بررسی 21 کتابخانه مهم و کاربردی بردهای nRF24 و nRF52

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 nRF24 و nRF52 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 nRF24 و nRF52 به کتابخانه نیاز داریم؟

کتابخانه‌ها در برنامه‌نویسی میکروکنترلرها و بردهای مبتنی بر nRF24 و nRF52 نقش بسیار مهمی دارند. دلایل استفاده از کتابخانه‌ها در راه‌اندازی بردهای nRF24 و nRF52 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 nRF24 و nRF52 را انتخاب کنیم؟

انتخاب کتابخانه مناسب برای بردهای nRF24 و nRF52 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 nRF24 و nRF52 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 nRF24 و nRF52 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 همه نیازهای پروژه nRF24 و nRF52 شما پاسخ می‌دهد.

بررسی 10 کتابخانه کاربردی بردهای nRF24L01

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 nRF24 را معرفی و بررسی می‌کنیم. امیداوریم پس از مطالعه این مطلب بتوانید کتابخانه مناسب پروژه‌هایتان را دقیق و درست انتخاب کنید. برای سازگاری با پلتفرم آردوینو، کتابخانه مربوط به nRF24L01 با نام "RF24" است. در ادامه لیستی از کتابخانه‌های مهم و کاربردی برای آردوینو و تراشه nRF24L01 را معرفی می‌کنیم.

1. کتابخانه RF24: کتابخانه اصلی برای ارتباطات بی‌سیم با تراشه nRF24L01 استفاده می‌شود. این کتابخانه راه حل کاملی برای کنترل و ارتباط با ماژول nRF24L01 ارائه می‌دهد. این کتابخانه امکاناتی مانند ارسال و دریافت داده‌ها، تنظیمات قدرت انتقال، مدیریت پیکربندی ماژول و بسیاری از ویژگی‌های دیگر را فراهم می‌کند.
2. کتابخانه RF24Audio: کتابخانه برای انتقال صدا بی‌سیم با استفاده از تراشه nRF24L01 استفاده می‌شود. این کتابخانه به شما امکان ارتباط بی‌سیم صوتی با استفاده از تراشه nRF24L01 را می‌دهد. شما می‌توانید از این کتابخانه برای ایجاد سیستم‌های بی‌سیم صوتی مانند اسپیکرهای بی‌سیم، هدفون‌های بی‌سیم و سیستم‌های صوتی خانگی بی‌سیم استفاده کنید.
3. کتابخانه RF24Ethernet: کتابخانه برای اتصال تراشه nRF24L01 به شبکه Ethernet استفاده می‌شود. این کتابخانه به شما امکان اتصال تراشه nRF24L01 به شبکه Ethernet را می‌دهد. می‌توانید از این کتابخانه برای اتصال ماژول nRF24L01 به شبکه اینترنتی و ارسال و دریافت داده‌ها از طریق پروتکل TCP/IP استفاده کنید.
4. کتابخانه RF24Network: این کتابخانه توسط توسعه دهندگان TMRh20 ارائه شده و امکان ایجاد شبکه‌های بی‌سیم چندگانه با استفاده از ماژول nRF24L01 را فراهم می‌کند. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید دستگاه‌ها را در یک شبکه بی‌سیم سازماندهی کنید و به صورت مستقیم با آنها ارتباط برقرار کنید.
5. کتابخانه RF24Mesh: کتابخانه برای ایجاد شبکه‌های توپولوژیکی پیچیده با تراشه nRF24L01 استفاده می‌شود. این کتابخانه برای ایجاد شبکه‌های بی‌سیم با توپولوژی Mesh با استفاده از تراشه nRF24L01 و پلتفرم Arduino استفاده می‌شود. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید یک شبکه متقاطع بی‌سیم ایجاد کنید که اجازه می‌دهد داده‌ها به صورت چند گره‌ای انتقال یابند.
6. کتابخانه RF24Gateway: کتابخانه برای ارتباط بین شبکه‌های nRF24L01 و سرویس‌های ابری از طریق پروتکل MQTT استفاده می‌شود. این کتابخانه برای کاربردهای گیتوی (Gateway) با استفاده از تراشه nRF24L01 و پلتفرم Arduino توسعه داده شده است. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید گیتویی را بسازید که به عنوان میانجی در ارتباط بین ماژول‌های nRF24L01 و دستگاه‌های دیگر مانند رایانه‌ها و سرورها عمل کند.
7. کتابخانه RF24BLE: کتابخانه برای استفاده از قابلیت بلوتوث با استفاده از تراشه nRF24L01 استفاده می‌شود. این کتابخانه برای استفاده از قابلیت بلوتوث (Bluetooth Low Energy) با استفاده از تراشه nRF24L01 استفاده می‌شود. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید ارتباط بی‌سیم با دستگاه‌های بلوتوثی مانند گوشی‌های هوشمند برقرار کرده و داده‌ها را به آنها ارسال و دریافت کنید.
8. کتابخانه RF24Flash: کتابخانه‌ای برای خواندن و نوشتن اطلاعات در حافظه فلش تراشه nRF24L01 استفاده می‌شود. 
9. کتابخانه Mirf: کتابخانه Mirf به شما امکان کنترل ماژول nRF24L01 را از طریق ساده‌ترین توابعی که در اختیار شما قرار می‌دهد، می‌دهد. این کتابخانه برای ساده‌ترین استفاده از ماژول nRF24L01 مناسب است.
10. کتابخانه RadioHead: کتابخانه RadioHead شامل کلاس‌هایی برای ارسال و دریافت داده‌ها از طریق ماژول‌های RF بی‌سیم است، از جمله nRF24L01. این کتابخانه امکان استفاده از پروتکل‌های مختلفی مانند AM و FM را فراهم می‌کند و انتقال داده‌ها را بسیار ساده می‌کند.

