استكشف واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية، التي تمكّن تطبيقات الويب الأمامية من الاتصال مباشرة بالأجهزة التسلسلية مثل المتحكمات الدقيقة، والحساسات، والأجهزة القديمة، مما يفتح إمكانيات جديدة للتحكم والمراقبة عبر الويب.
واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية للواجهة الأمامية: دليل شامل للاتصال بالأجهزة التسلسلية في المتصفح
تفتح واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية (Web Serial API) إمكانيات جديدة ومثيرة لتطبيقات الويب. فهي تسمح لكود الواجهة الأمامية الذي يعمل في المتصفح بالاتصال مباشرة بالأجهزة التسلسلية المتصلة بجهاز كمبيوتر المستخدم. كان هذا في السابق حكراً على التطبيقات الأصلية، ولكن يمكنك الآن التفاعل مع المتحكمات الدقيقة، والطابعات ثلاثية الأبعاد، والحساسات، والأجهزة القديمة مباشرة من متصفح الويب الخاص بك. تخيل التحكم في لوحة أردوينو من لوحة تحكم قائمة على الويب، أو مراقبة بيانات الحساسات في الوقت الفعلي، أو التفاعل مع طابعة تسلسلية قديمة من خلال واجهة ويب حديثة. سيتعمق هذا الدليل في واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية، ويستكشف ميزاتها، ويقدم أمثلة عملية لتبدأ بها.
ما هي واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية؟
واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية هي معيار ويب يوفر طريقة لتطبيقات الويب للتواصل مع الأجهزة التسلسلية. الاتصال التسلسلي هو طريقة مستخدمة على نطاق واسع لتبادل البيانات بين الأجهزة باستخدام منفذ تسلسلي. هذا شائع بشكل خاص مع الأنظمة المدمجة، والمعدات الصناعية، والأجهزة القديمة. تسد هذه الواجهة الفجوة بين الويب والعالم المادي، مما يمكّن تطبيقات الويب من التفاعل مع هذه الأجهزة دون الحاجة إلى ملحقات المتصفح أو التطبيقات الأصلية.
الفوائد الرئيسية:
- تفاعل مباشر مع الجهاز: يلغي الحاجة إلى تطبيقات وسيطة أو برامج تشغيل للاتصال التسلسلي الأساسي.
- توافق عبر المنصات: يمكن لتطبيقات الويب التي تستخدم واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية العمل على أي نظام تشغيل به متصفح متوافق.
- أمان معزز: تم تصميم الواجهة مع مراعاة الأمان، حيث تتطلب إذنًا صريحًا من المستخدم للوصول إلى المنافذ التسلسلية.
- تطوير مبسط: توفر واجهة موحدة للاتصال التسلسلي، مما يبسط عملية التطوير.
دعم المتصفحات
حتى أواخر عام 2024، تدعم واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية المتصفحات القائمة على Chromium مثل Google Chrome و Microsoft Edge و Opera. الدعم في المتصفحات الأخرى مثل Firefox و Safari قيد الدراسة والتطوير. يوصى بالتحقق من موقع Can I use للحصول على أحدث معلومات توافق المتصفحات.
اعتبارات أمنية
تمنح واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية الأولوية للأمان وخصوصية المستخدم. إليك بعض الإجراءات الأمنية الرئيسية:
- إذن المستخدم: سيطالب المتصفح المستخدم بالإذن قبل السماح لتطبيق ويب بالوصول إلى منفذ تسلسلي. لدى المستخدم خيار منح أو رفض الوصول.
- السياقات الآمنة فقط: الواجهة متاحة فقط في السياقات الآمنة (HTTPS). هذا يساعد على منع هجمات الوسيط (man-in-the-middle) ويضمن سلامة البيانات.
- وصول مقيد: توفر الواجهة وصولاً متحكمًا به إلى المنفذ التسلسلي، مما يحد من احتمالية الأنشطة الخبيثة.
