بررسی 25 کتابخانه مهم و کاربردی بردهای ESP در Arduino IDE
کتابخانهها در برنامه نویسی میکروکنترلرها یکی از ارکان بسیار مهم هستند. کتابخانهها یک سری فایل هستند که بایستی به هنگام برنامه نویسی برای میکروکنترلر مورد نظرمان، آنها را فراخوان کرده و دستورات برنامه نویسی مربوط به توابع آنها را در برنامهی مورد نظرمان استفاده کنیم. جامعه کاربری یا همان کامیونیتی فعال در دنیای میکروکنترلرها مداوم در حال تولید کتابخانههای جدید با کاربردهای خاص و منحصر به فرد هستند. از اینرو قبل از اینکه ایدهیتان را برای میکروکنترلر پیاده سازی کنید. بایستی کتابخانه مناسب آن را پیدا کنید. کتابخانه کمک میکند که حجم کدهای نوشته شده کمتر شود و اجرای تمیزتری داشته باشید. از اینرو صرفا نیازی به دانلود کتابخانهها نیست و خودتان هم میتوانید یک کتابخانه مناسب برای کاربری مدنظرتان توسعه دهید. در ادامه این پست از بلاگ دانشجو کیت، چند مورد کتابخانه بسیار کاربردی برای بردهای خانواه ESP را معرفی خواهیم کرد. کمی هم درباره کارکرد آنها توضیح خواهیم داد.
چهار کاربرد کتابخانه در برنامه نویسی میکروکنترلرها
آردوینو نوعی میکروکنترلر آماده به کار است. این میکروکنترلر دارای نرم افزار مخصوص به خودش است. در نرم افزار آردوینو، کتابخانهها مجموعهای از کدها و توابع آماده هستند که برای استفاده در پروژهها و توسعه بردهای مبتنی بر میکروکنترلرها مورد استفاده قرار میگیرند. این کتابخانهها توسط جامعه برنامهنویسی تولید و به صورت آزاد و متن باز در دسترس عموم قرار میگیرند. کتابخانهها در آردوینو وظایف متنوعی دارند، در ادامه چهار کاربرد کتابخانه در برنامه نویسی میکروکنترلرها را توضیح میدهیم.
1- پشتیبانی از سختافزارهای خاص: کتابخانهها به شما امکان میدهند با استفاده از کدها و توابع آماده، با سختافزارهای خاص آردوینو یا دستگاههای متصل شده، مانند حسگرها، ماژولها، درایورها و سایر قطعات الکترونیکی، ارتباط برقرار کنید و آنها را کنترل کنید.
2- تسهیل برنامهنویسی: با استفاده از کتابخانهها، میتوانید بخشهای متداول و پرکاربرد برنامههای خود را با استفاده از توابع آماده پیادهسازی کنید. این کار باعث سادهتر شدن فرآیند برنامهنویسی و کاهش زمان و تلاش مورد نیاز برای توسعه نرمافزار میشود.
3- افزایش قابلیتها: با استفاده از کتابخانهها، میتوانید به قابلیتهای جدید و پیچیدهتری دست پیدا کنید. این کتابخانهها معمولا توابع و امکاناتی را ارائه میدهند که به شما اجازه میدهد برنامههای پیچیدهتر را پیادهسازی و کنترل کنید.
4- استانداردسازی و تعمیمپذیری: با استفاده از کتابخانهها، میتوانید استانداردها و روشهای مشترک را در برنامهنویسی بردهای مبتنی بر میکروکنترلرها پیادهسازی کنید. این مورد به شما امکان میدهد برنامههای خود را به راحتی به پروژههای دیگر انتقال دهید و با تغییرات کمتری سازگار شوند.
استفاده از کتابخانهها در نرم افزار آردوینو به برنامهنویسان اجازه میدهد تا با سرعت بیشتری پروژههای خود را توسعه دهند، کدهای قابل استفاده را بازنویسی نکنند و بهبود کارایی و قابلیتهای برنامههای خود را تجربه کنند.
