ماژول به قطعات الکترونیکی یا نرم افزاری می گویند که با هدف اجرای وظیفه ای به خصوص طراحی و تولید می شوند. این قطعات از پیش طراحی شده را می توان در سیستم های مختلف با کاربری های متفاوت مورد استفاده قرار داد. به سیستم هایی که با کنار هم قرار دادن چندین قطعه از پیش طراحی شده، فعالیت می کنند، سیستم ماژولار می گویند.
در مقاله پیش رو هدف ما آشنایی بیشتر با مفهوم ماژول و کاربردهای آن در قلمرو دنیای الکترونیک است.
ماژول چیست؟
ماژول (Module) قسمتی مجزا از یک سیستم است که خود به تنهایی هدفی خاص را دنبال می کند. در واقع ماژول ها قطعات نسبتا فشرده ای هستند که جزئی از یک سیستم بزرگ به شمار می آیند. Module می تواند یک قطعه کد باشد و یا یک برد الکترونیکی دارای مدارهای مختلف. در حالت کلی یک سیستم می تواند دارای قطعات سخت افزاری یا نرم افزاری مختلفی باشد که هر کدام از ان ها توسط یک شرکت متفاوت تولید شده باشند. اما این قطعات با در کنار هم قرار گرفتن، هدف نهایی سیستم را به مرحله اجرا در می آورند.
ماهیت ماژول به گونه ای است که می توان آن را به صورت جداگانه بر روی سیستم نصب، جابجا و حتی تعمیر نمود. این قطعات می توانند جهت اجرای یک کاربری واحد و یا چندگانه طراحی و ساخته شوند.
در یک سیستم جهت انجام کاری به خصوص دو راه حل پیش روی طراحان است. اولین راه استفاده از یک سنسور یا تراشه به خصوص است که مدارهای الکترونکی مختلفی برای کار با آن طراحی می شود. راه دیگر استفاده از ماژول است. به این ترتیب قطعه ای از پیش طراحی شده، به روی سیستم نصب می شود و انجام وظیفه مورد نظر را به عهده می گیرد. سیستم های ماژولار علاوه بر صرفه اقتصادی، از قابلیت اطمینان بیشتری هم برخوردار هستند
انواع دسته بندی ماژول
ماژول ها را می توان به دو دسته اصلی اعم از سخت افزاری و نرم افزاری تقسیم نمود. ماژول های سخت افزاری، قطعات الکترونیکی هستند که یک یا چند وظیفه خاص را انجام می دهند. این قطعات داده را دریافت نموده و بر اساس آن اطلاعات مورد نیاز را در بخش خروجی تحویل می دهد.
ماژول های نرم افزاری، قطعه کدهای برنامه نویسی هستند که برای اجرا و پردازش عملی خاص تولید می شوند. این کدها یک بار توسط برنامه نویس نوشته شده و سپس در نرم افزارهای مختلف قابلیت استفاده دارند. در واقع بخشی از یک نرم افزار بزرگ را تشکیل می دهند.
کاربرد ماژول در سیستم ها چیست؟
ماژول و امبدد سیستم ها یکه تازان دنیای الکترونیک امروز هستند. اغلب پروژه های صنعتی، تجاری و … بر پایه سیستم های ماژولار طراحی و اجرا می شوند. هدف اصلی در استفاده از این سیستم های کوچک پیروی از ضرب المثل “چرخ را دوباره اختراع نمی کنند!” است.
این روزها ردپای ماژول را در اکثر شبکه های بی سیم، شبکه های ماهواره ای تعیین موقعیت (GPS)، برقراری ارتباط درون شبکه های GSM، اندازه گیری شتاب یک متحرک، شناسایی جهات جغرافیایی و بسیاری از سیستم های دیگر می توان یافت. به طور کلی در پاسخ به سوال “کار ماژول چیست؟” می‌توان اذعان داشت، طراحان و سازندگان دیگر وقت خود را صرف ساخت قطعه‌های تکراری نمی‌کنند. بلکه از تجمع این قطعات، سیستم‌هایی با اهداف بزرگ‌تر و خاص‌تر طراحی می‌نمایند.
