سلام دوستان خوبم،

امروز میخوام در مورد ماژول ها بگم، اما چرا؟
 حتما میدونین که کارهای حوزه ی الکترونیک روز به روز به سمت ماژولار شدن پیش رفته و این پیشروی همچنان ادامه داره. ما این موضوع رو در انجام پروژه های صنعتی و غیرصنعتی خیلی خوب لمس کردیم.
? برای همین هم تصمیم گرفتیم که مطالب آتی رو به همین سمت سوق بدیم. قصد دارم توی این پست با ماژول ها و کاربردهاشون آشناتون کنم تا به دنیای جذابشون وارد بشین و لذت ببرین.

ماژول چیست؟

در واقع یک قطعه ی نسبتا فشرده است که جزیی از یک دستگاه بزرگ تر می باشد. به عبارت دیگر برخی از دستگاه های الکترونیکی از اجزای سخت افزاری مجزایی تشکیل شده اند. ممکن است هر جزء تولید یک شرکت متفاوت باشد، ولی در کنارهم قرار گرفتن این اجزا باعث به وجود آمدن یک دستگاه با هدفی مشخص می شود. ماژول ها به گونه ای طراحی و تولید می شوند که به صورت جداگانه نصب شوند؛ به صورت جداگانه جابه جا شوند و به صورت جداگانه نیز تحت سرویس و تعمیر قرار گیرند. یک مثال ساده می تواند RAM ای باشد که ما به کامپیوتر خود اضافه می کنیم تا حافظه ی موقت بیشتری داشته باشد.

چرا از ماژول استفاده می کنیم؟

علت استفاده از ماژول از تعریف آن معلوم می شود. در سیستم های سخت افزاری به قسمت هایی نیاز داریم که کار خاصی را انجام دهند. ما به وسیله ی ورودی ها و خروجی هایی که این قسمت ها دارند و از طریق پروتکل ارتباطی خاصی با آن ها ارتباط برقرار می کنیم. این قسمت ها همان ماژول ها هستند. ما آنها را کنترل و تنظیم می کنیم؛ به آن ها ورودی هایی می دهیم و از آن ها خروجی هایی را نیز دریافت می نماییم.

حال اگر ماژولی در کار نباشد مجبور می شویم سیستم سخت افزاری را به نحوی بسازیم که قابلیت انجام آن کار خاص را داشته باشد. یعنی باید تمام قسمت های سخت افزاری مورد نیاز را درون یک قطعه تعبیه کنیم. در ضمن درگیر طراحی ها و اتصالات سخت افزاری داخلی قطعه، برنامه نویسی و نوشتن firmware مفصل و … آن نیز می شویم. پس از تمام شدن همه ی این کارها قطعه ی مورد نظر تولید می شود. و فقط برای یک هدف خاص و معین مناسب است و هیچ انعطافی ندارد و این اصلا مقرون به صرفه نیست.

به دلایلی که گفته شد از ماژول استفاده می کنیم و دیگر درگیر نحوه ی طراحی سخت افزار، برنامه نویسی و .. دستگاه کلی نمی شویم. بلکه تمامی مراحل طراحی، برنامه نویسی و تولید مربوط به هر قسمت توسط شرکتی به صورت جداگانه انجام می شود. به نوعی کارهای سخت افزاری به اجزاء کوچک تری تحت عنوان ماژول شکسته می شود. حال هر شخصی که قصد طراحی یک دستگاه الکترونیکی دارد، ماژول های مورد نظرش را خریداری کرده و با ایجاد ارتباط بین آن ها به هدفش می رسد.

برد کمکی یا برد راه انداز

ماژول ها قطعاتی فشرده هستند و برای کارهای حرفه ای و در قالب SMD تولید می شوند. معمولا دارای پایه های زیاد و مفصل هستند که هرکدام برای کاری مشخص تعبیه شده اند. به علاوه بعضی از آن ها با سطح ولتاژ TTL سازگاری ندارند و در این سطح ولتاژ یا آسیب می بینند یا درست کار نمی کنند. اکثر اوقات مهندس ها نیازی به قطعه ی SMD ندارند. همچنین به همه ی پایه ها نیز نیاز ندارند و تنها با چند پایه ی اصلی کار می کنند.