چرا برای راه اندازی بردهای esp به کتابخانه نیاز داریم؟
کتابخانهها در برنامهنویسی میکروکنترلرها و بردهای مبتنی بر ESP نقش بسیار مهمی دارند. دلایل استفاده از کتابخانهها در راهاندازی بردهای ESP به شرح زیر هستند.
1- سهولت استفاده: کتابخانهها عملکرد و ویژگیهای پیچیده را پشتیبانی میکنند و به برنامهنویسان کمک میکنند تا با استفاده از توابع و روشهای آماده، بدون نیاز به نوشتن کدهای پیچیده، عملیاتهای مورد نیاز را انجام دهند. این امر باعث سهولت و سرعت توسعه برنامه میشود.
2- افزایش بهرهوری: با استفاده از کتابخانهها، قابلیتها و عملکرد بردها بهبود مییابد و کارایی و بهرهوری برنامهها افزایش مییابد. کتابخانهها معمولاً بهینهسازی شدهاند و برای پیادهسازی صحیح و بهترین استفاده از منابع سختافزاری بردها طراحی شدهاند.
3- استانداردسازی: با استفاده از کتابخانهها، میتوانید از استانداردهایی که توسط جامعه برنامهنویسی تعیین شدهاند، بهرهبرداری کنید. این به شما کمک میکند تا برنامههای خود را قابلیت تعمیم و انتقال به سایر پروژهها داشته باشند.
4- کاهش زمان توسعه: با استفاده از کتابخانههای کاربردی، میتوانید قسمتهای بسیاری از کد را با استفاده از توابع آماده جایگزین کنید. این کار زمان توسعه را به شدت کاهش میدهد و امکان تمرکز بر روی قسمتهای اصلی پروژه را فراهم میکند.
چگونه کتابخانه مناسب برای بردهای ESP را انتخاب کنیم؟
انتخاب کتابخانه مناسب برای بردهای ESP میتواند به شدت وابسته به نوع پروژه و نیازهای شما باشد. اما در کل، روشهای زیر میتواند به شما در انتخاب کتابخانه مناسب کمک کند.
1- تحقیق و مطالعه: قبل از انتخاب کتابخانه، با دقت در مورد نیازهای پروژه خود بررسی کنید. ببینید که پروژه شما به چه قطعات سختافزاری، ماژولها یا حسگرها نیاز دارد و کدام کتابخانهها قابلیت پشتیبانی از آنها را دارند. مطالعه مستندات، نمونه کدها و راهنماهای موجود برای کتابخانهها میتواند به شما کمک کند تا درک بهتری از قابلیتها و کاربردهای آنها داشته باشید.
2- سازگاری با برد: مطمئن شوید که کتابخانه انتخابی با برد ESP شما سازگار است. این شامل سازگاری با نسخه نرمافزار آردوینو، پشتیبانی از ویژگیها و قابلیتهای برد، و سازگاری با ماژولها و قطعات مورد استفاده در پروژه شما است.
3- جامعه و پشتیبانی: بررسی جامعه برنامهنویسی ESP و منابع موجود برای کتابخانهها نیز مهم است. چک کنید که آیا کتابخانه مورد نظر شما توسط جامعه پشتیبانی میشود، نسخههای بهروز آن در دسترس هستند و سوالات و مشکلات مرتبط با آن پاسخ داده میشود. انجمنها، وبسایتها، گیتهاب و منابع آموزشی معتبر میتوانند منابع خوبی برای جستجو و مطالعه باشند.
4- آزمایش و ارزیابی: قبل از استفاده نهایی، توصیه میشود کتابخانه را در یک پروژه آزمایشی ساده تست کنید. این به شما امکان میدهد تا عملکرد و قابلیتهای کتابخانه را در عمل تجربه کنید و مطمئن شوید که به نیازهای پروژه شما پاسخ میدهد.
با توجه به این روشها و با مطالعه، آزمایش و ارزیابی کتابخانهها، شما میتوانید کتابخانهای را پیدا کنید که براهمه نیازهای پروژه ESP شما پاسخ میدهد.
