بررسی ارورهای تمام نشدنی آردوینو Arduino و روش رفع آن‌ها

بردهای میکروکنترلر به عنوان سخت افزارهای جدا نشدنی از زندگی ما انسان‌ها هرروز در حال پیشرفت و گسترش هستند. حتی اکثر مردم نمیدانند که با چه تعدادی از این بردها در ارتباط هستند. این بردهای میکروکنترلر ممکن است در یک هود آشپزخانه و یا سیستم روشنایی اتاق، سیستم مدیریت یک ساختمان، سیستم امنیتی، حتی خودروها و وسایل نقلیه در حال انجام درخواست‌های ما انسان‌ها باشند. بنابراین بیش از آنچه تصور کنید، بردهای میکروکنترلر در زندگی انسان‌ها اهمیت دارند.

اما این بردها انواع مختلفی دارند و هر کدام پیچیدگی خاص فنی و مهندسی خود را دارند. طی دو دهه گذشته بردهایی به اسم آردوینو باعث انقلابی در صنعت میکروکنترلرها شدند. برد آردوینو به نوعی سخت افزار آماده به کار است که برای راه اندازی آن بایستی کابل USB را متصل کرده و شروع به برنامه نویسی کنید. اما در این مسیر چالش‌هایی وجود دارد. در ادامه این پست راجع به مشکلات نرم افزاری و ارورهای تمام نشدنی آردوینو مطالبی را تبادل می‌کنیم. هدف ما ارتقا دانش کاربران فارسی زبان است. همچنین رشد اطلاعات عمومی مدیران در شرکت‌های مختلف را مد نظر داریم. بنابراین اگر این مطلب از بلاگ دانشجو کیت برای شما ارزشمند بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، آنرا با دیگران به اشتراک بگذارید تا دانش فنی مدیرها و کاربران فارسی زبان در این حوزه و IoT رشد پیدا کند.

آردوینو چیه و به چه بردهایی آردوینو گفته میشه؟

آردوینو (Arduino) یک پلتفرم متن‌باز و سخت‌افزاری برای توسعه و ساخت پروژه‌های الکترونیکی و رباتیکی است. این پلتفرم به عنوان یک میکروکنترلر (Microcontroller) قدرتمند با امکانات و ویژگی‌های مختلف برای اجرای برنامه‌های کد نویسی شده توسط کاربران عرضه می‌شود. برنامه‌نویسی آردوینو از طریق یک زبان برنامه‌نویسی ساده و محیط توسعه یکپارچه (IDE) انجام می‌شود که به کاربران کمک می‌کند برنامه‌های خود را برای کنترل و مدیریت اجزای الکترونیکی به آسانی ایجاد کنند. بردهای آردوینو متنوع هستند و به تعداد زیادی شکل و اندازه عرضه می‌شوند. برخی از مدل‌های شناخته‌شده آردوینو عبارتند از:

• آردوینو Uno: این یکی از معروف‌ترین و ابتدایی‌ترین مدل‌های آردوینو است که از میکروکنترلر ATmega328P استفاده می‌کند. دارای پورت‌های ورودی و خروجی مختلفی است که امکان اتصال سنسورها و اجزای مختلف الکترونیکی را فراهم می‌کند.
• آردوینو Mega: این مدل از میکروکنترلر ATmega2560 استفاده می‌کند و دارای بیشترین تعداد پورت‌های ورودی و خروجی و سرعت پردازش بالاتری نسبت به Uno دارد. بنابراین، مناسب برای پروژه‌هایی با اجزای بیشتر است.
• آردوینو Nano: این مدل کوچکتر است و از میکروکنترلر ATmega328P استفاده می‌کند. اندازه کوچک‌تر آن مناسب برای پروژه‌هایی است که فضای محدودی دارند.
• آردوینو Due: این مدل از میکروکنترلر ARM Cortex-M3 سری SAM3X8E استفاده می‌کند و دارای پردازش بسیار سریع‌تری نسبت به مدل‌های دیگر آردوینو است. این مدل به خصوص برای پروژه‌هایی با نیاز به پردازش داده‌های بیشتر و کاربردهایی که نیاز به کنترل بسیار دقیق دارند مناسب است.
• آردوینو Leonardo: این مدل از میکروکنترلر ATmega32u4 استفاده می‌کند و دارای ویژگی‌هایی مانند قابلیت شبیه‌سازی کیبورد و ماوس است. این امکان را می‌دهد که دستگاه‌هایی را که به کامپیوتر متصل می‌شوند، شبیه‌سازی کند.