توجه داشته باشید که این موارد فقط چند نمونه از کتابخانه‌های معروف برای آردوینو و تراشه nRF24L01 هستند و هنوز کتابخانه‌های دیگری وجود دارند که به توسعه پروژه‌های شما کمک می‌کنند. برای دسترسی به کتابخانه‌های بیشتر، می‌توانید به منابع آنلاین و انجمن‌های توسعه دهندگان Arduino مراجعه کنید.

بررسی 10 کتابخانه کاربردی بردهای nRF52832

حال که اهمیت کتابخانه و روش انتخاب کتابخانه صحیح را بررسی کردیم. نوبت به معرفی چند کتابخانه برای تراشه nRF52832 می‌رسد. در ادامه برخی از این موارد را معرفی می‌کنیم.

1. کتابخانه nRF5 SDK: این کتابخانه از سوی شرکت Nordic Semiconductor ارائه می‌شود و امکان توسعه برنامه‌های نرم‌افزاری برای تراشه‌های nRF5 را فراهم می‌کند، از جمله nRF52832. این کتابخانه شامل توابع وابسته به سخت‌افزار و ابزارهای توسعه مربوطه است که برای کنترل تراشه و استفاده از قابلیت‌های بی‌سیم آن استفاده می‌شود.
2. کتابخانه nRF5 Arduino Core: این کتابخانه یک نسخه از محیط توسعه آردوینو است که برای تراشه‌های nRF5 شامل nRF52832 توسعه داده شده است. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید برنامه‌های آردوینو را بر روی تراشه nRF52832 اجرا کنید و از قابلیت‌های بی‌سیم آن بهره‌برداری کنید.
3. کتابخانه nRF5x Command Line Tools: این کتابخانه شامل ابزارهای خط فرمان است که توسعه دهندگان می‌توانند از طریق آنها با تراشه nRF52832 تعامل کنند. این ابزارها شامل پروگرمرها، دستورات کنترلی و ابزارهای تحلیل و آنالیز است که برای توسعه، رفع اشکال و پیکربندی تراشه استفاده می‌شوند.
4. کتابخانه ArduinoBLE: این کتابخانه برای استفاده از قابلیت بلوتوث در تراشه‌های nRF5 از جمله nRF52832، بر روی محیط توسعه آردوینو ارائه شده است. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید ارتباطات بلوتوث Low Energy را برای ارسال و دریافت داده‌ها، کنترل دستگاه‌ها و ایجاد سرویس‌های خاص بلوتوث برنامه‌ریزی کنید.
5. کتابخانه RadioHead: این کتابخانه یک کتابخانه متن باز است که قابلیت‌های مختلفی برای تبادل داده‌ها در شبکه‌های بی‌سیم ارائه می‌دهد. از جمله، از طریق تراشه‌های nRF5 از جمله nRF52832 نیز قابل استفاده است. این کتابخانه امکان ارسال و دریافت داده‌ها در حالت Point-to-Point و Multicast را فراهم می‌کند و پروتکل‌های مختلف مانند RF24، RF69 و SX127x را پشتیبانی می‌کند.
6. کتابخانه EasyNRF: این کتابخانه یک سرویس نرم‌افزاری است که توسعه دهندگان را در توسعه برنامه‌های بی‌سیم برای تراشه‌های nRF5 از جمله nRF52832 یاری می‌دهد. این کتابخانه امکانات مختلفی را ارائه می‌دهد از جمله کار با بلوتوث Low Energy، قابلیت Mesh Networking و ارسال و دریافت داده‌ها از طریق برداشت سنسورها.
7. کتابخانه Adafruit nRF52 Arduino: این کتابخانه برای تراشه‌های nRF52 از جمله nRF52832 در محیط توسعه آردوینو ارائه شده است. آن را می‌توان برای ارتباطات بی‌سیم با استفاده از بلوتوث و راه‌اندازی و کنترل سنسورها و عملکردهای مختلف دیگر در پروژه‌هایتان استفاده کرد.
8. کتابخانه Bluefruit52: این کتابخانه نیز برای توسعه پروژه‌های بلوتوث در محیط آردوینو بهینه شده است. با استفاده از آن، می‌توانید ارتباط BLE راه‌اندازی کنید، داده‌ها را ارسال و دریافت کنید و عملکردهای دیگری را انجام دهید.
9. کتابخانه MySensors: این کتابخانه برای ایجاد شبکه‌های سنسور بی‌سیم مبتنی بر تراشه‌های nRF5 از جمله nRF52832 استفاده می‌شود. با استفاده از آن، می‌توانید یک شبکه سنسور بی‌سیم راه‌اندازی کنید و اطلاعات سنسورها را بر روی پلتفرم‌های دیگری مانند آردوینو، Raspberry Pi و سایر میکروکنترلرها مورد استفاده قرار دهید.
10. کتابخانه Nordic UART Service (NUS): این کتابخانه، ابزارها و رابط‌های لایه بالا برای ارتباط بی‌سیم بین دستگاه‌های مختلف را فراهم می‌کند. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید ارتباط بین تراشه nRF52832 و دستگاه‌های مانند تلفن همراه، رایانه شخصی و سایر دستگاه‌های دارای بلوتوث برقرار کنید و داده‌ها را ارسال و دریافت کنید.
11. کتابخانه Blynk: این کتابخانه برای ارتباط بی‌سیم و کنترل دستگاه‌ها با استفاده از پلتفرم Blynk ایجاد شده است. با استفاده از این کتابخانه و اپلیکیشن Blynk، می‌توانید ارتباط بی‌سیم با تراشه nRF52832 را برقرار کنید و عملکردهای مختلفی مانند کنترل LED، سنسورها، موتورها و غیره را انجام دهید.

