الدرس الأول - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 إعداد بيئة تطوير الأردوينو

المفاهيم الأساسية

بروتوكول Firmata: بروتوكول يوفر الاتصال بين جهاز التحكم الدقيق (الأردوينو) وبين الأوامر التي تزودها لغة البرمجة (مثل بايثون)، مشكلاً واجهة للتواصل.

خريطة المفاهيم

```markmap

تطبيقات على المتحكمات الدقيقة

إنشاء نظام إنذار تسرب الغاز

تمارين تطبيقية

#### تمرين 1: بحث عن مخاطر الغاز

##### • البحث في الإنترنت عن أنواع مختلفة لمخاطر الغاز التي يمكن لمستشعر الغاز اكتشافها وتحليلها.

##### • عرض نتائج البحث.

#### تمرين 2: برمجة نغمات الإنذار

##### • تحليل كيفية إصدار الطنان الكهربائي لنغمات مختلفة كإنذارات للأنواع المختلفة من المخاطر.

##### • عرض الأفكار.

#### تمرين 3: استخدامات أخرى للطنان الكهربائي

##### • وصف الاستخدامات الممكنة للطنان الكهربائي بخلاف نظام الإنذار.

#### تمرين 4: مستشعر الغاز

##### • مراجعة المعلومات والإشارات التي يصدرها مستشعر الغاز.

##### • تعليل سبب زيادة عدد أطراف توصيله مقارنة بالمستشعرات الأخرى.

#### تمرين 5: تعديل نمط وميض LED

##### • تغيير نمط وميض الدايودات المشعة للضوء.

##### • تشغيل وإيقاف الدايود المشع للضوء الأخضر فقط ثلاث مرات ولمدة ثانية واحدة كل مرة.

#### تمرين 6: تعديل نمط صفير الطنان

##### • تغيير نمط صفير الطنان الكهربائي.

##### • إصدار صفير بتردد 220 هرتز لمدة 700 مللي ثانية.

#### تمرين 7: توسيع دائرة التحذير

##### • توسيع الدائرة لتحذير إضافي.

##### • إصدار الطنان تحذيراً إضافياً عند زيادة قيمة الغاز عن 100.

محاكاة وحدة مراقبة محمية زراعية

تنفيذ الدائرة في Tinkercad

#### • استخدام جهاز تحكم الأردوينو الدقيق.

#### • استخدام الدايودات المشعة للضوء (LED).

#### • استخدام المستشعرات.

وظيفة النظام

#### • مراقبة التغيرات البيئية:

##### - الحركة.

##### - درجة الحرارة.

##### - رطوبة التربة.

##### - وجود الدخان.

#### • إشعار المستخدم بالتغيرات.

متطلبات المشروع

#### 1. استخدام ألوان مختلفة للدايودات المشعة للضوء (LED) لكل مستشعر لتمييز نوع التغير.

#### 2. توسيع التصميم لإصدار رسائل في وحدة التحكم عند استيفاء الشروط (مثل: !Fire Hazard عند اكتشاف دخان).

إنشاء تطبيق سحابي لإنترنت الأشياء

الهدف

#### • مراقبة البيئة وجمع البيانات في الزمن الفعلي وإرسالها إلى منصة سحابية.

الأدوات المطلوبة

#### • بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو (Arduino IDE)

#### • أداة جيت برينز بايتشارم (JetBrains PyCharm)

#### • منصة الحوسبة السحابية Binary IoT Cloud

أهداف التعلم

#### • استخدام البايثون وبروتوكول PyFirmata لبرمجة الأردوينو.

#### • تصميم دائرة لتطبيق إنترنت الأشياء باستخدام الأردوينو.

#### • مراقبة البيئة وجمع بيانات المستشعر في الزمن الفعلي.

#### • استخدام خدمة الويب لإرسال البيانات إلى منصة سحابية.

#### • مراقبة بيئة بعيدة عبر المنصة السحابية.

#### • توظيف بيانات المستشعر والبيانات السحابية لاتخاذ القرارات.

#### • التعرف على توسيع نطاق تطبيقات إنترنت الأشياء لحلول معقدة.

إعداد بيئة تطوير الأردوينو

استخدام بايثون في برمجة الأردوينو

#### • لغة C++ هي اللغة الرسمية لبرمجة الأردوينو.

#### • يمكن استخدام لغة بايثون عبر بروتوكول Firmata.

#### • بايثون لغة عالية المستوى وقوية بسبب مكتباتها الكثيرة.

#### • دور Firmata: توفير الاتصال بين الأردوينو وأوامر لغة البرمجة.

الخطوة العملية الأولى

#### • توصيل لوحة الأردوينو بمنفذ USB في الحاسب.

ماذا تعلمت

التعرف على مكونات جهاز التحكم الدقيق وبرمجته

قياس البيانات من مستشعرات الإدخال المختلفة

فهم كيفية عمل بيانات المستشعرات والخوارزميات معاً في البرمجة

استخدام استجابات التشغيل والاستجابات الآلية

تصميم دوائر إنترنت الأشياء باستخدام جهاز التحكم الدقيق في Tinkercad

برمجة جهاز الأردوينو باستخدام لغة لبنات التعليمات البرمجية في Tinkercad

المصطلحات الرئيسية

Gas Sensor / مستشعر الغاز

Soil Moisture Sensor / مستشعر رطوبة التربة

Pulse-Width Modulation / تضمين عرض النبضة

Temperature Sensor / مستشعر الحرارة

