برد آردوینو Arduino Uno R4 WiFi

برد Arduino Uno R4 WiFi بردی از خانواده آردوینو می باشد که با همان فرم کلاسیک بردهای آردوینو Uno طراحی شده و بر اساس تراشه RA4M1 (Arm Cortex-M4) ساخته شده است.برد Arduino Uno R4 WiFi نسل جدیدی از خانواده‌ی محبوب آردوینو UNO است که با حفظ طراحی کلاسیک خود، جهشی چشم‌گیر به سمت عملکرد حرفه‌ای‌تر داشته است. این اولین برد UNO است که به جای معماری 8 بیتی AVR، از پردازنده‌ی قدرتمند 32 بیتی RA4M1 (ARM Cortex-M4) بهره می‌برد. نتیجه‌ی این تغییر، افزایش قابل‌توجه قدرت پردازش، حافظه، و پشتیبانی از امکانات پیشرفته‌تر است.

اما ویژگی برجسته‌ی Uno R4 WiFi، تجهیز آن به ماژول ESP32-S3 است که ارتباط WiFi و Bluetooth داخلی را بدون نیاز به ماژول‌های خارجی ممکن می‌سازد. این یعنی آماده‌ به‌کار برای پروژه‌های اینترنت اشیاء، خانه هوشمند، اتوماسیون صنعتی و ارتباط با سرویس‌های ابری تنها با یک برد.برد همچنان با ولتاژ کاری 5 ولت و همان فرم و چینش پین‌های UNO R3 طراحی شده است. بنابراین، سازگاری کامل با شیلدهای قبلی، آموزش‌های موجود و منابع نرم‌افزاری Arduino برای شما حفظ شده است. علاوه بر این، پورت USB Type-C به جای Micro USB، اتصال سریع‌تر و مدرن‌تری را فراهم می‌کند.

مشخصات

برد Arduino Uno R4 WiFi مجهز به میکروکنترلر 32 بیتی RA4M1 با هسته ARM Cortex-M4 و فرکانس 48MHz بوده و دارای حافظه 256 کیلوبایت Flash و 32 کیلوبایت SRAM است. این برد از طریق ماژول داخلی ESP32-S3 به WiFi و Bluetooth مجهز شده و با پورت USB-C تغذیه و پروگرام می‌شود. با ولتاژ کاری 5 ولت و ورودی تغذیه 6 تا 16 ولت، دارای 14 پین دیجیتال (6 پین PWM)، 6 پین آنالوگ و رابط‌های ارتباطی I2C، SPI و UART است. همچنین از DAC داخلی، ساعت RTC، ارتباط CAN Bus و مدارهای محافظ در برابر ولتاژ معکوس و اضافه‌ولتاژ پشتیبانی می‌کند.

• مدل : Arduino Uno R4 WiFi
• تراشه : RA4M1 (Arm Cortex-M4)
• دارای کانکتور USB Type-C
• تعداد ورودی خروجی دیجیتال : 14 پین 
• تعداد پین آنالوگ : 6 پین
• تعداد DAC : یک
• تعداد PWM پین : 6 پین
• پشتیبانی از پروتکل های UART , I2C , SPI , CAN
• ولتاژ کاری: 5 ولت
• ولتاژ ورودی از جک آداپتور (توصیه شده): 6 الی 16 ولت
• جریان DC در هر پایه ورودی/خروجی: 8 میلی آمپر
• دارای ESP32-S3 با سرعت کلاک up to 240 MHz 
• سرعت  کلاک تراشه اصلی : 48 مگاهرتز
• حافظه فلش تراشه اصلی : 256 کیلوبایت (RA4M1)
• حافظه رم تراشه اصلی : 32 کیلوبایت (RA4M1)
• حافظه  رام  ESP32-S3  برابر  384 کیلوبایت و دارای 512  کیلوبایت حافظه SRAM
• دارای دات ماتریس 12x8
• دارای کانال 12 بیتی DAC
• رزولوشن پایه‌های آنالوگ تا 14 بیت
• دارای یک کانکتور Qwiic I2C  چهار پین از نوع JST SH
• ابعاد : 68.85*53.34 میلی متر