البدء: مثال عملي مع أردوينو
دعنا نستعرض مثالًا بسيطًا لاستخدام واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية للتواصل مع لوحة أردوينو. سيوضح هذا المثال كيفية إرسال البيانات من متصفح الويب إلى الأردوينو واستقبال البيانات منه.
المتطلبات الأساسية:
- لوحة أردوينو (مثل Arduino Uno أو Nano أو Mega).
- برنامج Arduino IDE مثبت على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
- كابل USB لتوصيل الأردوينو بجهاز الكمبيوتر.
- متصفح يدعم واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية (Chrome, Edge, Opera).
الخطوة 1: كود الأردوينو
أولاً، قم برفع الكود التالي إلى لوحة الأردوينو الخاصة بك باستخدام Arduino IDE:
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
if (Serial.available() > 0) {
String data = Serial.readStringUntil('\n');
data.trim();
Serial.print("Received: ");
Serial.println(data);
delay(100);
}
}
يقوم هذا الكود بتهيئة الاتصال التسلسلي بمعدل باود (baud rate) يبلغ 9600. في دالة `loop()`، يتحقق مما إذا كانت هناك أي بيانات متاحة على المنفذ التسلسلي. إذا كانت البيانات متاحة، فإنه يقرأ البيانات حتى يتم استقبال حرف سطر جديد، ويزيل أي مسافات بيضاء بادئة أو لاحقة، ثم يرسل البيانات المستلمة مرة أخرى إلى المنفذ التسلسلي مع البادئة "Received: ".
الخطوة 2: بنية HTML
أنشئ ملف HTML (على سبيل المثال، `index.html`) بالبنية التالية:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Web Serial API Example</title>
</head>
<body>
<h1>Web Serial API Example</h1>
<button id="connectButton">Connect to Serial Port</button>
<textarea id="receivedData" rows="10" cols="50" readonly></textarea><br>
<input type="text" id="dataToSend">
<button id="sendButton">Send Data</button>
<script src="script.js"></script>
</body>
</html>
يحتوي ملف HTML هذا على زر للاتصال بالمنفذ التسلسلي، ومربع نص لعرض البيانات المستلمة، وحقل إدخال لإدخال البيانات المراد إرسالها، وزر لإرسال البيانات. كما أنه يرتبط بملف جافاسكريبت (`script.js`) الذي سيحتوي على كود واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية.
الخطوة 3: كود جافاسكريبت (script.js)
أنشئ ملف جافاسكريبت باسم `script.js` بالكود التالي:
const connectButton = document.getElementById('connectButton');
const receivedDataTextarea = document.getElementById('receivedData');
const dataToSendInput = document.getElementById('dataToSend');
const sendButton = document.getElementById('sendButton');
let port;
let reader;
let writer;
connectButton.addEventListener('click', async () => {
try {
port = await navigator.serial.requestPort();
await port.open({ baudRate: 9600 });
connectButton.disabled = true;
sendButton.disabled = false;
reader = port.readable.getReader();
writer = port.writable.getWriter();
// Listen to data coming from the serial device.
while (true) {
const { value, done } = await reader.read();
if (done) {
// Allow the serial port to be closed later.
reader.releaseLock();
break;
}
// value is a Uint8Array.
receivedDataTextarea.value += new TextDecoder().decode(value);
}
} catch (error) {
console.error('Serial port error:', error);
}
});
sendButton.addEventListener('click', async () => {
const data = dataToSendInput.value + '\n';
const encoder = new TextEncoder();
await writer.write(encoder.encode(data));
dataToSendInput.value = '';
});
يتعامل كود جافاسكريبت هذا مع الاتصال بالمنفذ التسلسلي، واستقبال البيانات، وإرسال البيانات. دعنا نحلل الكود:
- الحصول على العناصر: يحصل على مراجع لعناصر HTML باستخدام معرفاتها (IDs).