بررسی 25 کتابخانه کاربردی بردهای ESP
حال که اهمیت کتابخانه و روش انتخاب کتابخانه صحیح را بررسی کردیم. نوبت به معرفی چند مورد کتابخانه مهم و کاربردی برای بردهای ESP میرسد. در ادامه 21 مورد کتابخانه کاربردی برای بردهای خانواده ESP را معرفی و بررسی میکنیم. امیداوریم پس از مطالعه این مطلب بتوانید کتابخانه مناسب پروژههایتان را دقیق و درست انتخاب کنید.
1- کتابخانه Arduino Core for ESP8266/ESP32: این کتابخانهها برای برنامه نویسی بردهای ESP8266 و ESP32 با استفاده از Arduino IDE ارائه شدهاند. آنها امکانات و توابعی را فراهم میکنند که برنامه نویسی بردها را سادهتر و قابل فهمتر میکنند.
2- کتابخانه ESP8266WiFi و ESP8266WebServer: این کتابخانهها برای اتصال به شبکه Wi-Fi و ایجاد سرور وب در ESP8266 استفاده میشوند. آنها امکان برقراری اتصال به شبکه Wi-Fi، ارسال و دریافت دادهها از طریق اتصالات TCP و UDP، وب سرور کوچک و بسیاری از ویژگیهای دیگر را فراهم میکنند.
3- کتابخانه PubSubClient: این کتابخانه برای پشتیبانی از پروتکل MQTT بر روی بردهای ESP استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید اتصال به سرور MQTT ایجاد کنید و دادهها را از طریق این پروتکل ارسال و دریافت کنید.
4- کتابخانه Adafruit IO Arduino: این کتابخانه برای اتصال به پلتفرم Adafruit IO بر روی بردهای ESP8266 و ESP32 استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید دادهها را به آسانی دریافت و ارسال کنید و با استفاده از ابزارهای دیگری تبادل ارتباطی برقرار کنید.
5- کتابخانه ArduinoJson: این کتابخانه برای بررسی، ساخت، و تجزیه و تحلیل دادههای JSON در بردهای ESP استفاده میشود. آنها امکان بررسی و ایجاد دادههای JSON را فراهم میکنند و برنامه نویسان را در کار با فرمت داده JSON یاری میدهند.
6- کتابخانه WiFiManager: این کتابخانه برای تنظیمات پویا شبکه Wi-Fi در بردهای ESP استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید برنامه را به گونهای تنظیم کنید که در صورت عدم اتصال به شبکه Wi-Fi، یک نقطه دسترسی (Access Point) جدید ایجاد کند و اطلاعات شبکه را از طریق یک صفحه وب از کاربر دریافت کند.
7- کتابخانه TFT_eSPI: این کتابخانه برای کنترل صفحه نمایش TFT و LCD در بردهای ESP32 استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید صفحه نمایش رنگی را کنترل کرده و عناصر گرافیکی مانند نوشته، شکلها، نمودارها و غیره را روی صفحه نمایش نمایش دهید.
8- کتابخانه ESPAsyncWebServer: این کتابخانه برای ساخت سرور وب غیرهمزمان (Asynchronous) در بردهای ESP استفاده میشود. آنها امکاناتی را فراهم میکنند که برنامه نویسی سرور وب را سریعتر و پاسخدهی به بیشترین تعداد اتصالها را ممکن میسازند.
9- کتابخانه TimeLib: این کتابخانه برای کنترل زمان و ساعت در بردهای ESP استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید تاریخ و زمان فعلی را به درستی پیکربندی کنید، توابعی برای محاسبه و تغییر زمان را فراهم کنید و عملیات زمانبندی را انجام دهید.
10- کتابخانه Adafruit GFX Library: این کتابخانه برای کنترل صفحه نمایشهای گرافیکی در بردهای ESP استفاده میشود. آنها امکاناتی را فراهم میکنند که برنامه نویسان را قادر میسازند تا عناصر گرافیکی مانند متن، شکلها، نمودارها، بارگیری تصاویر و غیره را روی صفحه نمایش نمایش دهند.