با توجه به دلایل بالا و علت های دیگر، برد کمکی مطرح می شود. مزایایی که می توان برای بردهای کمکی برشمرد به صورت زیر هستند:

• برد کمکی پایه های خروجی اش به صورت هدر است و می توان آن را به راحتی به بردبورد و … متصل کرد.
• برای استفاده از آن نیاز به لحیم کاری SMD نیست. با توجه به نیازمان، منطق ولتاژ مناسب را نیز در اختیارمان قرار می دهد.
• همچنین پایه هایی که در اختیارمان می گذارد پایه های مور نیاز ما هستند.
• در بردهای کمکی سوییچ ها، خروجی ها و پایه های مختلفی تعبیه می شوند تا کار را باز هم برای ما راحت تر کنند.

کاربرد ماژول ها در سیستم های مبتنی بر میکروکنترلر

امروزه در تمامی پروژه های صنعتی، تجاری و … ردپایی از ماژول ها به چشم می آید. برای برقراری ارتباط بی سیم بین دو میکروکنترلر یا دو دستگاه، برای برقراری ارتباط با شبکه ی ماهواره ای (GPS) به منظور موقعیت یابی، برای برقراری ارتباط با شبکه های GSM (به منظور ارسال پیامک، تماس تلفنی، اتصال به اینترنت)، برای اندازه گیری شتاب و جهت جغرافیایی و برای ده ها کار دیگر به آن ها نیاز داریم.

می توان مثالی ساده زد، فرض کنید می خواهیم بردی را بسازیم که با ارتباط بلوتوث کاری خاص انجام دهد. ساختن چنین بردی به دلیل پیچیدگی در طراحی و ساخت مطلوب نیست. برای همین از ماژول بلوتوث (که هم سخت افزار بلوتوث و هم پردازنده ای را در بر دارد) استفاده می کنیم. به عبارتی چرخ را دوباره اختراع نمی کنیم.

منظور از سیستم تعبیه شده چیست؟

سیستم تعبیه شده به سیستم هایی می گویند که متشکل از سخت‌افزار و نرم‌افزار و گاهی وسایل مکانیکی هستند و برای اتجام عملیاتی مشخص تعبیه شده اند. اکثر محصولات الکتریکی امروزی مانند ماشین لباسشویی، فریزر، مایکروفر و …  و همچنین خوردروها، آسانسورها و … دارای یک یا چند سستم تعبیه شده می باشند.

محصول یا سیستم های تعبیه شده (که به سیستم های Embedded هم معروف هستند) به جای یک کنترلر خارجی، به وسیله میکروپروسسور یا میکروکنترلر داخلی کنترل می شوند. به همین دلیل است که  میکروپروسسورها و میکروکنترلرها به طور گسترده ای در محصولات تعبیه شده (Embedded Products) استفاده می شوند.  تصویر زیر دیاگرام یک سیستم تعبیه شده ی مثالی را نشان می دهد. همان طور که در دیاگرام زیر نیز پیداست، استفاده از ماژول در سیستم های تعبیه شده و در پروژه های میکروکنترلر، هم کار را راحت می کند؛ هم انجام پروژه را تسریع می سازد و هم گاهاً هزینه ها را نیز کاهش می دهد.

در این سری از آموزش ها (که تحت عنوان «کارگاه آموزشی ماژول ها» ارائه می شوند و هم اکنون جلسه ی اول آن را مطالعه می کنید) تصمیم داریم با ماژول های پرکاربرد آشنا شویم، تا کاربردها، امکانات و قابلیت های آن ها را بشناسیم؛ با ساختمان و پایه های آن ها آشنا شویم؛ پروتکل ارتباطی آن ها را یاد بگیریم و بتوانیم با آن ها کار کنیم و در نهایت بتوانیم آن ها را با میکروکنترلرها راه اندازی کنیم.

معرفی چند ماژول پرکاربرد

ماژول های بلوتوث

با توجه به این که گوشی های هوشمند، تبلت ها و لپ تاپ ها همگی دارای بلوتوث هستند، ماژول بلوتوث در سیستم های میکروکنترلر بسیار پرکاربرد است. با آن می توان بین تمام دستگاه های داخلی ارتباط برقرار کرد و ایده های جالبی را ارائه کرد. امکان انتقال اطلاعات، کنترل از راه دور و … نیز با آنها وجود دارد.