- حدث النقر على `connectButton`: عند النقر على زر "Connect to Serial Port"، يحدث ما يلي:
- يستدعي `navigator.serial.requestPort()` لمطالبة المستخدم بتحديد منفذ تسلسلي.
- يفتح المنفذ المحدد بمعدل باود 9600.
- يعطّل زر الاتصال ويمكّن زر الإرسال.
- يحصل على قارئ وكاتب لتدفقات المنفذ القابلة للقراءة والكتابة.
- يدخل في حلقة لقراءة البيانات باستمرار من المنفذ التسلسلي.
- يفك تشفير البيانات المستلمة (وهي `Uint8Array`) باستخدام `TextDecoder` ويضيفها إلى `receivedDataTextarea`.
- حدث النقر على `sendButton`: عند النقر على زر "Send Data"، يحدث ما يلي:
- يحصل على البيانات من حقل الإدخال `dataToSendInput`.
- يضيف حرف سطر جديد (`\n`) إلى البيانات. هذا مهم لأن كود الأردوينو يقرأ البيانات حتى يتم استقبال حرف سطر جديد.
- يشفر البيانات باستخدام `TextEncoder` لتحويلها إلى `Uint8Array`.
- يكتب البيانات المشفرة إلى المنفذ التسلسلي باستخدام `writer.write()`.
- يمسح حقل الإدخال `dataToSendInput`.
الخطوة 4: تشغيل المثال
افتح ملف `index.html` في متصفحك. يجب أن ترى عناصر HTML المحددة في الملف.
- انقر على زر "Connect to Serial Port". سيطالبك متصفحك بتحديد منفذ تسلسلي. حدد المنفذ المرتبط بلوحة الأردوينو الخاصة بك.
- بمجرد الاتصال، سيتم تعطيل زر "Connect to Serial Port"، وسيتم تمكين زر "Send Data".
- أدخل بعض النص في حقل الإدخال وانقر على زر "Send Data".
- يجب أن ترى النص "Received: [النص الخاص بك]" يظهر في مربع النص. هذا يشير إلى أن البيانات قد تم إرسالها بنجاح من المتصفح إلى الأردوينو ثم إرسالها مرة أخرى من الأردوينو إلى المتصفح.
الاستخدام المتقدم والاعتبارات
معدل الباود (Baud Rate)
معدل الباود هو معدل إرسال البيانات عبر المنفذ التسلسلي. من الضروري أن يتطابق معدل الباود الذي تم تكوينه في تطبيق الويب الخاص بك مع معدل الباود المكوّن في جهازك التسلسلي (مثل كود الأردوينو). تشمل معدلات الباود الشائعة 9600، 115200، وغيرها. سيؤدي عدم تطابق معدلات الباود إلى بيانات مشوهة أو غير قابلة للقراءة.
ترميز البيانات
عادة ما يتم تمثيل البيانات المرسلة عبر المنفذ التسلسلي كسلسلة من البايتات. تستخدم واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية `Uint8Array` لتمثيل هذه البايتات. قد تحتاج إلى ترميز وفك ترميز البيانات باستخدام أنظمة ترميز مناسبة (مثل UTF-8، ASCII) اعتمادًا على نوع البيانات التي ترسلها.
معالجة الأخطاء
من المهم تنفيذ معالجة أخطاء مناسبة في تطبيق الويب الخاص بك للتعامل مع المشكلات المحتملة مثل أخطاء الاتصال وأخطاء إرسال البيانات وانقطاع اتصال الجهاز. استخدم كتل `try...catch` لالتقاط الاستثناءات وتقديم رسائل خطأ مفيدة للمستخدم.
التحكم في التدفق
يمكن استخدام آليات التحكم في التدفق (مثل التحكم في التدفق بالأجهزة، والتحكم في التدفق بالبرامج) لمنع فقدان البيانات عندما يرسل المرسل البيانات بشكل أسرع مما يمكن للمستقبل معالجتها. تدعم واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية التحكم في التدفق بالأجهزة (CTS/RTS). تحقق من المتطلبات المحددة لجهازك التسلسلي لتحديد ما إذا كان التحكم في التدفق ضروريًا.