11- کتابخانه ESPAsyncTCP: این کتابخانه برای برنامه نویسی شبکه از طریق پروتکل TCP در بردهای ESP استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید اتصالات TCP غیرهمزمان را مدیریت کرده و ارتباط بین دستگاهها را برقرار کنید.
12- کتابخانه Adafruit Sensor Library: این کتابخانه برای استفاده از سنسورها در بردهای ESP استفاده میشود. آنها امکاناتی را فراهم میکنند که برنامه نویسان را قادر میسازند تا اطلاعات از سنسورهای مختلف را دریافت و پردازش کنند، مانند سنسور دما، رطوبت، فشار و سنسورهای شتابسنج و ژیروسکوپ.
13- کتابخانه OneWire: این کتابخانه برای کنترل دستگاههای سریال OneWire استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید با سنسورها و دستگاههایی که از پروتکل OneWire پشتیبانی میکنند، ارتباط برقرار کنید و اطلاعات را دریافت کنید.
14- کتابخانه ESP8266HTTPClient: این کتابخانه برای ارسال درخواستهای HTTP و دریافت پاسخها از سرورها در بردهای ESP8266 استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید به سادگی ارتباط با سرویسهای آنلاین، دریافت دادهها و ارسال اطلاعات به سرورها را انجام دهید.
15- کتابخانه AsyncMqttClient: این کتابخانه برای اتصال و ارتباط با بروکر MQTT غیرهمزمان (Asynchronous) در بردهای ESP استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید اتصال به بروکر MQTT را برقرار کنید، دادهها را ارسال و دریافت کنید و عملکردهای مرتبط با MQTT را انجام دهید.
16- کتابخانه ESP8266Audio: این کتابخانه برای پخش فایلهای صوتی در بردهای ESP8266 استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید فایلهای صوتی را از حافظه دستگاه یا از حافظه داخلی دریافت کرده و در بستر وای فای پخش کنید.
17- کتابخانه Adafruit NeoPixel: این کتابخانه برای کنترل LEDهای قابل برنامهریزی NeoPixel (WS2812) در بردهای ESP استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید الگوها و روشنایی LEDها را کنترل کنید و تأثیرات رنگی و نورپردازی دلخواه را بر روی LEDها ایجاد کنید.
18- کتابخانه Firebase ESP8266: این کتابخانه برای ارتباط و ارسال دادهها به پایگاه داده ابری Firebase در بردهای ESP8266 استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید به سادگی دادهها را به پایگاه داده Firebase ارسال و از آن دریافت کنید.
19- کتابخانه Blynk: این کتابخانه برای ساخت برنامههای اینترنت اشیا (IoT) با استفاده از بردهای ESP استفاده میشود. با استفاده از آن، میتوانید ارتباط با برنامههای موبایل ساخته شده با استفاده از بلینک (Blynk) را برقرار کنید و دستگاههای ESP خود را به صورت از راه دور کنترل کنید.
20- کتابخانه ESPMail: امکان ارسال و دریافت ایمیل را از طریق بردهای ESP8266 و ESP32 میدهد. این کتابخانه بر پایه پروتکل SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) عمل میکند و با استفاده از آن میتوانید برنامههایی بسازید که قادر به ارسال ایمیل با بردهای ESP شوند. همچنین میتوانید ایمیلهای دریافتی را خوانده و اطلاعات مفیدی مانند فرستنده، موضوع و متن را دریافت کنید.
21- کتابخانه ESP32MotorControl: برای کنترل موتورها با استفاده از ESP32 که دارای واحد MCPWM است. این واحد وظیفه ایجاد پالس PWM و کنترل جهت موتور را دارد. عبارت MCPWM به معنای Motor Control Pulse Width Modulation است. این واحد در تراشه ESP32 در دو بخش مجزا قرار دارد. به عبارت دیگر شما درون تراشه ESP32 از دو واحد MCPWM بهره مند هستید. که توسط این کتابخانه قابل کنترل است.