همچنین، هنگامی که در مورد آردوینو صحبت می‌کنیم، اغلب از انواع ماژول‌ها و شیلدها (Shields) نیز استفاده می‌شود. این ماژول‌ها و شیلدها امکان افزودن قابلیت‌های خاص به بردهای آردوینو را فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، ماژول‌های Wi-Fi، بلوتوث، GPS، صفحه نمایش و بسیاری دیگر از امکانات را می‌توان با استفاده از شیلدها به برد آردوینو اضافه کرد. در کل، واژه "آردوینو" به عنوان نام پلتفرم متن‌باز و سخت‌افزاری برای توسعه و ساخت پروژه‌های الکترونیکی با میکروکنترلرهای مختلف به کار می‌رود. برای درک این مفهوم سه مورد زیر را بررسی کنید. 

• میکروکنترلرهای آردوینو: به معنی بردهایی که از میکروکنترلرهای ATmega با معماری مشابه مدل‌های معروف آردوینو استفاده می‌کنند. این مدل‌ها شامل مدل‌هایی مثل Arduino Uno، Arduino Nano و Arduino Mega می‌شوند.
• پروژه‌ها و ایده‌های آردوینو: زمانی که افراد به پروژه‌ها و ایده‌هایی اشاره می‌کنند که با استفاده از پلتفرم آردوینو توسعه یافته‌اند. برای مثال، ممکن است بگویند "یک پروژه آردوینو برای کنترل خانه هوش مصنوعی ساختم."
• اکوسیستم آردوینو: این معنی به ارتباط با تمام اجزای موجود در اکوسیستم آردوینو اشاره دارد، از جمله بردها، ماژول‌ها، شیلدها، نرم‌افزارها، و منابع آموزشی که برای توسعه پروژه‌های الکترونیکی با استفاده از آردوینو در دسترس است.

در مجموع، "آردوینو" به عنوان یک نام عام برای پروژه‌های الکترونیکی و سخت‌افزارهای مبتنی بر میکروکنترلرها با معماری مشابه به کار می‌رود، حتی اگر از مدل‌ها و بردهای خاصی از آردوینو صحبت نشود.

روش پروگرام کردن یه برد میکرو چجوریه؟

بردهای میکروکنترلر براساس نیازمندی که دارند روش‌های مختلفی برای پروگرام شدن دارند. اما به طور کلی برای یک برد میکروکنترلر مبتنی بر آردوینو بایستی مراحل استانداردی را طی کنید. در ادامه، مراحل کلی برنامه‌نویسی یک برد میکروکنترلر را توضیح می‌دهیم. طبق این مراحل، می‌توانید بردهای میکروکنترلر را پروگرم کرده و پروژه‌های الکترونیکی خود را ایجاد کنید. 

• آماده‌سازی محیط توسعه (IDE): نرم‌افزار Arduino IDE یا محیط توسعه آردوینو را بر روی کامپیوتر خود نصب کنید. در صورت استفاده از بردهای آردوینو رسمی، از پورت USB کامپیوتر به برد متصل کنید.
• انتخاب برد میکروکنترلر: اگر از بردهای آردوینو رسمی استفاده می‌کنید، باید برد میکروکنترلر مورد نظر خود را انتخاب کنید (مثلا Arduino Uno یا Arduino Nano).
• انتخاب پورت: در Arduino IDE، از قسمت "Tools" یا "ابزار"، پورت مرتبط با برد میکروکنترلر خود را انتخاب کنید.
• نوشتن کد برنامه: کد برنامه مورد نظر خود را در Arduino IDE بنویسید. این کد به زبان C/C++ نوشته می‌شود و باید دستورات مخصوص به برد میکروکنترلر مورد استفاده در آن وارد شود.
• آپلود کد به برد: با استفاده از دکمه "Upload" یا "بارگذاری" در Arduino IDE، کد نوشته شده را به برد میکروکنترلر آپلود کنید. Arduino IDE کد را به معتبرترین بایت‌ها ترجمه می‌کند و به برد ارسال می‌کند.
• بررسی خروجی و عملکرد: پس از آپلود کد به برد، می‌توانید خروجی‌های برنامه را از طریق پورت سریال مشاهده کنید. در صورت نیاز، برای رفع خطاها و بهینه‌سازی عملکرد برنامه، تغییرات لازم را اعمال کنید و دوباره آپلود کنید. 
• تست و رفع مشکلات: برنامه را در برد میکروکنترلر اجرا کنید و عملکرد آن را تست کنید. در صورت وقوع مشکلات، با استفاده از ابزارهای اشکال‌زدایی (debugging) و خروجی‌های سریال، مشکلات را تشخیص داده و رفع کنید.