إغلاق المنفذ
من المهم إغلاق المنفذ التسلسلي بشكل صحيح عند الانتهاء من استخدامه. هذا يحرر المنفذ ويسمح للتطبيقات أو الأجهزة الأخرى باستخدامه. يمكنك إغلاق المنفذ باستخدام طريقة `port.close()`.
if (port) {
await reader.cancel();
await reader.releaseLock();
await writer.close();
await port.close();
}
واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية والبلوتوث
في حين أن واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية نفسها لا تتعامل مباشرة مع اتصالات البلوتوث، يمكن استخدامها بالاقتران مع محولات البلوتوث التسلسلية. تعمل هذه المحولات كجسر، حيث تحول اتصالات البلوتوث إلى اتصالات تسلسلية، والتي يمكن لواجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية التعامل معها بعد ذلك. هذا يفتح إمكانيات للتفاعل مع الأجهزة التي تدعم البلوتوث من متصفح الويب الخاص بك.
تطبيقات واقعية
لواجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة عبر مختلف الصناعات والمجالات:
- الأتمتة الصناعية: التحكم ومراقبة المعدات والآلات الصناعية من واجهة قائمة على الويب. على سبيل المثال، يمكن لعامل في مصنع في ألمانيا استخدام تطبيق ويب لمراقبة درجة حرارة وضغط آلة في الوقت الفعلي.
- الروبوتات: التفاعل مع الروبوتات والأنظمة الروبوتية، مما يتيح التحكم عن بعد والحصول على البيانات. تخيل التحكم في ذراع روبوت في اليابان من لوحة تحكم في كندا.
- الطباعة ثلاثية الأبعاد: التحكم ومراقبة الطابعات ثلاثية الأبعاد، مما يسمح للمستخدمين بتحميل التصاميم ومراقبة تقدم الطباعة وتعديل الإعدادات من متصفح الويب. يمكن لمستخدم في إيطاليا بدء مهمة طباعة على طابعته ثلاثية الأبعاد في المنزل من مكتبه.
- أجهزة إنترنت الأشياء (IoT): الاتصال والتفاعل مع أجهزة إنترنت الأشياء مثل الحساسات والمشغلات وأنظمة التشغيل الآلي للمنزل. على سبيل المثال، يمكن لمزارع في البرازيل مراقبة مستويات رطوبة التربة والتحكم في أنظمة الري عن بعد باستخدام تطبيق ويب.
- الأدوات التعليمية: إنشاء أدوات وتجارب تعليمية تفاعلية تتضمن أجهزة مادية، مما يجعل التعلم أكثر جاذبية وعملية. يمكن للطلاب في فصل الفيزياء استخدام الواجهة لجمع البيانات من حساس متصل ببندول.
- إمكانية الوصول: توفير واجهات بديلة للأجهزة التي قد يكون من الصعب على المستخدمين ذوي الإعاقة تشغيلها مباشرة. يمكن لشخص محدود الحركة التحكم في جهاز منزل ذكي من خلال واجهة قائمة على الويب باستخدام نظام تتبع الرأس.
بدائل لواجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية
بينما توفر واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية طريقة ملائمة للتواصل مع الأجهزة التسلسلية مباشرة من المتصفح، هناك طرق بديلة قد تكون مناسبة اعتمادًا على متطلباتك المحددة:
- واجهة برمجة تطبيقات WebUSB: تسمح واجهة برمجة تطبيقات WebUSB لتطبيقات الويب بالتواصل مع أجهزة USB. على الرغم من أنها توفر مرونة وتحكمًا أكبر مقارنة بواجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية، إلا أنها تتطلب أيضًا تنفيذًا أكثر تعقيدًا وقد لا تكون مناسبة لمهام الاتصال التسلسلي البسيطة.