کاربرد

برد Arduino Uno R4 WiFi به دلیل ترکیب قدرت پردازشی بالا، ارتباط بی‌سیم داخلی و سازگاری با شیلدهای UNO، کاربردهای متنوعی را پوشش می‌دهد. از ساخت پروژه‌های اینترنت اشیاء و سیستم‌های هوشمند خانگی گرفته تا اتوماسیون صنعتی سبک، آموزش دانشگاهی، کنترل ربات‌ها و ارتباط با سرویس‌های ابری، همگی با این برد قابل پیاده‌سازی هستند. وجود ماژول ESP32-S3 برای WiFi و Bluetooth، قابلیت اتصال به شبکه و کنترل از راه دور را بدون نیاز به ماژول‌های جانبی فراهم کرده است. همچنین وجود رابط‌های استاندارد مانند I2C، SPI، UART و CAN Bus این امکان را می‌دهد که Uno R4 WiFi به‌راحتی در پروژه‌های حرفه‌ای، صنعتی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار گیرد. این تنوع کاربرد باعث شده تا این برد هم برای مبتدیان و هم برای توسعه‌دهندگان حرفه‌ای، گزینه‌ای قدرتمند و انعطاف‌پذیر باشد.

• هوشمندسازی خانه (Smart Home):کنترل وسایل برقی، روشنایی، درب‌ها و سنسورها از طریق اپلیکیشن‌های موبایل یا تحت وب بدون نیاز به تجهیزات جانبی ارتباطی، تنها با همین برد قابل انجام است.
• پروژه‌های آموزشی و دانشگاهی:به دلیل ساختار آشنای UNO و امکانات پیشرفته‌تر R4، برای آموزش مفاهیم برنامه‌نویسی میکروکنترلر، ارتباطات بی‌سیم، و پیاده‌سازی پروژه‌های ترکیبی دیجیتال/آنالوگ بسیار مناسب است.
• اتوماسیون صنعتی سبک:وجود رابط CAN Bus، پردازنده قدرتمند، و قابلیت اطمینان بالا باعث شده Uno R4 WiFi برای کنترل‌های صنعتی کوچک، دستگاه‌های تولیدی هوشمند و پروتکل‌های صنعتی انتخابی کاربردی باشد.
• کنترل ربات و سیستم‌های تعبیه‌شده (Embedded Systems):توان پردازشی بالاتر و امکانات جانبی بیشتر، امکان کنترل انواع موتور، بازوهای رباتیک، سنسورها و عملگرها را فراهم می‌کند.
• ساخت دستگاه‌های پوشیدنی یا پرتابل:با توجه به ابعاد مناسب، ولتاژ کاری 5 ولت و مصرف کم، برای پروژه‌هایی مانند نمایشگرهای پوشیدنی، ردیاب‌ها و سیستم‌های بلوتوث کاربرد دارد.
• ارتباط با سرویس‌های ابری:به‌راحتی می‌توان این برد را به پلتفرم‌هایی مانند Arduino Cloud، Blynk، Thingspeak و سایر خدمات ابری متصل کرد و داده‌ها را در لحظه مشاهده یا تحلیل نمود.
• پروژه‌های اینترنت اشیاء (IoT): با بهره‌گیری از ماژول داخلی ESP32-S3، امکان اتصال مستقیم به شبکه WiFi یا بلوتوث برای ارسال و دریافت داده‌ها فراهم است. این برد برای ساخت دستگاه‌هایی مانند سیستم‌های مانیتورینگ، کنترل از راه دور، پایش محیط و دیتا لاگرهای آنلاین ایده‌آل است.

پین اوت 

برد Arduino Uno R4 WiFi با حفظ فرم فاکتور کلاسیک UNO، دارای همان آرایش پین‌هاست که در UNO R3 وجود داشت، به همین دلیل با اکثر شیلدها و ماژول‌های موجود کاملاً سازگار است. این برد در مجموع دارای 14 پین دیجیتال، 6 پین آنالوگ ورودی، و تعدادی پین تغذیه و ارتباطی دیگر است. در ادامه مهم‌ترین پین‌ها را مرور می‌کنیم:

• پین‌های دیجیتال (D0 تا D13) تعداد: 14 عدد

برخی از این پین‌ها قابلیت PWM دارند (پین‌های D3، D5، D6، D9، D10، D11)

پین‌های D0 و D1 به صورت پیش‌فرض برای ارتباط UART (Serial) استفاده می‌شوند

• پین‌های آنالوگ (A0 تا A5) تعداد: 6 عدد

برای اندازه‌گیری ولتاژ آنالوگ استفاده می‌شوند

می‌توانند به عنوان پین‌های دیجیتال هم استفاده شوند در صورت نیاز

• پین‌های تغذیه:

