صفحة ١٠٠
انظر إلى الشكل: نبدأ اليوم الدرس الثالث لإنشاء نظام إنذار تسرب الغاز. الهدف هو حماية المنازل والمصانع من خطر الأجهزة القابلة للاشتعال. سنستخدم لوحة أردوينو أونو ريفرينس آر ثري لمحاكاة نظام إنذار تسرب الغاز. المكونات التي سنحتاجها هي: طنان كهربائي، ومستشعر غاز، ودايودان مشعان للضوء، وثلاث مقاوملات، ووحة أردوينو أونو، ووحة توصيل الدوائر الصغيرة. عندما يستشعر مستشعر الغاز ارتفاع تركيز الدخان، فإنه يرسل إشارة إلى الأردوينو الذي يبعث إشارة لمجموعة الدايودات لتومض بالتناوب، وإلى الطنان لإصدار صوت صفير متقطع. جهز هذه المكونات على الطاولة لنبدأ بناء الدائرة معاً خطوة بخطوة.
صفحة ١٠١
انظر إلى الشكل: سنبدأ الآن بإضافة المكونات التي نحتاجها إلى مساحة العمل في برنامج المحاكاة. الخطوة الأولى هي البحث عن لوحة الأردوينو أونو ريفرينس آر ثري في مكتبة المكونات وسحبها إلى مساحة العمل لتظهر بالرقم واحد. الخطوة الثانية هي البحث عن لوحة توصيل الدوائر الصغيرة، واختصارها بريدبورد سمول، من مكتبة المكونات وسحبها بجانب الأردوينو لتظهر بالرقم اثنين. هاتان اللوحتان هما أساس أي مشروع سنبنيه؛ فالأردوينو هو العقل الدبّر، ولوحة التوصيل هي المكان الذي سنشبك عليه الأسلاك والمكونات من دون الحاجة إلى لحام. تأكد من وضعهما بشكل مريح في الشاشة لتتمكن من رؤية مسارات التوصيل بوضوح.
صفحة ١٠٢
انظر إلى الشكل: بعد تجهيز اللوحات الأساسية، سنقوم الآن بإضافة مستشعر الغاز والطنان الكهربائي إلى لوحة توصيل الدوائر الصغيرة. ابحث في مكتبة المكونات عن مستشعر الغاز، واسحبه وأفلته في الجهة اليسرى من لوحة التوصيل ليظهر بالرقم اثنين. بعد ذلك، ابحث في نفس المكتبة عن الطنان الكهربائي، واسحبه وأفلته في الجهة اليمنى من لوحة التوصيل ليظهر بالرقم ثلاثة. يمكنك العثور على مستشعر الغاز بسرعة عن طريق تغيير مكتبة المكونات إلى الجميع لتسهيل البحث. يمثل هذا الشكل خطوة هامة لتثبيت أجهزة الإدخال والإخراج في مكانها الصحيح استعداداً لربطها بالأسلاك لاحقاً.
صفحة ١٠٣
انظر إلى الشكل: استمر بالعمل وقم بإضافة دايودين مشعين للضوء إلى لوحة توصيل الدوائر الصغيرة وغير ألوانهما. اسحب الدايود الأول من مكتبة المكونات إلى لوحة التوصيل وضعْه في الموضع الظاهر بالرقم واحد، وغير لونه إلى البرتقالي. ثم اسحب دايودا مشعاً للضوء آخر إلى موضع آخر على اللوحة وضعْه في الموضع الظاهر بالرقم اثنين، وغير لونه إلى الأخضر. تذكر أن جميع الدايودات تحتوي على حالتين إما تشغيل أو إيقاف، وعندما تكون في وضع الإيقاف يكون لونها أغمق. بعد ذلك، أضف المقاومات إلى الدائرة وگيّر قيمتها إلى مئتين وعشرين أوم، وستحتاج إلى ثلاث مقاومات؛ واحدة لكل دايود مشع للضوء، وواحدة لمستشعر الغاز.
