ما هي مكونات الراسبري باي الأساسية؟

 يتكون الراسبري باي من مجموعة مكونات إلكترونية شأنه شأن الأنظمة الرقمية المعتادة، ويحتوي على مجموعة منافذ يمكن من خلالها التعامل مع الوظائف والمهام المختلفة التي يقوم بها الراسبري باي. سينصب أكثر اهتمامنا في هذا الدرس بالمنافذ ومعرفة وظيفتها حيث تكمن القوة الحقيقة للراسبري باي في معرفة كيفية الاستفادة بكل منها. تم اختيار راسبري باي من طراز Raspberry-pi 2 و Raspberry-pi 3 لتبيان المكونات الخاصة بهما حيث أنهما قريبي الشبه ومعظم مكوناتهما واحدة، عدا بعض المكونات الخاصة بالاتصال اللاسلكي الموجودة في الجيل الثالث فقط، ولكنها لا تظهر كمنفذ لأنها لا تحتاج إلى منافذ أصلاً.

نرى في شكل 1 المكونات الأساسية المشتركة للجيلين الثاني والثالث للراسبري باي [1]:

شكل 1: المكونات الأساسية للراسبري باي (الوجه العلوي)

1- وحدة المعالجة المركزية:

وهي طبعاً العقل المحرك لكل المكونات في الراسبري باي، وهي التي تقوم بالعمليات الحسابية والمنطقية وإدارة نظام التشغيل في الراسبري باي.

2- منفذ DSI:

وهو معد لكي يتواصل مع شاشات الراسبري باي[2]، أو الشاشات التي تعمل بمنفذ DSI Ribbon.

3- منفذ Mini USB:

يتم استخدامه لإعطاء الراسبري باي مصدر القدرة الكهربية الذي يحتاجه للعمل. يمكنك استخدام هذا المنفذ مع كابل من نوع USB To Mini USB، فيمكنك عندها إعطائه الطاقة الكافية من خلال أي شاحن له منفذ USB، ولكن انتبه لأن الشاحن يجب أن يكون قادراً على توفير تيار 2 أمبير على الأقل حتى يعمل الراسبري باي بشكل سليم، وكذلك أن يكون فرق جهده 5 فولت. في حالة عدم وجود شاحن يمكنك إعطاء القدرة الكهربية للراسبري بأي منفذ USB في حاسوبك، ولكن لا تستخدم هذا الحل لمدة طويلة لأن الراسبري باي سوف يسحب كل احتياجاته من بطارية حاسوبك (إذا كان حاسوباً محمولاً).

4- منفذ HDMI:

وهو معد لكي يتواصل مع الشاشات التي تحتوي على منفذ HDMI، وعموماً فإن هذا النوع من المنافذ أصبح أكثر انتشارا مؤخراً فمثلاً في شاشات التلفاز الذكي ستجد غالباً هذا المنفذ من الخلف، مما يعطيك سماحية بتوصيل المنفذ و تحويل شاشة التلفاز لشاشة عرض عملاقة للراسبري باي! إن كنت تمتلك شاشة تحتوي على منفذ VGA وليس بها HDMI فلا تحزن، فكل ما ينقصك هو شراء محول HDMI To VGA Converter، وستصبح الراسبري باي جاهزة للعمل بإذن الله على شاشتك.

5- منفذ الكاميرا CSI:

هو معد لكي يتواصل مع الكاميرات المخصصة للراسبري باي مثل المعروضة على موقع الشركة [3][4]. وهو مثل منفذ الـ DSI يحتاج إلى كابل شريطي لتوصيله مع الكاميرا.

6- منفذ الصوت:

يمكن إدخال مقبس من نوع 3.5mm audio jack الشهير الذي يستخدم كمنفذ للسماعات، ولكن للأسف حتى هذه اللحظة لا يوجد منفذ مماثل يمكن أن يعمل مع الميكروفون. لتمكين الراسبري باي للتعامل مع الميكروفون، يمكن استخدام ميكروفون مدعوم من نظام تشغيل راسبري باي ويكون ذو منفذ USB، هناك أيضا حلول أخرى لهذه المشكلة ولكن لا يتسع المجال لذكرها هنا.

7- منفذ Ethernet:

هو منفذ من نوع RJ45 الذي نراه دائماً في أي جهاز قابل للاتصال السلكي بالإنترنت، وهو المسئول عن الاتصال مع الشبكات وأجهزة الحاسوب والإنترنت من خلال بروتوكول Ethernet. يمكنك استخدام هذا المنفذ لعمل شبكة داخلية مع جهاز حاسوب آخر، أو أن تصل هذا المنفذ بجهاز Router للوصول للإنترنت.

