Working with PyFirmata - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 التعامل مع PyFirmata

المفاهيم الأساسية

تضمين عرض النبضة (Pulse Width Modulation - PWM): عملية تعديل تستخدم لإخراج إشارة رقمي لإصدار إشارة تناظرية بقوة متغيرة.

خريطة المفاهيم

```markmap

تطبيقات على المتحكمات الدقيقة

إنشاء تطبيق سحابي لإنترنت الأشياء

أهداف التعلم

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

برمجة الأردوينو بالبايثون (pyfirmata)

الخطوات البرمجية الأساسية

#### 1. تثبيت حزمة pyfirmata

##### • الأمر في Terminal: pip install pyfirmata

#### 2. استدعاء المكتبة في الكود

##### • import pyfirmata

#### 3. تحديد منفذ الاتصال

##### • communication_port = "COM4" (يختلف حسب الجهاز)

#### 4. إجراء الاتصال والوصول للأطراف

##### • board = pyfirmata.Arduino(communication_port)

##### • it = pyfirmata.util.Iterator(board)

##### • it.start()

#### 5. استخدام حلقة لا نهائية

##### • while True:

##### • # كتابة الأوامر هنا

ملاحظة تقنية

#### • يشغل البرنامج على الحاسوب، وليس على الأردوينو، مما يتيح الوصول إلى وظائف قد لا تتوفر في جهاز التحكم الدقيق.

الوظيفة الأساسية: board.get_pin()

#### • وظيفتها: قراءة وكتابة القيم للأطراف التناظرية والرقمية.

#### • معاملاتها: ثلاثة أحرف تفصل بينها نقطتان رأسيتان (a:d:5)

##### • المعامل الأول: نوع الطرف

###### • 'a': طرف تناظري (analog)

###### • 'd': طرف رقمي (digital)

##### • المعامل الثاني: رقم الطرف

###### • الأطراف الرقمية: من 0 إلى 12

###### • الأطراف التناظرية: من A0 إلى A5

##### • المعامل الثالث: طريقة التعامل

###### • للأطراف الرقمية:

####### • 'i': input (مدخلات)

####### • 'o': output (مخرجات)

###### • للأطراف التناظرية:

####### • 'i': input (مدخلات)

####### • 'p': Pulse Width Modulation (تضمين عرض النبضة)

تضمين عرض النبضة (PWM)

#### • تعريف: تعديل إشارة رقمية لمحاكاة إشارة تناظرية متغيرة القوة.

#### • دورة العمل (Duty Cycle): النسبة المئوية للزمن الذي تكون فيه الإشارة عالية (5v) خلال فترة زمنية واحدة.

##### • analogWrite(0): 0% دورة عمل (إشارة منخفضة دائمًا)

##### • analogWrite(64): 25% دورة عمل

##### • analogWrite(127): 50% دورة عمل

##### • analogWrite(191): 75% دورة عمل

##### • analogWrite(255): 100% دورة عمل (إشارة عالية دائمًا)

```

نقاط مهمة

• الوظيفة الرئيسية للتعامل مع أطراف الأردوينو في `PyFirmata` هي `board.get_pin()`.
• معاملات الدالة `get_pin()` تحدد نوع الطرف ورقمه ووظيفته (إدخال/إخراج/PWM).
• تضمين عرض النبضة (PWM) هو تقنية لتحويل الإشارة الرقمية إلى إشارة تناظرية ظاهرية عن طريق تغيير نسبة الوقت الذي تكون فيه الإشارة عالية (دورة العمل).

الوظائف الرئيسة التي تحتاج إلى تنفيذها في البايثون بواسطة PyFirmata هي قراءة القيم وكتابتها لكافة الأطراف التناظرية والرقمية لجهاز تحكم الأردوينو الدقيق. ينفذ الإجراء أعلاه في pyfirmata بواسطة الدالة ( board.get_pin( ) ) ، والتي تستقبل معاملات (Parameters) مكونة من ثلاثة أحرف تفصل بين كل منهما نقطتان رأسيتان.

المعامل الأول هو "a" أو "d" ويعني طرف تناظري (analog) أو رقمي (digital).

المعامل الثاني هو رقم الطرف الذي تريده. • ترقم الأطراف الرقمية من 12-0. • وترقم الأطراف التناظرية من A5-A0.

المعامل الثالث هو طريقة التعامل مع جهاز تحكم الأردوينو الدقيق. • بالنسبة للأطراف الرقمية، يشير الحرف "i" إلى input (مدخلات)، والحرف "o" إلى output (مخرجات). • بالنسبة للأطراف التناظرية، يشير الحرف "i" إلى input (مدخلات) والحرف "p" إلى Pulse Width Modulation (تضمين عرض النبضة).

هو عملية تعديل تستخدم لإخراج إشارة رقمي لإصدار إشارة تناظرية بقوة متغيرة.

(Pulse Width Modulation-PWM)