چرا از ماژول ها استفاده می کنیم؟
مهم ترین دلیل استفاده از Module ها، صرفه جویی در زمان و هزینه ساخت یک سیستم است. به طور مثال اگر در سیستم نیازمند استفاده از ارتباطات بلوتوثی باشید، عقلانی نیست که مدارهای پیچیده بلوتوث را در جای جای سیستم خود پیاده سازی نمایید. بلکه تنها با استفاده از یک ماژول بلوتوث می توانید به کار خود سرعت بخشیده و از هزینه های تکراری اجتناب کنید.
در گذشته برای ساخت یک سیستم باید تمام بخش های آن را از صفر طراحی و پیاده سازی می کردیم. این کار علاوه بر هزینه های متعدد، زمان زیادی مهندسان را مشغول می کرد. در نهایت سیستمی داشتیم که تنها یک هدف را دنبال می کرد و انعطاف پذیر نبود. روی کار آمدن ماژول ها تا حد زیادی از هزینه های اضافی و اتلاف زمان ها برای تولید یک پروژه کاست. این قطعات به دلیل انعطاف پذیری بالایی که دارند، تنها یک بار طراحی می شوند و می توان صدها مرتبه در سیستم های مختلف از آن ها استفاده نمود.
امروزه به کمک ماژول ها، کارهای سخت افزاری به بخش های کوچکی تقسیم شده اند. به طوری که اگر فردی قصد تولید یک دستگاه الکترونیکی را داشته باشد، تنها باید قطعات مورد نظرش را تهیه نماید. سپس تنها کار باقی مانده برقراری ارتباط میان این قطعات از پیش طراحی شده، می باشد.
انواع ماژول های پرکاربرد کدام اند؟
در ادامه چند نمونه ماژول پرکاربرد را به شما معرفی می کنیم، تا درک بهتری از نحوه عملکرد سیستم های ماژولار به دست آورید.
1- ماژول GPS
ماژول GPS برای دریافت اطلاعات موقعیت یابی مورد نیاز یک سیستم به کار گرفته می شوند. این اطلاعات شامل مختصات جغرافیایی، تاریخ و ساعت جهانی، سرعت، جهت حرکت و … هستند.
ماژول جی پی اس با ماهواره‌ها ارتباط برقرار نموده و از این طریق مکان شیء یا فرد را تشخیص می‌دهد. این Module به تنهایی قادر به مکان‌یابی نبوده و برای این کار باید در کنار مدارات و قطعات الکترونیکی متعددی قرار بگیرید. امروزه از ماژول جی پی اس در ساخت دستگاه ردیاب خودرو، ردیاب شخصی و … استفاده می‌شود.
2- ماژول IMU، شتاب سنج و ژیروسکوپ
گاهی در یک سیستم نیازمند دریافت اطلاعاتی مانند شتاب و زاویه حرکت شیء می باشیم. در این مواقع ماژول های IMU، شتاب سنج و ژیروسکوپ به کمک می آیند. به عنوان مثال در ربات پرنده برای تعیین اندازه های دقیق شتاب و جهت حرکت ربات می توان از IMU و شتاب سنج استفاده نمود.
3- ماژول RFID
خواندن اطلاعات کارت های مغناطیسی توسط ماژول RFID میسر می شود. از جمله مهم ترین استفاده ها از این دستگاه می توان به سامانه حضور و غیاب سازمان ها، سیستم پرداخت کرایه در اتوبوس رانی شهری و مترو اشاره نمود. در این سامانه ها فناوری RFID برای باز کردن درب ورود به مترو یا پرداخت کرایه به کار گرفته می شود.
4- ماژول بلوتوث
گوشی های موبایل، تبلت ها و لپ تاپ ها از جمله پر مصرف ترین دستگاه هایی هستند که از قابلیت بلوتوث استفاده می کنند. در این گجت های الکترونیکی برای ایجاد ارتباط بی سیم کوتاه برد، ماژول بلوتوث به کار رفته است. به این ترتیب می توان میان آن ها با دیگر دستگاه های مشابه ارتباطات کوتاه بلوتوثی جهت انتقال اطلاعات ،کنترل از راه دور و … برقرار نمود.
5- درایور راه انداز رله
وظیفه اصلی در ماژول درایور راه انداز رله تقویت جریان خروجی از میکروکنترلر و چیپ مدار است. در واقع زمانی که در یک مدار از رله استفاده می کنیم، میکروکنترلر نقش هدایت گر رله را دارد. حال جریان خروجی از این میکروکنترلر توان کافی برای سوئیچ کردن رله را ندارد. در نتیجه از یک برد راه انداز رله کمک گرفته می شود تا این جریان به میزان مورد نظر تقویت شود.