8- منافذ USB:

يوجد 4 منافذ USB في كل من Raspberry Pi 3 Model B وRaspberry Pi 2 Model B، ولها فوائد كثيرة جداً فيمكنك وضع ذاكرة تخزين (Flash Memory) بها، يمكنك وضع محول من نوع USB To Serial Converter حتى يتمكن الراسبري باي من التواصل مع الأجهزة التي تعمل ببروتوكول RS232، يمكنك استخدامها مع ميكروفون خارجي كما ذكرنا، ويمكن توصيلها بالأردوينو كذلك! والخلاصة أنه يمكنها التعامل مع أي جهاز يمكنه التواصل عبر ال USB، وما أكثر الأجهزة التي تفعل هذا.

9- المنافذ الرقمية العامة (General Purpose Inputs/Outputs):

حافظت الشركة على وجود هذه المنافذ بعددها وشكلها الحالي في كل إصدارات الجيل الثاني المعدلة +A و+B والجيل الثالث كذلك. تستخدم هذه المنافذ كأداة قوية جداً يمتاز بها الراسبري باي عن الحاسوب العادي. إن كان قارئ هذه السطور من مواليد السبعينات أو الثمانينات فمن المرجح أنه يتذكر أن الحواسيب العادية القديمة كانت تحتوي على ما يسمى بالمنفذ المتوازي (Parallel Port)، وكان يتم استخدامه للتحكم في الأجهزة الطرفية القديمة التي كانت تدعم هذا النوع من المنافذ. وكان يمكن أن يستعمل باستخدام لغة برمجة في التحكم بنظام فتح/غلق في أجهزة خارجية، وحتى وقت قريب كان بعض الطلبة تستخدمه أحياناً في التحكم في المحركات الخطوية (Stepper Motors) من خلال الحاسوب نفسه كمتحكم في سرعة المحرك الخطوي، وذلك قبل أن يختفي هذا المنفذ المتوازي من الأجهزة ويصبح تاريخاً ويحل محله منفذ ال USB، ولهذا فإن الراسبري باي لازال يجمع المزيتين معاً. تلك المنافذ الأربعين الموجودة في الراسبري باي، يمكن استخدام بعضها (في الواقع ليست كل الأربعين GPIO هي فعلاً GPIO، لأن يمكنك استخدام 26 فقط، والباقي هو محجوز لمنافذ 5 فولت و3.3 فولت والأرضي ومنافذ خاصة بذاكرة ال EEPROM) من المبرمج كمداخل تقرأ إشارة رقمية معينة يقوم البرنامج بأخذ قرارٍ ما بناءً عليها (مثال: قراءة إشارة زر خارجي، هل هو مضغوط أم لا؟)، أو يمكن استخدامها من المبرمج كمنافذ يمكنه التحكم بها في عملية ما (مثال: إشارة فتح أو غلق أنوار، أو التحكم في سرعة محرك خطوي، إلخ…). يوجد أيضاً من هذه المنافذ ما يمكّن الراسبري باي من الاتصال باستخدام [5] بروتوكولات منخفضة المستوى (Low Level Protocols)، مثل SPI ،I2C ،UART و كلها طبعا شائعة الانتشار في الاتصال مع المستشعرات الذكية و الاتصال مع المتحكمات الدقيقة الأخرى في حالة تكاملها مع الراسبري باي في شبكة واحدة للقيام بعمليات القياس أو التحكم أو كليهما.

9- منفذ Micro SD Card:

هو موجود في الوجه السفلي للراسبري باي كما هو مبين بشكل رقم 2، وهو مجهز لإدخال شرائح الذاكرة الدقيقة Micro SD Cards للراسبري باي. يحتاج الراسبري باي Micro SD Card تحمل نظام التشغيل الخاص به، حيث تمثل Micro SD Card ما يمثله القرص الصلب (Hard Disk Drive ) لأجهزة الحاسوب العادية.

شكل 2: المكونات الأساسية للراسبري باي (الوجه السفلي)

 المراجع:

[1] تمت الإضافة على الصورة من قبل كاتب الدرس، أما الصورة الأصلية فمصدرها من هنا:

https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b

[2] https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-touch-display

[3] https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2

[4] https://www.raspberrypi.org/products/pi-noir-camera-v2

[5] لمزيد من التفاصيل حول وظيفة كل منفذ من الأربعين الموجودة يرجى الإطلاع على الرابط التالي:

https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio-plus-and-raspi2