ماژول NRF

با این ماژول می توان ارتباطات رادیویی برقرار کرد. حتی می توان ارتباط صوتی و تصویری داشت. می توان از آن برای کنترل بی سیم یک روبات نیز بهره برد. در کل یک ذهن خلاق می خواهند و یک همت خوب تا ایده های جالبی را با آن ها ساخت.

ماژول های مخابراتی

از این دسته می توان به SIM900، SIM800، SIM908 و … اشاره کرد. از آن ها می توان برای ارسال پیامک تا ساختن یک گوشی همراه استفاده کرد. می توان با آن ها ارتباط اینترنتی نیز برقرار کرد. در کل با استفاده از آن ها می توان کارهای جالب و خوبی را انجام داد.

ماژول های فاصله سنج

از این دسته می توان به سنسورهای آلتراسونیک اشاره کرد که در پروژه های صنعتی و رباتیکی بسیار کاربرد دارند. اگر توجه کرده باشید در بعضی از خوردروها نیز تعبیه شده اند. ایده های جالبی از جمله اسکنر سه بعدی را می توان با آن ها تحقق بخشید.

ماژول های GPS

با این آن ها می توان به سیستم موقعیت یاب ماهواره ای متصل شد و اطلاعات جالبی از جمله موقعیت جغرافیایی، تاریخ و ساعت جهانی، سرعت، جهت حرکت و … را به دست.

ماژول های IMU، شتاب سنج و ژیروسکوپ

حتما کوادکوپترها را دوست دارید!! این دسته از ماژول ها جزء اساسی یک ربات پرنده محسوب می شوند. و برای اندازه گیری شتاب، زاویه ی حرکت و … استفاده می شوند

ماژول های RFID

این ماژول ها برای خواندن کارت های مغناطیسی استفاده می شوند. از آن ها استفاده های بسیار زیادی شده است. از سیستم اتوبوس رانی شهری و مترو گرفته تا در بازکن های کارتی و دستگاه های حضور و غیاب و…

ماژول های درایو موتور

از این ماژول ها برای راه اندازی و کنترل انواع موتورها استفاده می شود. از این دسته می توان به درایور استپر موتور، درایور موتور DC ، درایور دو کاناله و … نام برد.

ماژول های wifi

شاید وقتی در مورد بلوتوث صحبت شد، کسانی به ذهنشان رسید که بلوتوث در حال منسوخ شدن است (هرچند نمی شود هنوز با قطعیت این حرف را زد). ولی وای فای که دیگر در حال منسوخ شدن نیست!!! ماژول وای فای علاوه بر قابلیت هایی که برای نوع بلوتوث ذکر شد، می تواند برای شبکه کردن و استفاده از ارتباطات LAN و همچنین برای اینترنت به کار رود.

اگر بخواهیم به همین صورت ادامه بدهیم، این نوشته خیلی طولانی می شود!! ماژول های بسیار زیاد و متنوعی برای کاربردهای مختلفی طراحی و تولید شده اند. از ماژول های دیگر می توان به ماژل های شبکه، اثر انگشت، پردازش تصویر، فشار، دما و رطوبت، ماژول های پزشکی و … اشاره کرد.

از جلسات بعدی به ترتیب از ماژول بلوتوث شروع می کنیم و به طور رسمی وارد دنیای زیبا و لذت بخش ماژول ها می شویم.

**  در رابطه با هر ماژول باید چند چیز را بیاموزیم:

• کاربردها ، امکانات و قابلیت های آن
• قطع و اندازه ، مشخصات الکتریکی و بردهای راه انداز آن
• چینش پایه های ماژول (یا برد آن) و کاربرد و عملکرد هر پایه
• پروتکل ارتباطی آن
• نحوه ی راه اندازی آن با میکروکنترلرها

حتما جلسات بعدی مون را دنبال کنین، توانایی کار با ماژول ها دستمون رو خیلی خوب در حوزه ی میکروکنترلرها باز میکنه.

موفق باشید!