چرا قبل از آپلود برنامه، ارور میگیریم؟

پیش از هرچیزی بایستی بدانیم که یک ارور چگونه رخ می‌دهد. به طور معمول ارورها قبل از آپلود برنامه به برد میکروکنترلر در مرحله کامپایل و ترجمه کد بوجود می‌آیند. این ارورها به شما اطلاع می‌دهند که در کد برنامه خطاهایی وجود دارد که باید قبل از آپلود کد به برد، رفع شوند. این اشکال‌زدایی و رفع ارورها کمک می‌کند تا کدی که به برد آپلود می‌کنید به درستی عمل کند. به عبارت دیگر کدها از قواعد اصلی خارج شده‌اند بنابراین نرم افزار این مشکل را تشخیص داده و به عنوان یک دستیار هوشمند به توسعه دهنده کد کمک می‌کند که مشکل را برطرف کند. در ادامه چند مورد از ارورهای معمول در آردوینو را بررسی می‌کنیم.

• اشتباهات نحوی (Syntax Errors): این اشتباهات از خطاهای نحوی در کد ناشی می‌شوند. به عنوان مثال، یک علامت پرانتز یا آکولاد از دست رفته، یک نقطه ویرگول یا دو نقطه ناقص و ... ممکن است باعث ایجاد این ارورها شود.
• اشتباهات نام‌گذاری (Naming Errors): این اشتباهات زمانی رخ می‌دهند که نام‌های متغیرها یا توابع به درستی تعریف نشده یا به درستی استفاده نشده باشند.
• اشتباهات نوع داده (Type Errors): این اشتباهات زمانی رخ می‌دهند که نوع داده‌هایی که به یک عملگر یا تابع پاس داده می‌شوند، با نوع داده مورد انتظار مطابقت نداشته باشند.
• اشتباهات منطقی (Logic Errors): این اشتباهات زمانی رخ می‌دهند که برنامه به درستی کامپایل شود یعنی خطایی از لحاظ سینتکس‌ها و یا اشتباه املایی در کد وجود ندارد. اما عملکرد آن مطابق با توقعات نباشد. این نوع خطاها باید با تحلیل و اشکال‌زدایی کد رفع شوند.
• پیام‌های هشدار (Warnings): این پیام‌ها اغلب نشان دهنده مواردی هستند که ممکن است به مشکلات منجر نشوند اما باید به آنها توجه داشته باشید.
•  این ارورها مستقیما مربوط به تجربه برنامه نویس است. در برنامه نویسی C مدیریت حافظه بسیار وابسته به استعداد و تجربه‌ی شخص برنامه نویس است. بنابراین ممکن است در یک برنامه هیچ ارور مشخصی وجود نداشته باشد. اما پس از چند روز کارکردن و یا چند ماه کارکردن برنامه، مشکلات ناخواسته‌ای رخ میدهد. عموما این موارد مربوط به کدنویسی و عدم رعایت موارد جزئی از جمله مدیریت حافظه هستند. این ارورها فقط با تمرین و تکرار قابل رفع هستند.

برای رفع ارورها، شما باید به دقت کد خود را بررسی کرده و هر گونه مشکل را تشخیص داده و اصلاح کنید. پس از رفع اشکالات و ارورها، می‌توانید کد را مجددا کامپایل کرده و به برد میکروکنترلر آپلود کنید. این گام‌های مرتبط با اشکال‌زدایی و رفع ارورها از مهم‌ترین قسمت‌های توسعه نرم‌افزارهای میکروکنترلری می‌باشد.

