آموزش مجازی, الکترونیک

ماژول چیست و چه کاربردی دارد؟ انواع ماژول کدامند؟

ماژول چیست و چه کاربردی دارد؟ انواع ماژول کدامند؟

ماژول شامل قطعات الکترونیکی یا نرم‌افزاری می‌شود که برای انجام دادن کاری خاص، طراحی و تولید شده است. این قطعات از قبل طراحی شده را می‌توان در دستگاه‌های گوناگون با کاربری‌های مختلف به کار گرفت. بر این اساس، سیستم‌هایی که با بهره‌گیری از چند قطعه از قبل طراحی شده فعالیت دارند، سیستم ماژولار نامیده می‌شوند. با ذکر این مقدمه، در این مطلب از بلاگ بهنام رباتیک می‌خواهیم ببینیم اصولاً Module چیست و در صنعت الکترونیک چه کاربردی دارد و سپس به معرفی انواع ماژول بپردازیم؛ پس با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

ماژول چیست؟

ماژول که در زبان انگلیسی به شکل Module نوشته می‌شود، بخشی مستقل از یک سیستم است که خودش هدف بخصوصی دارد. در حقیقت Moduleها به قطعات فشرده‌ای گفته می‌شود که بخشی از یک سیستم بزرگ هستند. همچنین، Module می‌تواند قطعه‌ای حاوی کد و یا یک برد الکترونیکی با مدارهای گوناگون باشد. به طور کلی، هر سیستم می‌تواند چندین قطعه سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری داشته باشد که هر کدام از آنها به وسیله یک کمپانی تولید شده‌اند هرچند این قطعات با قرارگیری در کنار یکدیگر، هدف غایی و آخرین سیستم را اجرا می‌کنند.

ماژول‌های الکترونیکی به شکلی هستند که امکان نصب، جابه‌جایی و تعمیر آنها در سیستم‌ها وجود دارد. ماژول‌ها این توانایی را دارند تا یک یا چند فعالیت را انجام دهند و اصولاً تهیه و طراحی آنها با این هدف نیز فراهم است.

اگر طراحان قصد انجام کار خاصی را دارند، می‌توانند از دو راهکار بهره ببرند. نخستین راهکار، بهره‌گیری از سنسور یا تراشه خاص است که مدارهای الکترونیکی برای فعالیت با آن طراحی شده‌اند. راهکار بعدی، بهره‌گیری از Module است. در اینجا قطعه‌ای از قبل طراحی شده روی سیستم قرار می‌گیرد و برای انجام دادن کاری شروع به فعالیت می‌کند. بدین ترتیب، سیستم‌های ماژولار دو مزیت دارند؛ 1) مقرون به صرفه از نظر اقتصادی 2) اطمینان بیشتر برای سیستم‌ها.

انواع ماژول‌های الکترونیکی

دو دسته اصلی و مهم Moduleها عبارتند از: سخت‌افزاری و نرم‌افزاری. Moduleهای سخت‌افزاری قطعاتی هستند که برای انجام دادن یک یا چند وظیفه به خصوص طراحی شده‌اند. این قطعات داده‌ها را می‌گیرند و با توجه به آنها، اطلاعات مدنظر کاربران را تحویل می‌دهند.

ماژول‌های نرم‌افزاری اما، قطعه کدهای برنامه‌نویسی هستند که به منظور اجرا و پردازش فعالیتی خاص تولید و نوشته می‌شوند. این کدها در وهله اول توسط برنامه‌نویس نوشته و بعد در نرم‌افزارهای گوناگون استفاده می‌گردند. این ماژول‌ها، قسمتی از یک نرم‌افزار بزرگتر را تشکیل می‌دهند.

کاربرد ماژول‌ها در سیستم‌ها

به جرأت می‌توان گفت که Moduleها پرکاربردترین قطعات الکترونیکی هستند. بیشتر پروژه‌ها اعم از صنعتی و تجاری مبتنی بر سیستم‌های ماژولار طراحی و اجرا می‌گردند.