صفحة ١٠٤
انظر إلى الشكل: استمر في توصيل أسلاك الدائرة، وأول ما سنقوم به هو توصيل لوحة الأردوينو بلوحة توصيل الدوائر الصغيرة. قم بتوصيل الطرف خمسة فولت من لوحة الأردوينو بالعمود الموجب من لوحة التوصيل الصغرى، وغير لون السلك إلى الأحمر ليظهر بالرقم واحد. ثم قم بتوصيل الطرف الأرضي من لوحة الأردوينو بالعمود السالب من لوحة التوصيل الصغرى، وغير لون السلك إلى الأسود ليظهر بالرقم اثنين. وأخيراً، قم بتوصيل العمودين السالبين من لوحة التوصيل الصغرى ببعضهما بسلك أسود ليظهر بالرقم ثلاثة. هذا التوصيل يضمن وصول الطاقة الكهربائية بجهد خمسة فولت إلى جميع أجزاء لوحة التوصيل.
صفحة ١٠٥
انظر إلى الشكل: استمر بتوصيل أسلاك الطنان الكهربائي. قم بتوصيل الطرف الموجب من الطنان الكهربائي بالطرف التناظري أ اثنين للوحة الأردوينو، وغير لون السلك إلى الأصفر ليظهر بالرقم واحد. ثم قم بتوصيل الطرف السالب من الطنان الكهربائي بالعمود السالب من لوحة توصيل الدوائر الصغيرة، وغير لون السلك إلى الأسود ليظهر بالرقم اثنين. بهذا التوصيل نكون قد ربطنا الطنان بعقل الأردوينو ليتلقى الأوامر الصوتية، ووصلنا طرفه الآخر بالأرضي لتكتمل الدائرة الكهربائية الخاصة به. تأكد من مطابقة ألوان الأسلاك لتجنب أي خطأ في التوصيل أثناء المحاكاة.
صفحة ١٠٦
انظر إلى الشكل: ستوصل بعد ذلك الدايودات المشعة للضوء. قم بتوصيل مهبط الدايود المشع للضوء البرتقالي بالعمود السالب في لوحة توصيل الدوائر الصغيرة، وغير لون السلك إلى الأسود ليظهر بالرقم واحد. ثم قم بتوصيل مقاومة الدايود المشع للضوء البرتقالي إلى الطرف الرقمي ثلاثة، وغير لون السلك إلى البرتقالي ليظهر بالرقم اثنين. بعد ذلك، قم بتوصيل المهبط الخاص بالدايود المشع للضوء الأخضر بالعمود السالب للوحة توصيل الدوائر الصغيرة بسلك أسود ليظهر بالرقم ثلاثة. وأخيراً، قم بتوصيل مقاومة الدايود المشع للضوء الأخضر بالطرف الرقمي اثنين، وغير لون السلك إلى الأخضر ليظهر بالرقم أربعة لترتبط الدايودات بالأردوينو بشكل صحيح.
صفحة ١٠٧
انظر إلى الشكل: في الختام، ست تقوم بتوصيل مستشعر الغاز. قم بتوصيل طرف مستشعر الغاز إتش واحد بالعمود السالب في لوحة توصيل الدوائر الصغيرة بسلك أسود ليظهر بالرقم واحد. ثم قم بتوصيل طرف مستشعر الغاز إتش اثنين بالعمود الموجب لوحدة التوصيل بسلك أحمر ليظهر بالرقم أربعة. ووصل طرف مستشعر الغاز بي واحد بالعمود الموجب أيضاً بسلك أحمر ليظهر بالرقم ثلاثة. ووصل طرف بي اثنين بالعمود الموجب للوحة التوصيل بسلك أحمر ليظهر بالرقم خمسة. وأما طرف مستشعر الغاز إيه اثنين فقم بتوصيله بأي أربع للوحة الأردوينو الرقمي أربع، وغير لون السلك إلى البنفسجي ليظهر بالرقم اثنين لتكتمل جميع التوصيلات.
