إذا كنت تمتلك Raspberry Pi أو كمبيوتر هاوٍ آخر مشابه ، فربما تكون قد لاحظت أنه يحتوي على ميزة GPIO (إدخال-إخراج للأغراض العامة). لن يستخدم معظم المستخدمين GPIO مطلقًا ، ولكن إذا كنت ترغب في إنشاء أشياء ، فإن GPIO ضروري.

GPIO عبارة عن مجموعة من الدبابيس

في المستوى الأساسي ، يشير GPIO إلى مجموعة من المسامير على اللوحة الرئيسية للكمبيوتر أو البطاقة الإضافية. يمكن لهذه المسامير إرسال أو استقبال إشارات كهربائية ، لكنها ليست مصممة لأي غرض محدد. هذا هو سبب تسميتها “للأغراض العامة” IO.

هذا على عكس معايير المنافذ الشائعة مثل USB أو DVI . باستخدام هذه الكابلات ، يكون لكل دبوس سلكي داخل الوصلة غرض محدد ، والذي تحدده الهيئة الحاكمة التي أنشأت المعيار.

يجعلك GPIO مسؤولاً عما يفعله كل دبوس بالفعل. على الرغم من وجود أنواع مختلفة من المسامير في مجموعة GPIO.

باستخدام Raspberry Pi كمثال مرة أخرى ، ستجد بعض أنواع الدبوس:

• الدبابيس التي توفر الطاقة بجهد نموذجي مثل 3.3 فولت أو 5 فولت. هذا لتزويد الأجهزة المتصلة بالطاقة التي ليس لها مصدر طاقة خاص بها ، مثل مصباح LED بسيط .

• المسامير الأرضية التي لا تنتج الطاقة ، ولكنها ضرورية لإكمال بعض الدوائر.

• دبابيس GPIO ، والتي يمكن تهيئتها لإرسال أو استقبال الإشارات الكهربائية.

• دبابيس الأغراض الخاصة ، والتي تختلف بناءً على GPIO المحدد المعني.

يمكن أن تختلف تطبيقات GPIO في التفاصيل الدقيقة على أساس كل جهاز ، ولكن الفكرة دائمًا هي السماح للمستخدمين باستقبال أو إرسال إشارة كهربائية إلى أي شيء تقريبًا.

ما هو استخدام GPIO؟

الاستخدام الأكثر شيوعًا لـ GPIO هو تشغيل الإلكترونيات المخصصة. سواء كنت تقوم ببناء ذراع الروبوت الخاص بك أو محطة طقس DIY ، تتيح لك واجهة GPIO تخصيص الإشارات بحيث تعمل على جهازك بشكل صحيح.

مشروع Raspberry Pi يتميز بلوح التجارب. goodcat / Shutterstock.com

تُستخدم واجهات GPIO عادةً جنبًا إلى جنب مع “لوحة التجارب”. تعد ألواح التوصيل نوعًا من لوحات الدوائر المؤقتة. يمكنك عمل نموذج أولي للدوائر عن طريق إضافة أو إزالة أو نقل المكونات الإلكترونية. العديد من المشاريع التي تتضمن أجهزة مثل Raspberry Pi تجعلك تقوم بتجميع جهازك على لوحة توصيل ثم توصيله بدبابيس GPIO باستخدام الأسلاك.

تأتي بعض مجموعات Raspberry Pi المتقدمة مع لوحة توصيل متكاملة ، مثل الكمبيوتر المحمول CrowPi 2 ، والذي يتضمن كلاً من Raspberry Pi ومستشعرات أكثر مما يمكنك هز العصا بها.

أحد أبسط مشاريع GPIO لأجهزة كمبيوتر Raspberry Pi هو إضافة زر طاقة بسيط تفتقر إليه اللوحة القياسية.

جهاز شائع آخر يتميز بـ GPIO هو متحكم Arduino . هذا ليس كمبيوترًا كاملاً مثل Raspberry Pi ، ولكنه جهاز مصمم ليكون قابلاً للبرمجة خصيصًا للتحكم في المعدات الأخرى. على سبيل المثال ، يمكنك توصيل مستشعر الضوء بـ Arduino ثم برمجته لتشغيل أضواء حديقتك عندما تغرب الشمس. لقد لعبت Arduinos دورًا محوريًا في فتح عالم الروبوتات والاختراع للأشخاص الذين قد لا تكون لديهم الوسائل اللازمة للانخراط في الهندسة والبرمجة.

تمتلك مؤسسة Raspberry Pi منافسها الخاص من Arduino ، على شكل 4 دولارات Pico . يتميز Pico بـ 30 دبوسًا GPIO ، يمكن لبعضها التعامل مع الإشارات التناظرية ، بدلاً من النبضات الرقمية الأكثر شيوعًا.

كيفية استخدام GPIO

بصرف النظر عن توصيل دبابيس GPIO بالتوصيلات الصحيحة على لوحة أو أجهزتك الخارجية ، يحتاج الكمبيوتر أو المتحكم الدقيق الخاص بك إلى معرفة ما يجب إرساله عبر تلك الأسلاك أو كيفية فهم الإشارات التي تأتي إلى واجهة GPIO.

هذا يعني أنك بحاجة إلى برنامج ، وفي كثير من الأحيان يتعين عليك كتابته! في أنظمة Raspberry Pi ، من الشائع كتابة برنامج بلغة Python يمكنه إخبار وحدة تحكم GPIO بما يجب إرساله أو الاستماع إليه على الإشارات الواردة. بعد كل شيء ، يشير “باي” إلى بايثون !

تحتوي لغة Python على وجه الخصوص على وحدتين تعرفان باسم Rpi.GPIO و Gpiozero . من خلال استدعاء هذه الوحدات ، يمكنك التحكم في نظام GPIO وجعله يقوم بالمزايدة الخاصة بك.

المتحكمات الدقيقة Arduino لها لغة البرمجة الخاصة بها ، مما يجعل من السهل بشكل خاص تجميع المشاريع. ومع ذلك ، يمكنك استخدام إصدار خاص من Python يُعرف أيضًا باسم MicroPython  .

مخاطر GPIO

عندما تقوم بتوصيل جهاز USB بمنفذ USB ، باستخدام كبل USB معتمد ، فليس هناك أي فرصة تقريبًا لحدوث أي خطأ كارثي. هذا لأن معايير IO هذه قد تم تصميمها واختبارها بعناية ، ثم اختبار بعضها للتأكد من أنها آمنة.

عندما يتعلق الأمر بـ GPIO ، فإن المسؤولية تتوقف معك. أنت من يصمم واجهتك ودوائرك. إذا قمت بتوصيل دبابيس قصيرة أو توصيل الطاقة بأشياء لا يجب أن تحصل على طاقة ، أو إذا كنت تعمل بسرعة وفقدان مع داراتك ووصلاتك ، فقد يكون لديك كومة من المكونات الميتة (ولوحات GPIO) على يديك. هذا هو السبب في أنك قد ترغب في الاستثمار في مجموعة Raspberry Pi Kit جيدة ، لأنها غالبًا ما تأتي مع كل من الأجهزة التي تحتاجها وممارسة المشاريع  حتى تتمكن من تعلم الحبال بأمان.