امروزه Moduleها در بیشتر شبکه‌های بیسیم، ماهواره‌ای تعیین موقعیت مکانی (GPS)، برقراری ارتباط درون شبکه‌های GSM، ثبت شتاب متحرک‌ها، شناخت جهت‌های جغرافیایی و . . . به کار می‌روند. با این اوصاف، می‌توان گفت که کار Module، انجام فعالیتی خاص از طریق قرار دادن قطعات الکترونیکی در کنار یکدیگر می‌باشد تا هدفی خاص به دست بیاید.

دلیل استفاده از Module

اصلی‌ترین دلیل استفاده از Moduleها، کاهش هزینه‌های ساخت و صرفه‌جویی در زمان هنگام ساخت سیستم است. مثلاً، اگر سیستمی می‌خواستید که از ارتباط بلوتوثی استفاده می‌کند، نیازی نیست مدارهای به خصوص انجام این کار را در پروژه قرار دهید بلکه فقط با بهره‌گیری از یک Module بلوتوث امکان سرعت بخشیدن در به انجام رساندن کارها وجود خواهد داشت.

پیش‌تر، برای ساخت یک سیستم می‌بایست همه قسمت‌های آن از 0 تا 100 طراحی و تولید گردد. این کار هم هزینه‌بر و هم زمان‌بر بود و هم به نیروی کار زیادی نیاز داشت. علاوه بر اینها، سیستمی که در انتها در اختیار می‌گرفتیم صرفاً برای انجام یک کار مناسب بود و انعطاف کافی را نداشت. ظهور ماژول‌ها اما، توانست بسیاری از هزینه‌های جانبی را کم و در زمان صرفه‌جویی کند. ماژول‌ها به دلیل تنوعی که دارند، یک بار طراحی می‌گردند و قادرند چند صد دفعه در سیستم‌های گوناگون به کار بروند.

در حال حاضر با کمک ماژول‌ها، کارهای سخت‌افزاری چند مرحله‌ای شده‌اند به‌گونه‌ای که چنان‌چه شخصی می‌خواست دستگاه الکترونیکی بسازد، تنها نیاز است تا قطعات مدنظر را بخرد و در نهایت ارتباط بین قطعات از پیش طراحی شده را برقرار کند.

مهمترین ماژول‌های پرکاربرد

در ادامه به معرفی ماژول‌های پرکاربرد می‌پردازیم تا بهتر متوجه شیوه کاربرد سیستم‌های ماژولار بشوید.

1) ماژول GPS

ماژول GPS به منظور دریافت اطلاعات موقعیت مکانی یک سیستم به کار می‌رود. این داده‌ها مختصات جغرافیایی، تاریخ و ساعت، سرعت، جهت حرکت و . . . را شامل می‌شوند.

هر ماژول GPS با ماهواره‌ها در ارتباط است و با این روش موقعیت مکانی انسان یا اشیاء را ثبت می‌کند. این Moduleها به خودیِ خود نمی‌توانند مکان‌یابی کنند بلکه می‌بایست چندین مدار و قطعه الکترونیکی دیگر نیز در کنار آنها فعالیت نمایند. مهمترین جایی که از ماژول GPS بهره می‌برد، سیستم ردیاب خودروها، انسان‌ها، حیوانات و . . . می‌باشد.

2) ماژول شتاب‌سنج، ژیرسکوپ و IMU

برخی اوقات یک سیستم نیاز به دریافت داده‌هایی نظیر شتاب و زاویه را دارد. در چنین شرایطی از Moduleهای شتاب‌سنج و ژیرسکوپ استفاده می‌شود. مثلاً، در ربات‌های پروازکننده، به منظور تعیین بادقت شتاب و جهت حرکت ربات، می‌بایست از Moduleهای شتاب‌سنج و ژیرسکوپ بهره برد.

3) ماژول RFID

خواندن اطلاعات کارت‌های RFID توسط ماژول RFID امکان‌پذیر است. این Moduleها بیشتر در سامانه‌های ثبت ورود و خروج کارمندان، سیستم پرداخت کرایه سامانه حمل‌ونقل عمومی و . . . استفاده می‌شوند.