روش تشخیص ارورهای برنامه نویسی و ارورهای کتابخانه‌ای

کامپایلرهای برنامه نویسی به یک روشی ارورهای تشخیص داده شده را به اطلاع کاربر می‌رسانند. در کامپایلر Arduino IDE ارورها به صورت کامل و یک فایل متنی در انتهای نرم افزار نمایش داده می‌شوند. قدم اصلی در تشخیص این ارورها مطالعه کامل آن‌ها و یافتن سرنخ‌هاست. به طور کلی تشخیص ارورهای برنامه‌نویسی و ارورهای کتابخانه‌ای از یکی از مهمترین مراحل در فرآیند توسعه نرم‌افزار برای بردهای میکروکنترلری است. در ادامه، توضیحاتی عمومی در مورد روش‌های تشخیص ارورهای آردوینو را بررسی می‌کنیم. البته تنها راه تشخیص مطالعه کامل متن خطای آردوینو است. 

• مشاهده پیام‌های خطا (Error Messages): قرار شد که متن خطای دریافتی در آردوینو را کامل بخوانید. اگر در متن ارور به فایل‌های library که با فرمت .h خاتمه می‌یابند اشاره شده بود. بایستی خط را کامل بخوانید تا بفهمید که مشکل بابت عدم نصب کتابخانه است؟ یا بابت عدم سازگاری نسخه کتابخانه است. سپس اقدام به رفع کنید. در ادامه این مورد را بیشتر بررسی میکنیم.
• تحلیل کد به صورت دقیق: اگر مشکل از کدها باشد. خط مربوطه در کامپایلر آردوینو رنگی خواهد شد. سپس بایستی متن ارور را کامل بخوانید تا متوجه شوید که به چه پارامتری در خط مربوطه ایراد گرفته شده است. از قابلیت‌های ویرایشگرهای کد (مانند syntax highlighting) استفاده کنید. نحوه استفاده از متغیرها، توابع، و عملگرها را دقیقا بررسی کنید تا از تضادهای نوع داده و نام‌گذاری جلوگیری کنید.
• جستجوی ارورها آنلاین: گاهی اوقات، ارورهای خاصی که با آنها مواجه می‌شوید، قبلا توسط دیگران تجربه شده‌اند. به این منظور، از موتورهای جستجوی اینترنتی و منابعی مثل Stack Overflow و انجمن‌های توسعه‌دهندگان برای یافتن راه‌حل‌های مشابه به مشکلات خود استفاده کنید. در ایران میتوانید از انجمن برق و الکترونیک ECA استفاده کنید.
• تجزیه و تحلیل اجزای کتابخانه‌ها: در برخی مواقع فایل اصلی کتابخانه از مشکلات نیست. بلکه دستوراتی که برای آن کتابخانه نوشته شده است، صحیح نیستند. بایستی فایل کتابخانه را بررسی کنید تا متوجه شوید که سینتکس‌های آن کتابخانه از چه استانداردی استفاده می‌کنند و فانکشن‌های نوشته شده را طبق آن اصلاح کنید. این مورد معمولا در اثر کپی کردن کدهای بی ارزش از سطح وب بسیار اتفاق می‌افتد. ممکن است یک کد توسط توسعه دهنده‌ای چند سال پیش توسعه داده شده باشد. حال فایل کتابخانه مربوطه آپدیت شده و فانکشن‌های کتابخانه هم تغییراتی داشته‌اند. بنابراین صرفا با کپی کردن آن کد چنین ارورهایی را مشاهده خواهید کرد. کتابخانه را به دقت مرور کرده و مستندات آن را مطالعه کنید. بسیاری از کتابخانه‌ها دارای مستندات جامعی هستند که راه‌حل‌های احتمالی برای مشکلات را فراهم می‌کنند.
• آزمون و خطا (Trial and Error): این روش هم قابل استفاده است ولی شاید خیلی مهندسی و دقیق نباشد. اما در بعضی مواقع، باید با تغییر کدها و تجربه مختلف راه‌حل‌ها تست شوند تا به راه‌حل نهایی برسید. این مرحله زمان‌بر ترین روش است و باید با دقت انجام شود.