لیست فوق تنها چند نمونه از کتابخانه‌های معروف برای تراشه nRF52832 هستند. با توجه به نیازهای خاص پروژه‌تان، ممکن است نیاز به کتابخانه‌های دیگری داشته باشید که به نیازهای خاص شما پاسخ می‌دهند. در این صورت، می‌توانید به منابع آنلاین، انجمن‌های توسعه دهندگان و مستندات مرتبط با تراشه nRF52832 مراجعه کنید تا کتابخانه‌های مناسب را برای پروژه‌های خاصتان پیدا کنید.

قابلیت Mesh و شبکه سازی با بردهای nRF

شبکه‌بندی Mesh (شبکه توری) یک فناوری بی‌سیم است که برای ارتباط بین دستگاه‌ها در یک شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این تکنولوژی، هر دستگاه در شبکه به عنوان یک گره (Node) عمل می‌کند و قادر است به صورت مستقل با سایر گره‌ها در شبکه ارتباط برقرار کند. یکی از ویژگی‌های اصلی شبکه‌بندی Mesh، قابلیت رسیدن پیام‌ها به صورت چند‌گانه است. به این معنی که اگر یک دستگاه در شبکه بخواهد پیامی را ارسال کند، آن پیام از طریق یک یا چندین مسیر به مقصد می‌رسد و از طریق همین مسیرها به دستگاه مقصد تحویل داده می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که شبکه‌های Mesh به صورت خودکار و هوشمند بهینه‌سازی شوند و اگر یکی از مسیرها قطع شود یا مشکلی در شبکه رخ دهد، دستگاه‌ها به طور خودکار مسیر جدیدی برای ارسال پیام‌ها پیدا کنند. تکنولوژی Mesh در کاربردهای مختلفی مانند خانه هوشمند، شهر هوشمند، صنعت 4.0، سیستم‌های ردیابی و کنترل از راه دور و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله استانداردهای معروف Mesh می‌توان به Bluetooth Mesh، Zigbee و Thread اشاره کرد. هر یک از این استانداردها قابلیت‌ها و مزایای خاص خود را دارند و می‌توانند بر اساس نیازهای پروژه‌ها انتخاب شوند. ماژول‌های nRF52 در بستر مدل بلوتوث Low Energy (BLE) قابلیت شبکه‌بندی mesh را دارند. این قابلیت به وسیله نرم‌افزار SoftDevice موجود در تراشه‌های nRF52 فراهم می‌شود. با استفاده از ماژول‌های nRF52 و استفاده از کتابخانه‌ها و API‌های مربوطه، می‌توانید شبکه‌های mesh را پیاده‌سازی و برنامه‌ریزی کنید. در مدل‌های تراشه‌ی nRF24L01 و nRF24L01+ قابلیت شبکه‌بندی mesh به صورت پیش‌فرض وجود ندارد. این تراشه‌ها برای ارتباط بی‌سیم بین دو دستگاه (Point-to-Point) طراحی شده‌اند و قابلیت‌های مشابه بلوتوث Low Energy (BLE) مانند شبکه‌بندی mesh را ندارند. برای استفاده از شبکه‌بندی mesh در پروژه خود، بهتر است از تراشه‌هایی مانند nRF52 استفاده کنید که این قابلیت را دارند.

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 nRF24 و nRF52 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. تراشه‌های nRF نسخه‌های مختلفی دارند که هر کدام براساس استانداردها و قوانین خاصی طراحی و تولید می‌شوند. بنابراین این توضیحات ممکن است با نسخه‌ی مورد استفاده شما سازگاری کامل نداشته باشد. ما در تلاش هستیم که دانش کاربران فارسی زبان را در راستای سخت افزارهای IoT ارتقا دهیم. بنابراین اگر این پست برای شما مفید بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، حتما لینک آموزش را با دیگران به اشتراک بگذارید.