22- کتابخانه ESPTime: جهت راه اندازی و کار با تراشه ساعت داخلی ESP32، کتابخانه ای توسعه یافته است. به لطف توسعه این کتابخانه به سادگی و در کمترین زمان ممکن می توان به اطلاعات زمانی نظیر روز، ماه، سال، ساعت، دقیقه و ثانیه دسترسی داشت.
23- کتابخانه SchedulerESP8266: زمانبندی اجرای پروسه ها در یک برنامه میکروکنترلری، امری بسیار حائز اهمیت است. این مورد زمانیکه اهمیت بیش از پیش می یابد که بخواهیم به طراحی و پیاده سازی رله های تایمردار بپردازیم. در طراحی رله های تایمر دار، یک رله درست در زمانیکه که کاربر تعیین کرده باید فعال گردد. یا درمثالی دیگر، زنگ های هشدار یا آلارم ها و ساعت های دیجیتال نیازمند زمانبندی در اجرای پروژه هستند. برای این مورد و سادگی در زمانبندی، کتابخانه SchedulerESP8266.h توسعه یافته است. به کمک این کتابخانه می توان اجرای یک تابع را زمانبندی نمود. حتی می توان با تعریف روزهای هفته، اجرا پروسه ها را کنترل نمود.
24- کتابخانه WiFi: امکانات مربوط به اتصال به شبکه بیسیم Wi-Fi را در بردهای ESP فراهم میکند. با استفاده از این کتابخانه، میتوانید برنامههایی بسازید که به شبکه بیسیم متصل شوند، اطلاعات را بر روی شبکه منتقل کنند و از امکانات مرتبط با Wi-Fi بهرهبرداری کنند. کتابخانه WiFi.h دارای توابع و متدهای متنوعی است که شما را قادر میسازد اتصال به شبکه Wi-Fi، تنظیمات شبکه (مانند SSID و رمز عبور)، دریافت آدرس IP، تنظیمات قدرت انتقال و بسیاری دیگر را انجام دهید. با استفاده از این کتابخانه، میتوانید از ویژگیهای متنوعی مانند اسکن شبکههای در دسترس، اتصال به شبکههای امن، تعامل با DNS، تنظیمات مدت زمان خوابیدن بردها و غیره بهرهبرداری کنید. به عنوان مثال، با استفاده از کتابخانه WiFi.h، میتوانید برنامههایی بنویسید که اتصال به یک شبکه Wi-Fi خاص را برقرار کنند و اطلاعات را بین بردها و دستگاههای متصل به همان شبکه منتقل کنند، به عنوان مثال برای کنترل دستگاهها از راه دور، جمعآوری دادهها، ارسال اعلانات و بسیاری موارد دیگر.
25- کتابخانه NTPClient: امکان دریافت زمان و تاریخ از سرورهای NTP (Network Time Protocol) را میدهد. این کتابخانه با استفاده از ارتباط بیسیم Wi-Fi بردهای ESP، با سرورهای NTP ارتباط برقرار کرده و زمان دقیق را دریافت میکند. با استفاده از کتابخانه NTPClient، شما میتوانید تنظیمات مربوط به سرور NTP و ساعت مورد نظر را انجام دهید و زمان دقیق را از سرورهای NTP دریافت کنید. این کتابخانه امکاناتی مانند تنظیم منطقه زمانی، تنظیم تاخیر اتصال به سرور NTP، دریافت زمان در قالب Unix timestamp یا در قالب ساعت و تاریخ مربوطه، تنظیم تنظیمات امنیتی و بسیاری موارد دیگر را فراهم میکند.
این تنها چند نمونه از کتابخانههای کاربردی برای بردهای ESP هستند. هر برد ممکن است کتابخانههای خاص خود را داشته باشد و همچنین اکثر کتابخانههای Arduino بر روی بردهای ESP قابل استفاده هستند. بسته به نیازهای پروژه، میتوانید از این کتابخانهها استفاده کنید و عملکرد و قابلیتهای مورد نیاز را بر روی برد ESP خود پیادهسازی کنید.