6- ماژول GSM
اگر در سیستم نیاز به برقراری ارتباط با شبکه های مخابراتی داشته باشیم، می توان از ماژول GSM استفاده نمود. GSM همان سیستم جهانی ارتباطات سیار است که می تواند به شبکه مخابراتی وصل شده و امکان برقراری تماس، ارسال پیامک و ارسال و دریافت داده از طریق اینترنت را فراهم آورد.
7- ماژول NRF
از جمله قابلیت های ماژول NRF می توان به برقراری ارتباطات رادیویی صوتی یا تصویری اشاره نمود. همچنین کنترل بی سیم ربات ها نیز به کمک ارتباط رادیویی این دستگاه ها قابل انجام است.
8- ماژول فاصله سنج
تعیین مقدار فاصله با یک شیء به خصوص توسط ماژول فاصله سنج انجام می شود. بیشترین کاربرد این قطعه در پروژه های صنعتی، رباتیکی، خودرویی و اسکنرهای سه بعدی است.
9- ماژول WiFi
فناوری WiFi امروزه به صورت گسترده ای در صنایع مختلف به کار می رود. در این راستا ماژول WiFi نیز در زمره کاربردی ترین دستگاه های از پیش طراحی شده می باشد. از این گجت می توان برای ایجاد شبکه میان سیستم های مختلف، برقراری ارتباطات LAN و اینترنت استفاده نمود.
به طور مثال دستگاه ردیاب خودرو یک سیستم IoT است که از چندین Module در کنار هم تشکیل می شود. در ساخت این سیستم ماژولار ، قطعات از پیش طراحی شده ای مانند GPS، GNSS، GSM، رله و … به کار رفته است.
10- ماژول UPS
ماژول UPS موظف است در زمان قطع برق، انرژی مورد نیاز سیستم را از طریق باتری‌های بکاپ تامین نماید. از این رو آن را به نام ماژول برق اضطراری نیز می‌شناسند. این قطعه دارای ورودی و خروجی DC است. به طوری که تا زمان برقراری ولتاژ ورودی، ولتاژ خروجی برابر با ورودی خواهد بود. اما در زمان قطع شدن ولتاژ برق ورودی، باتری وارد مدار شده و ولتاژ خروجی برابر با ولتاژ باتری می‌شود.
11- ماژول شارژر
ماژول شارژر، قطعه‌ایست که باتری‌های موجود در سیستم را شارژ می‌کند. این Module در ابتدا ولتاژ DC ورودی را توسط یک مدار به ولتاژ مناسب برای شارژ باتری تبدیل می‌کند. سپس باتری از طریق دو حالت جریانی و ولتاژی، شارژ خواهد شد. این عمل تا زمان فول شدن باتری ادامه می‌یابد. سپس با کامل شدن شارژ باتری، مدار شارژ خاموش می‌شود تا برق اضافی وارد سلول‌های باتری نشود. اما پس از تخلیه مقداری از شارژ باتری، مجددا مدار فعالیت خود را از سر می‌گیرد.
سخن پایانی
ماژول قطعه ای فشرده است که برای انجام کاری به خصوص طراحی می شود. این دستگاه قابلیت انعطاف پذیری بالایی داشته و در سیستم های مختلف امکان نصب و استفاده را دارد. امروزه دنیای الکترونیک به سوی طراحی سیستم های ماژولار قدم برداشته و دیگر جایی برای سیستم های سنتی وجود ندارد.
به نظر شما چه دستگاه هایی در زندگی روزمره انسان سیستم ماژولار دارند؟ علاوه بر مواردی که ما معرفی کردیم، دیگر چه ماژول هایی در زندگی شما استفاده می شوند؟
سوالات متداول💡
احسان
عالیی است من کلاس نهم هستم وقتی با پاورپوینت رفتم نشون بدم همه کیف کردن تشکر از شما
حمیدرضا
سلام بسیار ممنون
محبوبه حیدری
سلام حمید رضا عزیز؛
از حسن نظر شما ممنونیم. از اینکه در کنار ما هستید، بسیار خوشحالیم ??