- التطبيقات الأصلية مع مكتبات تسلسلية: يمكن لتطبيقات سطح المكتب التقليدية استخدام مكتبات الاتصال التسلسلي (مثل libserialport، pySerial) للتفاعل مع الأجهزة التسلسلية. يوفر هذا النهج أقصى درجات التحكم والمرونة ولكنه يتطلب من المستخدمين تثبيت تطبيق أصلي على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم.
- ملحقات المتصفح: يمكن لملحقات المتصفح توفير الوصول إلى المنافذ التسلسلية وموارد الأجهزة الأخرى. ومع ذلك، تتطلب الملحقات من المستخدمين تثبيتها بشكل منفصل، وقد تثير مخاوف أمنية.
- Node.js مع Serialport: يوفر استخدام Node.js في الواجهة الخلفية حلاً قويًا جدًا لإدارة الأجهزة وإنشاء واجهة برمجة تطبيقات آمنة لواجهتك الأمامية. يوفر هذا تحكمًا وأمانًا أكبر من الوصول المباشر عبر المتصفح في العديد من حالات الاستخدام.
استكشاف الأخطاء الشائعة وإصلاحها
فيما يلي بعض المشكلات الشائعة التي قد تواجهها عند العمل مع واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية وكيفية استكشافها وإصلاحها:
- لا يمكن الاتصال بالمنفذ التسلسلي:
- تأكد من أن المنفذ التسلسلي ليس مفتوحًا بالفعل بواسطة تطبيق آخر.
- تحقق من تحديد المنفذ التسلسلي الصحيح في مطالبة المتصفح.
- تحقق من أن معدل الباود المكوّن في تطبيق الويب الخاص بك يطابق معدل باود الجهاز التسلسلي.
- تأكد من أن المستخدم قد منح الإذن لتطبيق الويب بالوصول إلى المنفذ التسلسلي.
- بيانات مشوهة أو غير قابلة للقراءة:
- تحقق من تطابق معدلات الباود بشكل صحيح.
- تحقق من نظام ترميز البيانات (مثل UTF-8، ASCII).
- تأكد من أن البيانات يتم إرسالها واستقبالها بشكل صحيح بواسطة الجهاز التسلسلي.
- فقدان البيانات:
- فكر في استخدام آليات التحكم في التدفق لمنع فقدان البيانات.
- زد حجم المخزن المؤقت (buffer) لاستقبال البيانات.
- قم بتحسين منطق معالجة البيانات لتجنب التأخير.
- مشكلات توافق المتصفح:
- تحقق من توافق المتصفح مع واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية باستخدام Can I use.
- استخدم اكتشاف الميزات للتأكد من أن الواجهة مدعومة من قبل المتصفح قبل استخدامها.
مستقبل واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية
تمثل واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية خطوة مهمة نحو سد الفجوة بين الويب والعالم المادي. مع استمرار نمو دعم المتصفحات وتطور الواجهة، يمكننا أن نتوقع ظهور المزيد من التطبيقات المبتكرة التي تستفيد من قوة الاتصال التسلسلي داخل تطبيقات الويب. تفتح هذه التقنية الأبواب أمام إمكانيات جديدة في إنترنت الأشياء، والأتمتة الصناعية، والروبوتات، والتعليم، والعديد من المجالات الأخرى.
الخلاصة
تمكّن واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية مطوري الويب من إنشاء تطبيقات تتفاعل مباشرة مع الأجهزة التسلسلية، مما يفتح ثروة من الإمكانيات للتحكم والمراقبة والحصول على البيانات عبر الويب. يقدم هذا الدليل نظرة عامة شاملة على الواجهة، بما في ذلك ميزاتها واعتبارات الأمان والأمثلة العملية ونصائح استكشاف الأخطاء وإصلاحها. من خلال فهم واستخدام واجهة برمجة تطبيقات الويب التسلسلية، يمكنك إنشاء تطبيقات ويب مبتكرة وجذابة تتكامل بسلاسة مع العالم المادي.