هنگامی که با ارورها و مشکلات در کد برخورد می‌کنید، حوصله و دقت لازم را داشته باشید. تشخیص و رفع ارورها بخش مهمی از فرآیند توسعه نرم‌افزار است و تجربه و تمرین باعث بهبود مهارت‌های شما خواهد شد.

ارورهای سخت افزاری آردوینو را چطوری رفع کنیم؟

همانطور که پیشتر اشاره کردیم، ارورهای آردوینو چند مدل مختلف دارند. یکی از ارورهای مهم سخت افزاری است. ارورهای سخت افزاری نوع دیگری از مشکلاتی هستند که گریبان گیر کاربران هستند. بایستی این ارورهای آردوینو را هم به صورت کامل بشناسید تا موقع بروز مشکل بتوانید قدم به قدم آنرا بررسی و حل کنید. ارورهای مرتبط با سخت‌افزار در آردوینو معمولا به مشکلاتی اشاره می‌کنند که در ارتباط با بردها، قطعات الکترونیکی و اتصالات سخت‌افزاری رخ می‌دهند. در ادامه، برخی از انواع ارورهای مرتبط با سخت‌افزار در آردوینو و راهکارهای رفع آنها توضیح می‌دهیم.

• مشکل ارتباط با پورت COM: ارورهای مرتبط با پورت COM معمولا هنگام اتصال برد آردوینو به کامپیوتر و انتخاب پورت مربوطه در Arduino IDE رخ می‌دهند. برای رفع این مشکل، از اتصال سیم USB بین کامپیوتر و برد آردوینو اطمینان حاصل کنید. در Arduino IDE، پورت COM صحیح را انتخاب کنید.
• مشکلات اتصال سیم‌ها و اتصالات: اگر ارورهایی مرتبط با اتصالات سیم‌ها، مثلا خطای اتصال به پین‌ها (pinout) یا خطای اتصال به ماژول‌های جانبی رخ دهد. اتصالات سخت‌افزاری را بررسی کنید و از درستی و مطابقت با دستورات کد خود اطمینان حاصل کنید. مطمئن شوید که برد آردوینو و ماژول‌های جانبی به درستی تغذیه شده و به هم وصل شده‌اند.
• پایداری برنامه و برد: اگر برنامه به طور مداوم متوقف شده یا از دسترس خارج می‌شود، ممکن است مشکلات سخت‌افزاری باشند. اطمینان حاصل کنید که تغذیه برد آردوینو مناسب باشد و به موقعیت مناسب وصل شده باشد. از میزان مصرف جریان توسط بردهای ماژول‌های جانبی خود در جریان اجرای برنامه آگاه باشید.
• مشکلات فیزیکی: ارورهای مرتبط با سخت‌افزار ممکن است ناشی از مشکلات فیزیکی در برد آردوینو، ماژول‌ها یا قطعات جانبی باشند. برای رفع این مشکلات، بررسی دقیقی از برد و قطعات جانبی انجام دهید تا مشکلات فیزیکی مشخص شوند، مانند تراشه‌ها، اتصالات، و قطعات انتقالی. 
• مشکلات دما و محیطی: در برخی مواقع، عملکرد سخت‌افزار ممکن است تحت تأثیر دما و شرایط محیطی باشد. در این صورت، اطمینان حاصل کنید که سخت‌افزار در شرایط دمایی و محیطی مناسب است.

در کل، برای تشخیص و رفع ارورهای مرتبط با سخت‌افزار در آردوینو، نیاز به بررسی دقیق اتصالات، تغذیه، دستورات کد و شرایط محیطی دارید. با دقت به این جزئیات و استفاده از ابزارهای اشکال‌زدایی، مشکلات سخت‌افزاری را می‌توانید تشخیص داده و رفع کنید.