بررسی 6 کتابخانه بلوتوث مناسب ESP32
بردهای ESP32 که نسل جدیدی از خانواده تراشههای ESP هستند. دارای وای فای و بلوتوث داخلی هستند. از اینرو کتابخانههای کاملتر و متفاوتی هم برای آنها در دسترس است. در ادامه 6 کتابخانه کاربردی برای واحد بلوتوث تراشههای ESP32 را بررسی و معرفی میکنیم.
1- BLEDevice: این کتابخانه به شما امکان برقراری و مدیریت اتصالات بلوتوث BLE را در بردهای ESP32 میدهد. شما میتوانید با استفاده از این کتابخانه دستگاههای BLE را اسکن کنید، به آنها متصل شوید و دادههای بین آنها را ارسال و دریافت کنید.
2- کتابخانه BLEServer: این کتابخانه برای ایجاد سرور BLE در بردهای ESP32 استفاده میشود. با استفاده از این کتابخانه میتوانید برنامههایی بسازید که به عنوان سرور BLE عمل کنند و امکان ارسال و دریافت دادهها از دستگاههای متصل را فراهم کنند.
3- کتابخانه BLEClient: این کتابخانه برای اتصال و ارتباط با دستگاههای BLE در بردهای ESP32 استفاده میشود. با استفاده از این کتابخانه میتوانید به عنوان یک کلاینت BLE عمل کنید و با دستگاههای سرور BLE ارتباط برقرار کنید.
4- کتابخانه BLEPeripheral: این کتابخانه به شما امکاناتی را برای ایجاد دستگاه BLE در بردهای ESP32 میدهد. با استفاده از این کتابخانه میتوانید برنامههایی بنویسید که بتوانند به عنوان یک دستگاه BLE شناخته شوند و دادهها را با دستگاههای متصل به خود مبادله کنند.
5- کتابخانه BLEGATTServer: این کتابخانه برای ایجاد سرور GATT (Generic Attribute Profile) در بردهای ESP32 استفاده میشود. با استفاده از این کتابخانه میتوانید خدمات و ویژگیهای سفارشی را برای دستگاه BLE خود تعریف کرده و با دستگاههایی که به آن متصل میشوند، دادهها را مبادله کنید.
6- کتابخانه BLEBeacon: این کتابخانه برای تبدیل بردهای ESP32 به دستگاه Beacon BLE استفاده میشود. شما میتوانید با استفاده از این کتابخانه برنامههایی بسازید که به عنوان دستگاه Beacon عمل کنند و اطلاعات را به دستگاههایی که در دسترس هستند ارسال کنند.
این تنها چند نمونه از کتابخانههای مناسب برای استفاده از بلوتوث در بردهای ESP32 است. در حالی که همین کتابخانهها میتوانند نیازهای بسیاری را برطرف کنند، همچنین میتوانید کتابخانههای دیگری را که مناسب نیازهای خاص شما هستند، بررسی کنید و استفاده کنید.
جمع بندی
تمامی بردهای الکترونیکی و میکروکنترلرها به کتابخانه برای برنامه نویسی احتیاج دارند. جدای از اینکه زبان مورد استفاده برای برنامه نویسی چه گزینهای باشد. به کتابخانهها نیاز خواهید داشت. انتخاب کتابخانه برای اجرای پروژههای حرفهای و تجاری و یا در سطح رباتیکی با بردهای خانواده ESP بسیار اهمیت دارند. به چند دلیل این اهمیت را بایستی جدی گرفت. یکی اینکه حجم برنامه نوشته شده کاهش پیدا میکند. یکی اینکه کتابخانه مناسب و اصولی از هنگ کردن و کار کردن ناقص دستورات جلوگیری میکند. یکی دیگر اینکه کتابخانه مورد استفاده با سناریو مد نظر هر پروژه بایستی سازگاری داشته باشد. در آخر دقت داشته باشید که بی دلیل اقدام به بروز رسانی کتابخانهها نکنید. حتما در پروژهای که کار میکنید، مشخص کنید از کدام نسخه کتابخانه استفاده کردهاید و از آن یک نسخه پشتیبان تهیه کرده باشید.