Vin: برای تغذیه برد از منبع خارجی (6 تا 16 ولت)

5V: خروجی ولتاژ 5 ولت تثبیت‌شده

3.3V: خروجی ولتاژ 3.3 ولت (محدود)

GND: زمین (Ground) – چند پین در دسترس

AREF: برای تنظیم مرجع ولتاژ آنالوگ

• پین‌های ارتباطی خاص:

I2C: پین‌های A4 (SDA) و A5 (SCL)

SPI: پین‌های D10 (SS)، D11 (MOSI)، D12 (MISO)، D13 (SCK)

CAN Bus: از طریق پین‌های مشخص‌شده‌ی نرم‌افزاری (قابل فعال‌سازی در تنظیمات)

DAC خروجی آنالوگ: روی پین خاص قابل تعریف توسط نرم‌افزار

• سایر پین‌ها:

RESET: برای ریست‌کردن برد

IOREF: مرجع ولتاژ منطقی برای شیلدها (5V)

راه‌اندازی اولیه 

• گام 1: نصب Arduino IDE

ابتدا نرم‌افزار Arduino IDE نسخه 2 به بالا را از سایت رسمی arduino.cc دانلود و نصب کنید.

• گام 2: نصب پکیج برد Uno R4

پس از اجرای Arduino IDE:
از منوی Tools > Board > Board Manager را باز کنید
در بخش جستجو، عبارت Uno R4 را بنویسید
پکیج Arduino UNO R4 Boards را نصب کنید

• گام 3: اتصال برد

برد Arduino Uno R4 WiFi را با کابل USB Type-C به کامپیوتر متصل کنید. پس از اتصال، درایور به‌صورت خودکار نصب خواهد شد.

• گام 4: انتخاب برد و پورت

از مسیر Tools > Board گزینه Arduino Uno R4 WiFi را انتخاب کنید
سپس از Tools > Port پورت متصل به برد را انتخاب نمایید (معمولاً آخرین پورت COM ظاهرشده)

• گام 5: آپلود اولین کد

برای اطمینان از عملکرد برد:
از منوی File > Examples > 01.Basics > Blink را باز کنید
روی آیکن Upload (فلش سمت راست بالا) کلیک کنید
LED داخلی برد (متصل به پین D13) شروع به چشمک‌زدن می‌کند

• گام 6: تست ارتباط بی‌سیم (WiFi/Bluetooth)

برای استفاده از WiFi یا Bluetooth:
از منوی Library Manager، کتابخانه WiFiS3 را نصب کنید
از مثال‌های آماده آن استفاده کنید: File > Examples > WiFiS3 > ScanNetworks یا ConnectWithWPA

شیلدهای آردوینو چیستند و چه کاربردی دارند؟

شیلدهای آردوینو (Arduino Shields) بردهای جانبی آماده‌ای هستند که برای گسترش قابلیت‌های برد آردوینو طراحی شده‌اند. این شیلدها مستقیماً روی بردهایی مانند Arduino Uno، Mega یا Leonardo نصب می‌شوند و بدون نیاز به سیم‌کشی پیچیده، امکانات جدیدی به برد اصلی اضافه می‌کنند.بسیاری از شیلدها قابل اتصال روی هم هستند (Stackable) و می‌توان چندین قابلیت را به‌صورت هم‌زمان به پروژه اضافه کرد، البته به شرط هماهنگی پین‌ها.

انواع پرکاربرد شیلدهای آردوینو

Ethernet Shield : افزودن قابلیت شبکه و اتصال به اینترنت از طریق کابل LAN - ( مشاهده و خرید )
WiFi Shield: اتصال بی‌سیم به اینترنت - ( مشاهده و خرید )
Motor Driver Shield: کنترل موتورهای DC، استپ‌موتور و سروو - ( مشاهده و خرید )
LCD & Touch Screen Shield: نمایش اطلاعات روی نمایشگر و کنترل لمسی - ( مشاهده و خرید )
Relay Shield: کنترل تجهیزات ولتاژ بالا مانند لامپ یا پمپ - ( مشاهده و خرید )
GPS Shield: دریافت اطلاعات موقعیت‌یابی (طول و عرض جغرافیایی) - ( مشاهده و خرید )
Sensor Shield: اتصال آسان چند سنسور به برد آردوینو با پورت‌های آماده - ( مشاهده و خرید )
Data Logging Shield: ذخیره‌سازی داده‌ها روی کارت حافظه SD (مثلاً ثبت دمای محیط) - ( مشاهده و خرید )

سؤالات متداول 

1. آیا این برد با شیلدهای Arduino UNO R3 سازگاری دارد؟

بله، Uno R4 WiFi از همان فرم فاکتور، ترتیب پین‌ها و ولتاژ 5 ولت استفاده می‌کند؛ بنابراین با تمامی شیلدهای UNO R3 سازگار است.