ارورهای کتابخانه ای را چطور رفع کنیم؟

روش‌های مختلفی برای رفع هر مدل ارور در آردوینو وجود دارد. اما الگوی زیر میتواند برای رفع مشکلات مربوط به کتابخانه کمک کند. رفع ارورهای کتابخانه‌ای در آردوینو نیازمند چند مرحله و رویکرد معین است. در ادامه راهکارهایی برای رفع این نوع ارورها را توضیح می‌دهیم. از این موارد به عنوان نقشه راه برای رفع ارورهای کتابخانه در آردوینو کمک بگیرید.

• مستندات کتابخانه: ابتدا مستندات کتابخانه مورد استفاده را بررسی کنید. در این مستندات توضیحاتی در مورد نحوه استفاده از کتابخانه و توابع آن ارائه می‌شود. ممکن است راه‌حل مورد نیاز شما در مستندات آمده باشد.
• نسخه کتابخانه: اطمینان حاصل کنید که نسخه کتابخانه مورد استفاده با نسخه آردوینو و دیگر کتابخانه‌ها سازگاری دارد. در برخی موارد، ممکن است نسخه‌های جدید کتابخانه‌ها با نسخه‌های قدیمی تر آردوینو سازگار نباشند.
• به‌روزرسانی کتابخانه: اگر نسخه کتابخانه خود را قبلاً نصب کرده‌اید، ممکن است به‌روزرسانی آن به نسخه جدید مشکل‌های شما را حل کند. از مدیریت کتابخانه‌های آردوینو در Arduino IDE استفاده کنید تا کتابخانه‌ها را به‌روز کنید.
• بررسی تنظیمات: گاهی اوقات تنظیمات و پیکربندی‌های کتابخانه‌ها نیاز به تنظیم دقیق دارند. ممکن است بخواهید تنظیمات مرتبط با کتابخانه را بررسی و اصلاح کنید.
• تست مثال‌ها: کتابخانه‌ها معمولاً مثال‌هایی دارند که نحوه استفاده از آنها را نمایش می‌دهند. از این مثال‌ها برای تست کتابخانه و اطمینان از صحت عملکرد آن استفاده کنید.
• پروژه‌ای با کد مرتبط با کتابخانه: اگر ارور مشخصی دارید، به کد مربوط به کتابخانه بروید و مرتبه آن را مورد بررسی قرار دهید. این کد ممکن است با استفاده از کتابخانه‌های دیگر ناسازگاری داشته باشد و نیاز به تغییرات داشته باشد.
• جستجو در جوامع آردوینو: در صورتی که مشکلی ندارید، به جوامع آردوینو و انجمن‌های برنامه‌نویسی مراجعه کنید. اغلب افراد با مشکلات مشابهی روبرو شده‌اند و راه‌حل‌های مفیدی در اینجا قرار می‌گیرد.
• شروع از ابتدا: در برخی موارد، اگر ارورها به علت تداخل‌های پیچیده بین کتابخانه‌ها و کد‌ها بوده و رفع آنها دشوار است، ممکن است لازم باشد کد خود را از ابتدا با کتابخانه‌های جدید نوشته و تست کنید.

رفع ارورهای کتابخانه‌ای اغلب نیازمند تجربه و تست‌های مکرر است. باید با دقت پیگیری کنید و اگر نیاز به راهنمایی دارید، به جوامع و انجمن‌های برنامه‌نویسی مراجعه کنید تا از تجربه دیگران نیز بهره‌برید.

جمع بندی

در این متن سعی کردیم که ارورهای تمام نشدنی آردوینو را بررسی کنیم. البته نه اینکه دقیقا هر ارور را بررسی کنیم. طبیعتا چنین امکانی هرگز وجود ندارد، چراکه ارورها بینهایت هستند. اما نقشه‌ی راهی برای رفع پیام‌های خطا و ارورهای آردوینو ارایه دادیم. کافیست این متن را دقیق و قدم به قدم بخوانید، سپس نکته‌هایی که برایتان اهمیت دارد را به صورت مجزا یادداشت کنید. تا در هنگام دریافت خطا در برنامه نویسی آردوینو، بدانید به چه صورت بایستی آنرا رفع کنید. این توضیحات صرفا بابت آگاهی رساندن به مخاطب‌ها و کاربران فارسی زبان جمع آوری شدند. بنابراین اگر این پست برای شما مفید بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، حتما لینک آموزش را با دیگران به اشتراک بگذارید.