الدرس الثالث إنشاء نظام لري النباتات

يقوم هذا الدرس على بناء نظام آلي لزيادة كفاءة الري الزراعي وتلبية الحاجة الماسة لتوفير المحاصيل في ظل زيادة السكان. يعتمد النظام على لوحة أردوينو أونو ومحرك تيار مستمر كمضخة مياه، ومستشعر رطوبة التربة لتحديد مستوى الجفاف، ومستشعر درجة الحرارة لرصد الجو. يتم توصيل هذه المكونات باللوحة عبر الأطراف التناظرية والأرضية وطاقة خمسة فولت، ثم بناء كود برمجي يستخدم شاشة الاتصال التسلسلي لمعاينة القراءات واستخدام الشروط المنطقية لضمان عمل المحرك فقط عند انخفاض الرطوبة وارتفاع الحرارة معاً.

الفكرة الأساسية

تعتمد الفكرة على بناء نظام ذكي آلي لتقليل الجهد البشري في ري المزروعات وتحسين كفاءة الإنتاج الزراعي لمواجهة زيادة السكان. يتطلب هذا المشروع ربط مستشعر رطوبة التربة ومستشعر درجة الحرارة بلوحة أردوينو أونو، مع محرك تيار مستمر لضخ المياه بناء على حالة البيئة المحيطة بالنبات.

الشرح

يبدأ العمل بإضافة لوحة أردوينو أونو إلى مساحة العمل وتدويرها ثلاث مرات باتجاه عقارب الساعة لتناسب التصميم. ثم تضاف بقية المكونات وهي محرك التيار المستمر ومستشعر درجة الحرارة ومستشعر رطوبة التربة. يتم توصيل المحرك بحيث يربط الطرف الأول بالطرف الأرضي وتغيير لون السلك إلى الأسود، والطرف الثاني بالطرف التناظري A5 وتغيير لونه إلى الأحمر. بعد ذلك يوصل مستشعر درجة الحرارة بطرف الطاقة خمسة فولت بالسلك الأحمر، وطرف مخرج الجهد بالطرف التناظري A3 بالسلك الأصفر، والطرف الأرضي بالطرف الأرضي بالسلك الأسود. ثم يكتمل العمل بتوصيل مستشعر رطوبة التربة بطرف الطاقة خمسة فولت بالسلك الأحمر، والطرف الأرضي بالسلك الأسود، وطرف الإشارة بالطرف التناظري A0 بالسلك الأخضر.

تستخدم شاشة الاتصال التسلسلي لمراقبة القيم التي ترسلها المستشعر. يمكن طباعة النصوص أو القيم التناظرية باستخدام لبنات الطباعة مع تحديد خيار إنشاء سطر جديد أو متابعة نفس السطر، وتضاف لبنة الانتظار لمدة ثانية واحدة لتخفيف ازدحام الشاشة. يعتمد كود التشغيل على شرط منطقي يجمع بين قراءة الرطوبة وقراءة الحرارة، بحيث يتم تشغيل المحرك بربط الطرف A5 بقيمة مرتفعة إذا كانت رطوبة التربة أقل من 150 ودرجة الحرارة أكبر من 30 درجة مئوية، وإلا يتم إيقاف المحرك بربط الطرف A5 بقيمة منخفضة.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كانت قراءة مستشعر رطوبة التربة على الطرف A0 تساوي 120، وقراءة مستشعر درجة الحرارة على الطرف A3 تساوي 35 درجة مئوية، وأردنا معرفة حالة المحرك على الطرف A5:

1. نفحص شرط رطوبة التربة: القيمة 120 وهي أقل من 150، إذن الشرط الأول صحيح.
2. نفحص شرط درجة الحرارة: القيمة 35 وهي أكبر من 30، إذن الشرط الثاني صحيح.
3. بما أن كلا الشرطين متحققان وربطهما بأداة الربط المنطقية «و»، فإن النتيجة النهائية تكون صحيحة.
4. بناء على ذلك، يتم إعطاء الأمر للمحرك عبر ضبط الطرف A5 بقيمة مرتفعة لتشغيل المضخة وسقي النباتات.

أخطاء شائعة

• توصيل أسلاك المستشعرات بأطراف خاطئة على لوحة الأردوينو كخلط أطراف الطاقة والجهد والأرضي.
• نسيان إضافة لبنة الانتظار في الكود البرمجي مما يؤدي إلى امتلاء شاشة الاتصال التسلسلي وتوقف التنفيذ مؤقتاً.
• استخدام أداة الربط المنطقية الخاطئة بين شروط المستشعرات مثل وضع «أو» بدلاً من «و» مما يغير منطق تشغيل المحرك.
• عدم تدوير لوحة الأردوينو بالاتجاه والعدد المطلوبين في بداية مساحة العمل.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما حالة المخرج على الطرف A5 إذا كانت رطوبة التربة على الطرف A0 تساوي 200 ودرجة الحرارة على الطرف A3 تساوي 25 درجة مئوية؟ الإجابة: حالة المخرج هي منخفضة، لأن رطوبة التربة 200 وهي ليست أقل من 150، وبالتالي فإن كلا الشرطين غير متحققين فلا يعمل المحرك.

السؤال الثاني: لماذا تستخدم شاشة الاتصال التسلسلي في هذا المشروع البرمجي؟ الإجابة: تستخدم كأداة مراقبة لقيم المستشعرات، وتسهيل تحديد المشكلات البرمجية والدورية من خلال معاينة قيم الإخراج الناتجة منها.