4) ماژول بلوتوث

بلوتوث جزو پرکاربردترین و پرمصرف‌ترین پروتکل‌های ارتباطی در گوشی‌ها، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها، رایانه‌ها، هندزفری‌های بیسیم و ساعت‌های هوشمند است. در دستگاه‌های نامبرده، برای اینکه اتصال کوتاه‌برد برقرار گردد، از Module بلوتوث استفاده می‌شود. با این Moduleها، می‌توان میان دستگاه‌های مذکور ارتباط بلوتوثی برقرار کرد و از راه دور اطلاعات را انتقال داد و یا به صورت بیسیم وسیله‌ای را کنترل نمود.

5) ماژول درایور راه‌انداز رله

مهمترین وظیفه ماژول درایور راه‌انداز رله، تقویت جریان خروجی از میکروکنترلر و چیپ است. در حقیقت وقتی در یک مدار از رله بهره می‌بریم، میکروکنترلر به عنوان هدایت‌گر رله فعالیت می‌کند. اینک جریان خروجی از این میکروکنترلر توان لازم برای سوئیچ کردن رله را ندارد. به همین خاطر، از یک ماژول راه‌انداز رله استفاده می‌شود تا جریان به مقدار مورد نیاز افزایش یابد.

6) ماژول GSM

برای برقراری ارتباط با شبکه‌های مخابراتی، می‌توان از ماژول‌های GSM بهره برد. GSM یک سیستم ارتباطی در سطح جهانی به صورت سیار است که توانایی وصل شدن به شبکه مخابراتی و برقراری تماس، ارسال SMS، دریافت و ارسال اطلاعات از طریق اینترنت و . . . را دارد.

7) ماژول NRF

مهمترین کاربرد ماژول NRF برقراری ارتباط رادیویی صوتی یا تصویری است. به طور کلی، کنترل ربات‌ها به صورت بیسیم با این ماژول‌ها امکان‌پذیر می‌باشد.

8) ماژول فاصله‌سنج

با ماژول فاصله‌سنج می‌توان فاصله با اشیاء خاص را اندازه‌گیری کرد. از جمله مهمترین موارد استفاده از این ماژول‌ها می‌توان به پروژه‌های صنعتی، رباتیکی، خودرویی، اسکنرهای 3D و . . . اشاره کرد.

9) ماژول وای‌فای

با توجه به کاربرد گسترده وای‌فای در صنایع امروزی، ماژول‌های وای‌فای جزو پرکاربردی‌ترین ماژول‌های بازار به شمار می‌روند. از این ماژول‌ها می‌توان برای ساخت شبکه در سیستم‌های گوناگون، برقراری ارتباط شبکه‌ای (LAN) و اینترنت بهره گرفت.

مثلاً، دستگاه ردیابی اتومبیل یک سیستم اینترنت اشیا (IoT) است که چند Module در کنار هم دارد. برای تولید این سیستم ماژولار، از ماژول‌های GSM، رله، وای‌فای و . . . سود برده شده است.

10) ماژول UPS

یک ماژول UPS وظیفه دارد تا در مواقع قطعی برق، انرژی مورد نیاز سیستم را از باتری‌های پشتیبان بگیرد و به دستگاه تزریق کند. به همین خاطر، به این نوع ماژول، ماژول برق اضطراری نیز می‌گویند. این قطعه ورودی و خروجی DC دارد به گونه‌ای که تا زمان دریافت ولتاژ ورودی، ولتاژ خروجی در آن برابر با ولتاژ ورودی خواهد بود ولی در مواقع قطعی ولتاژ برق ورودی، باتری در مدار ورود پیدا می‌کند و ولتاژ خروجی با ولتاژ باتری برابر خواهد شد.

11) ماژول تبدیل

ماژول‌های تبدیل سبب می‌شوند که فرآیند انجام کارها راحت‌تر صورت بپذیرند. از جمله موارد کاربرد این ماژول‌ها می‌توانیم به قابلیت تبدیل USB به TTL و بالعکس اشاره کنیم.