعر أقل غالباً إذا ما استخدمت المتحكم الدقيق مع المكونات الأخرى التي يحتاجها التطبيق فقط ( مثلاً وحدة Wifi لتمكين المتحكم الدقيق من الاتصال بالإنترنت).

هذا لا يمنع أحيانا وجود منتجات يتم بيعها تعتمد في داخلها على الأردوينو أو الراسبري باي، ولكن عندها لابد أن يتم عمل تقييم للفائدة المتحققة من الاستخدام في مقابل التكلفة الإجمالية والمكسب المطلوب (Cost/Benefit Analysis).

لهذا،دائماً لابد أن تفكر جيداً قبل أن تتخذ قرارك باختيار وسيلة إنجاز المشروع وتسأل نفسك: ما هو هدف المشروع؟ هل هو نموذج سريع (Rapid Prototype)؟ أم مشروع الغرض منه التسويق والإنتاج الكمي؟ أم أن هناك عوامل أخرى تقرر الاختيار؟

فيما يخص الفرق بين الراسبري باي والأردوينو، هو في الواقع أن الأردوينو عبارة عن وحدة تمكن المستخدم من برمجة المتحكم الدقيق داخلها بطريقة سهلة، و تجعل المستخدم يتجنب مشاكل التوصيلات والبرمجة المتعلقة بالمتحكمات الدقيقة المنفردة، ولكن في نهاية الأمر، الأردوينو يتعامل بلغات منخفضة المستوى (Low Level Languages)، بسبب أنه مصمم للعمل في الأساس على مستوى المكونات الصلبة (Hardware Level)، وهذا طبعا يحد من إمكانياته في بعض التطبيقات التي تحتاج إلى تعامل مع مستويات عالية من المكونات الصلبة و المهام التي تحتاج إلى ترجمة بروتوكولات معقدة (مثل الـ Ethernet، والـ USB).

وإذا أردنا تلخيص نقاط قوة وضعف كل منهما، فإن الأردوينو ممتاز في التواصل مع المجسات (الحساسات) والمستشعرات التناظرية (Analog Sensors)، ممتاز أيضاً في التحكم في الزمن الشبه حقيقي السريع وذلك لعدم وجود نظام تشغيل معقد داخله بالمعنى الشائع. أيضاً هو أسهل (وربما أرخص كذلك) من الراسبري باي في التحكم في المهام المعتمدة على مدخلات ومخرجات رقمية، إن كانت تلك المهام لا تحتاج إلى إنترنت أو USB أو مساحات تخزينية كبيرة أو شاشات ملونة لأنه قاصر في التعامل مع هذه الأشياء. وطبعاً هناك عدد ضخم من التطبيقات المطلوبة التي لا تحتاج الأشياء السابق ذكرها، ولهذا فإن الأردوينو شائع الاستخدام أيضاً في أوساط الصناع.

أما على الجانب الآخر فإن الراسبري باي هو العكس تماماً، هو مجهز على مستوى المكونات الصلبة وكذلك على مستوى التطبيقات (Software and Hardware Level) للتعامل مع المستويات العالية من التواصل من خلال الـ USB، Ethernet، HDMI، Wifi، إلخ … كما أنه من السهل جدا التعامل معه لأنه يدعم استخدام لوحة المفاتيح والفأرة، و يدعم كذلك التواصل مع الشاشات الملونة التي تعمل باللمس بحيث أنك لن تشعر باختلاف كبير بينه و بين حاسوبك، و لكن به قصور في جانب قراءة الإشارات التناظرية ولا يستطيع قراءتها مباشرة، كذلك طريقة برمجة الراسبري باي و تحكمها في المدخلات و المخرجات الرقمية تجعلها أقل مرونة من الأردوينو في هذا المجال.

هناك من يقومون بدمج كل من الأردوينو والراسبري باي معاً في تطبيقاتهم للحصول على قوة الإثنين وتجنب قصور كل منهما، وهذا يؤكد ما قلناه سابقاً عن تكامل الأنظمة المدمجة.

من أين تشتري الراسبري باي؟

إما أن تشتريه من بائعي المكونات الإلكترونية أو الوكلاء المحليين للراسبري باي في بلدك، أو أن تشتريه من موزعين الإلكترونيات العالميين مباشرة، مثل Farnel أو RS، حيث أنهما الوكيلين المعتمدين لدى شركة راسبري باي، ولكن سيكون ثمن الشحن مضافاً في حالة شراءك له من الخارج.

ما هي تطبيقات الراسبري باي؟

كما يقولون في التعبير الإنجليزي السماء هي سقف خيالك، فحدود ما يمكن عمله بالراسبري باي يقف عند حدود ما تتخيل أنت أن تفعله به، ولكن فيما يلي بعض التطبيقات التي يمكن أن تستخدم فيها الراسبري باي:

1- أنظمة المراقبة: وهذا أسهل باستخدام الراسبري باي، حيث يمكن تركيب كاميرا بها أيضاً.