2. آیا می‌توان از WiFi و Bluetooth به‌طور همزمان استفاده کرد؟

خیر، در حال حاضر ESP32-S3 داخلی به‌صورت پیش‌فرض برای WiFi فعال است. استفاده هم‌زمان از WiFi و Bluetooth به تنظیمات خاص یا کتابخانه‌های سطح پایین نیاز دارد و به‌صورت پیش‌فرض ممکن نیست.

3. آیا امکان پروگرام‌کردن از طریق USB-C وجود دارد یا نیاز به پروگرامر جداگانه است؟

بله، تنها با کابل USB-C می‌توان برد را مستقیم از طریق Arduino IDE پروگرام کرد. نیازی به پروگرامر جداگانه نیست.

4. تفاوت اصلی Uno R4 WiFi با Uno R4 Minima چیست؟

مدل WiFi دارای ESP32-S3 داخلی برای اتصال بی‌سیم، DAC، RTC، CAN و LED ماتریسی 12×8 است، در حالی که مدل Minima این قابلیت‌ها را ندارد و ساده‌تر است.

جمع بندی 

برد Arduino Uno R4 WiFi یک جهش واقعی در خانواده UNO است؛ بردی که با حفظ ظاهر و سازگاری کامل با نسخه‌های قبلی، امکاناتی کاملاً مدرن مانند پردازنده 32 بیتی ARM، حافظه بیشتر، ارتباط WiFi و Bluetooth داخلی، و پریفرال‌هایی مثل DAC، RTC و CAN Bus را در اختیار شما قرار می‌دهد. این یعنی شما می‌توانید پروژه‌های ساده آموزشی تا کاربردهای پیچیده در اینترنت اشیاء، خانه هوشمند، کنترل صنعتی سبک و سیستم‌های بی‌سیم را بدون نیاز به بردهای جانبی یا تغییر طراحی، اجرا کنید.

Introduction

The Arduino UNO R4 WiFi combines the processing power and exciting new peripherals of the RA4M1 microcontroller from Renesas with the wireless connectivity power of the ESP32-S3 from Espressif. On top of this, the UNO R4 WiFi offers an on-board 12x8 LED matrix, Qwiic connector, VRTC, and OFF pin, covering all potential needs makers will have for their next project.

With the UNO R4 WiFi, you can easily upgrade your project and add wireless connectivity to expand the reach of your current setup. If this is your first project, this board has everything you need to spark your creativity.

The Arduino UNO R4 WiFi merges the RA4M1 microprocessor from Renesas with the ESP32-S3 from Espressif, creating an all-in-one tool for makers with enhanced processing power and a diverse array of new peripherals. With its built-in Wi-Fi® and Bluetooth® capabilities, the UNO R4 WiFi enables makers to venture into boundless creative possibilities. Furthermore, this versatile board boasts a convenient on-board 12x8 LED matrix and a Qwiic connector, offering ample space for innovation and unleashing creativity. This dynamic combination empowers makers to transform their ideas into reality and elevate their projects to unprecedented heights.

Specification

Board Name Arduino® UNO R4 WiFi
SKU ABX00087
Microcontroller Renesas RA4M1 (Arm® Cortex®-M4)
USB USB-C® Programming Port
Pins Digital I/O Pins 14
Pins Analog input pins 6
DAC 1
PWM pins 6
Communication
UART Yes, 1x
I2C Yes, 1x
SPI Yes, 1x
CAN Yes 1 CAN Bus
Power Circuit operating voltage 5 V (ESP32-S3 is 3.3 V)
Input voltage (VIN) 6-24 V
DC Current per I/O Pin 8 mA
Clock speed Main core 48 MHz
ESP32-S3 up to 240 MHz
Memory RA4M1 256 kB Flash, 32 kB RAM
ESP32-S3 384 kB ROM, 512 kB SRAM
Power 
Operating voltage for RA4M1 is 5 V
Recommended input voltage (VIN) is 6-24 V
Barrel jack connected to VIN pin (6-24 V)
Power via USB-C® at 5 V