Ministry of Education 2025 - 1447

--- SECTION: Working with PyFirmata --- الوظائف الرئيسة التي تحتاج إلى تنفيذها في البايثون بواسطة PyFirmata هي قراءة القيم وكتابتها لكافة الأطراف التناظرية والرقمية لجهاز تحكم الأردوينو الدقيق. ينفذ الإجراء أعلاه في pyfirmata بواسطة الدالة ( board.get_pin( ) ) ، والتي تستقبل معاملات (Parameters) مكونة من ثلاثة أحرف تفصل بين كل منهما نقطتان رأسيتان. المعامل الأول هو "a" أو "d" ويعني طرف تناظري (analog) أو رقمي (digital). المعامل الثاني هو رقم الطرف الذي تريده. • ترقم الأطراف الرقمية من 12-0. • وترقم الأطراف التناظرية من A5-A0. المعامل الثالث هو طريقة التعامل مع جهاز تحكم الأردوينو الدقيق. • بالنسبة للأطراف الرقمية، يشير الحرف "i" إلى input (مدخلات)، والحرف "o" إلى output (مخرجات). • بالنسبة للأطراف التناظرية، يشير الحرف "i" إلى input (مدخلات) والحرف "p" إلى Pulse Width Modulation (تضمين عرض النبضة). --- SECTION: تضمين عرض النبضة --- هو عملية تعديل تستخدم لإخراج إشارة رقمي لإصدار إشارة تناظرية بقوة متغيرة. --- SECTION: تضمين عرض النبضة --- (Pulse Width Modulation-PWM) --- SECTION: وزارة التعليم --- Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **GRAPH**: تضمين عرض النبضة Description: A series of five pulse width modulation (PWM) signals are displayed, each representing a different duty cycle. The y-axis represents voltage, with 0v as the low state and 5v as the high state. The x-axis represents time, divided into segments labeled 'فترة واحدة' (one period). Each pulse shows the percentage of time the signal is high. X-axis: Time (divided into 'فترة واحدة') Y-axis: Voltage (0v to 5v) Data: The graphs illustrate how the 'analogWrite' function in Arduino controls the duty cycle of a PWM signal. A duty cycle of 0% means the signal is always low (0v), 100% means it's always high (5v), and intermediate values like 25%, 50%, and 75% represent the proportion of time the signal is high within a single period. Key Values: 0% duty cycle, 25% duty cycle, 50% duty cycle, 75% duty cycle, 100% duty cycle Context: Illustrates the concept of Pulse Width Modulation (PWM) and how it's used to simulate analog output from digital pins on microcontrollers like Arduino. **GRAPH**: تضمين عرض النبضة Description: This graph visually represents the same PWM signals as the previous one, but with a different labeling scheme and emphasis on the time segments. The y-axis shows voltage levels (0v and 5v), and the x-axis represents time, segmented into 'فترة واحدة' (one period). The duty cycle for each signal is indicated by percentages. X-axis: Time (divided into 'فترة واحدة') Y-axis: Voltage (0v to 5v) Data: This visualization breaks down each PWM signal into its constituent high and low periods, explicitly stating the percentage of time the signal is high (duty cycle). For example, the 25% duty cycle signal is high for one quarter of the period and low for three quarters. The 50% duty cycle signal is evenly split between high and low. Key Values: 0% (0v), 25% (5v for 1/4 period), 50% (5v for 1/2 period), 75% (5v for 3/4 period), 100% (5v) Context: Reinforces the understanding of PWM duty cycles by explicitly showing the duration of high and low states for each signal, correlating them to the analogWrite values. **GRAPH**: تضمين عرض النبضة Description: This graph displays the PWM signals with a focus on the percentage values within each period. The y-axis shows voltage (0v and 5v). The x-axis represents time, divided into periods. Each pulse clearly indicates the percentage of time the signal is high. X-axis: Time (divided into 'فترة واحدة') Y-axis: Voltage (0v to 5v) Data: This visualization emphasizes the percentage representation of the duty cycle for each PWM signal. For instance, the 25% duty cycle signal has a high phase that lasts for 25% of the total period. The 50% duty cycle signal is high for half the period and low for the other half. Key Values: 0%, 25%, 50%, 75%, 100% Context: This graph serves as a visual aid to understand the percentage-based representation of duty cycles in PWM signals, correlating the percentage to the time the signal remains high. **GRAPH**: تضمين عرض النبضة Description: This graph illustrates the PWM signals, emphasizing the duty cycle percentages. The y-axis represents voltage (0v and 5v), and the x-axis represents time, divided into periods. Each pulse clearly shows the percentage of time the signal is high. X-axis: Time (divided into 'فترة واحدة') Y-axis: Voltage (0v to 5v) Data: This visualization focuses on the percentage representation of the duty cycle for each PWM signal. For example, the 25% duty cycle signal is high for 25% of the period and low for 75%. The 50% duty cycle signal is split equally between high and low states. Key Values: 0%, 25%, 50%, 75%, 100% Context: This graph visually represents the duty cycle percentages for PWM signals, showing how the proportion of time the signal is high affects its effective output. **GRAPH**: تضمين عرض النبضة Description: This graph illustrates the PWM signals, with each pulse clearly indicating the percentage of time the signal is high. The y-axis shows voltage (0v and 5v), and the x-axis represents time, divided into periods. X-axis: Time (divided into 'فترة واحدة') Y-axis: Voltage (0v to 5v) Data: This visualization emphasizes the percentage representation of the duty cycle for each PWM signal. For example, the 25% duty cycle signal is high for 25% of the period and low for 75%. The 50% duty cycle signal is split equally between high and low states. Key Values: 0%, 25%, 50%, 75%, 100% Context: This graph visually represents the duty cycle percentages for PWM signals, showing how the proportion of time the signal is high affects its effective output. **GRAPH**: تضمين عرض النبضة Description: This graph illustrates the PWM signals, with each pulse clearly indicating the percentage of time the signal is high. The y-axis shows voltage (0v and 5v), and the x-axis represents time, divided into periods. X-axis: Time (divided into 'فترة واحدة') Y-axis: Voltage (0v to 5v) Data: This visualization emphasizes the percentage representation of the duty cycle for each PWM signal. For example, the 25% duty cycle signal is high for 25% of the period and low for 75%. The 50% duty cycle signal is split equally between high and low states. Key Values: 0%, 25%, 50%, 75%, 100% Context: This graph visually represents the duty cycle percentages for PWM signals, showing how the proportion of time the signal is high affects its effective output.