2- أنظمة تجميع البيانات (Data Logging Systems): مثل وجود مجموعة مستشعرات تقيس متغير فيزيائي ما لفترة كبيرة من الزمن، فتقوم الراسبري باي بتجميع تلك البيانات في ذاكرتها أو في ذاكرة خارجية إضافية إن لزم الأمر لعمل تحليل لها لاحقاً.

3- أنظمة البيوت الذكية: بحيث يمكنه التحكم في مكيف الهواء مثلا من خلال تطبيق على الجوال، أو يمكنها غلق الأنوار إذا وصلت إشارة من المستشعر أنه لا يوجد أحد في الغرفة، إلخ…

4- ماكينات التحكم الرقمي CNC: هناك مساعي جاهدة في عمل نسخة من نظام تشغيل LinuxCNC المعروف قادرة على العمل على الراسبري باي، وعندها ستتكمن الراسبري باي في التحكم في حركة محاور الماكينات في الزمن الحقيقي، وذلك بعد التغلب على مشكلة نظم التشغيل الحالية التي لا تضمن الاتصال في الزمن الحقيقي.

5- أنظمة العمليات المتصلة بالإنترنت والأنظمة السحابية (Cloud Systems): يمكن للراسبري باي أن يقرأ متغير ما ويقوم بإرساله بشكل دوري إلى ما يسمى بالخواديم السحابية أو Cloud Servers، أو حتى يمكنها أن ترسل تلك القراءات إلى موقع أو إلى بريد إلكتروني أو حتى عبر الـ SMS للجوال.

6- محولات البيانات (Data Converters): في تلك التطبيقات يستخدم الراسبري باي كجسر بين جهازين لا يتكلمان نفس البروتوكول، ويحتاجان إلى مترجم، فيقوم الراسبري باي بدور المترجم. مثال لهذا إذا كان جهاز ما يحتاج لقراءة البيانات ببروتوكول RS232، بينما البيانات المراد قراءتها هي على ذاكرة فلاش USB Flash Memory. عندها يمكن أن يقوم الراسبري باي بدور المترجم. وهذا مثال من أمثلة عديدة تتكرر فيها تلك الحالة.

7- أنظمة الذكاء الاصطناعي المدمجة: بسبب قوة المعالج في الراسبري باي وصغر حجمها فإنها يمكن أن تستخدم في تطبيقات الذكاء الاصطناعي المتعلقة بالتعرف على الصور وعلى الأشخاص والأصوات، إلخ…

8- لعب الأطفال: طبعا تفتح الراسبري باي بكل إمكانياتها الأفق لعمل ألعاب مبتكرة وشيقة للأطفال.

9- أنظمة مساعدة ذوي الإعاقات، والمرضى و كبار السن (شفاهم الله وعافاهم): تحتاج كل الفئات المذكورة إلى أجهزة ذكية تقلل من نسبة عجزهم أو تساعدهم على الحياة بشكل أكثر طبيعية، وهذا بالطبع يحتاج إلى نظام إلكتروني مثل الراسبري باي لعمل المطلوب.

ملاحظات:

نظام تشغيل لينوكس سي إن سي (LinuxCNC): هو عبارة عن نظام تشغيل مفتوح المصدر مشتق من نظام تشغيل Linux يحول جهاز الحاسوب العادي إلى متحكم رقمي يمكنه التحكم في موضع و سرعات المواتير للماكينات أو الروبوتات، و في نفس الوقت يمكنه أن يعرض على شاشة العرض لوحة تحكم تمكن مستخدم الماكينة من برمجتها و متابعة الحركات الخاصة بها. تلجأ الكثير من الشركات الناشئة لستخدام لينوكس سي إن سي كبديل مجاني يمكنه أن يحل نسبيا محل أنظمة ماكينات التحكم الرقمي الصناعية التي من إنتاج شركات مثل سيمينز، شنايدر، بيكهوف إلخ ..

المراجع:

[1] https://www.raspberrypi.org/products/

[2]https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-2-model-b/

mfalcon

أنا م/مصطفى حسنين، أنا مهندس مصري متخرج من قسم هندسة الميكاترونيات، و هي فرع من الهندسة هو خليط من الهندسة الميكانيكية و الهندسة الكهربية و هندسة البرمجيات و هندسة التحكم الآلي. حصلت على دبلومة دراسات عليا في الميكاترونيات و حاليا أعمل في إنهاء رسالة الماجيستير في التحكم الآلي.
أقوم بتدريس معامل مادة التحكم الآلي، المتحكم الدقيق (المايكروكونترولر)، و مادة نظم التحكم الذكية في كلية هندسة القاهرة.

أضف تعليق

اترك رد

تابعنا