```

نقاط مهمة

• اللغة الرسمية لبرمجة الأردوينو هي C++، لكن يمكن استخدام بايثون عبر بروتوكول Firmata.
• قوة لغة بايثون تكمن في المكتبات الكثيرة التي تدعم أغراضاً مختلفة.
• الخطوة الأولى العملية لإعداد البيئة هي توصيل لوحة الأردوينو بمنفذ USB في الحاسب.

الدرس الأول

إعداد بيئة تطوير الأردوينو

استخدام لغة البايثون في برمجة لوحة الأردوينو تعد لغة C++ بمثابة لغة البرمجة الرسمية لجهاز تحكم الأردوينو الدقيق، ولكن يمكن استخدام لغة أخرى مثل البايثون لبرمجته وذلك من خلال بروتوكول Firmata. تُعد البايثون لغة برمجة عالية المستوى، وتكمن قوتها في العدد الكبير من المكتبات التي يمكن استخدامها لكي تدعم هذه اللغة لأغراض المختلفة والمتعددة، ويقوم بروتوكول Firmata بتوفير الاتصال بين جهاز التحكم الدقيق وبين الأوامر التي تزوده بها لغة البرمجة، والتي تشكل واجهة بروتوكول Firmata.

قم بتوصيل جهاز تحكم الأردوينو بمنفذ USB في جهازك.

رابط الدرس الرقمي www.ien.edu.sa

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

شكل 4.1: توصيل لوحة الأردوينو بمنفذ USB للحاسب المحمول

--- SECTION: الدرس الأول --- الدرس الأول --- SECTION: إعداد بيئة تطوير الأردوينو --- إعداد بيئة تطوير الأردوينو استخدام لغة البايثون في برمجة لوحة الأردوينو تعد لغة C++ بمثابة لغة البرمجة الرسمية لجهاز تحكم الأردوينو الدقيق، ولكن يمكن استخدام لغة أخرى مثل البايثون لبرمجته وذلك من خلال بروتوكول Firmata. تُعد البايثون لغة برمجة عالية المستوى، وتكمن قوتها في العدد الكبير من المكتبات التي يمكن استخدامها لكي تدعم هذه اللغة لأغراض المختلفة والمتعددة، ويقوم بروتوكول Firmata بتوفير الاتصال بين جهاز التحكم الدقيق وبين الأوامر التي تزوده بها لغة البرمجة، والتي تشكل واجهة بروتوكول Firmata. قم بتوصيل جهاز تحكم الأردوينو بمنفذ USB في جهازك. --- SECTION: رابط الدرس الرقمي --- رابط الدرس الرقمي www.ien.edu.sa وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 شكل 4.1: توصيل لوحة الأردوينو بمنفذ USB للحاسب المحمول --- VISUAL CONTEXT --- **IMAGE**: Untitled Description: An image showing a laptop's USB port connected via a blue USB cable to an Arduino Uno board. The Arduino board is placed on a surface, and the cable is routed towards it. The laptop screen is partially visible in the background. Context: Illustrates the physical connection required to program an Arduino board using a laptop via USB.