صفحة ١٠٨
انظر إلى الشكل: يحتوي مستشعر الغاز على ستة أطراف؛ طرفان بحرف إيه، وطرفان بحرف بي، وآخران بحرف إتش. يعمل المستشعر من خلال الكشف عن جزيئات الغاز وتحويل تركيز الغاز المستشعر إلى جهد كهربائي مختلف. أما الغرض من الأطراف ذات الحرف إتش فهو تسخين ملف السخان، والذي بدوره ينشّط المستشعر الكهروكيميائي. يجب توصيل طرف إتش واحد بمصدر جهد وهو خمسة فولت أو ثلاثة وثلاث من عشرة فولت، وطرف إتش الآخر إلى الأرضي. ولنقل البيانات من مستشعر الغاز إلى لوحة الأردوينو، يجب استخدام زوجي الطرفين إيه أو زوجي الطرفين بي، حيث يوصل أحد أطراف الزوج المستخدم بمصدر الجهد، ويوصل الطرف الآخر بالأرضي من خلال المقاومة، وذلك حتى يمكن ضبط حساسية المستشعر.
صفحة ١٠٩
انظر إلى الشكل: بعد أن قمت بعمل التوصيلات اللازمة للنظام، وتعرفت على طريقة عمل مستشعر الغاز والطنان الكهربائي، فإن الخطوة التالية هي برمجة نظام الإنذار الذي قمت بتصميمه. يراقب البرنامج مخرجات مستشعر الغاز للتحقق من وجود خطر حدوث حريق. وإذا اكتشف خطر، فسيصدر صوت إنذار من الطنان الكهربائي مع وميض من الدايودات المشعة للضوء، أما إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن البرنامج سينتظر بعض الوقت. أنشئ البرنامج الآتي في منطقة البرمجة، ثم اضغط على بدء المحاكاة لمحاكاة تشغيل نظام إنذار تسرب الغاز لتختبر استجابة المكونات للبيانات الواردة من المستشعر.
صفحة ١١٠
انظر إلى الشكل: قم بتشغيل البرنامج لاختباره. عندما يكون الدخان بعيداً عن مستشعر الغاز، فلن يصدر الطنان الكهربائي أي صوت، ولن تومض الدايودات المشعة للضوء كما يظهر في الشكل باليمين. أما عندما يكون الدخان قريباً من المستشعر، فسيبدأ الطنان الكهربائي في إصدار صوت صفير، وستومض الدايودات المشعة للضوء والأخضر بالتناوب كما يظهر في الشكل باليسار. هذه التجربة تفيدك في معرفة كيفية استجابة النظام للمتغيرات البيئية وتحويل القراءات التناظرية إلى أفعال تنبيهية واضحة وملموسة عبر محاكاة الدوائر الإلكترونية.
صفحة ١١١
انظر إلى الشكل: هذه صفحة تمارين لتثبيت معلوماتك. في التمرين الأول، المطلوب منك البحث في الإنترنت عن أنواع مختلفة لمخاطر الغاز التي يمكن لمستشعر الغاز اكتشافها وتحليلها، ثم عرض نتائج بحثك في السطور المخصصة. في التمرين الثاني، فكر كيف يمكن للطنان الكهربائي إصدار نغِمات مختلفة كإنذارات للأنواع المختلفة من المخاطر، واعرض أفكارك أسفل السؤال. فكر في الطرق التي تجعل النظام يعطي دلالات صوتية متفرقة بحسب نوع الغاز أو شدة الخطر دون أن تقتصر على نغمة واحدة ثابتة.
صفحة ١١٢
انظر إلى الشكل: تابع حل التمرينات. في السؤال الثالث، مطلوب منك وصف الاستخدامات الممكنة للطنان الكهربائي بخلاف نظام الإنذار، فكر في أجهزة أخرى تستخدم الأصوات للتنبيه. وفي السؤال الرابع، يقول لك إن عدد أطراف مستشعر الغاز والتي توصل وتربط بجهاز التحكم الدقيق يفوق عدد الأطراف المستخدمة في المستشعرات الأخرى؛ راجع المعلومات والإشارات التي يصدرها مستشعر الغاز وعلل سبب اختلاّفه عن الأنواع الأخرى من المستشعرات. اكتب إجابتك بأسلوب علمي مبني على ما درستَه عن وظيفة الأطراف المختلفة للمستشعر.
صفحة ١١٣
انظر إلى الشكل: هذه صفحة تطبيق عملي وتعديلات إضافية على الدائرة. في التمرين الخامس، عليك بتغيير نمط وميض الدايودات المشعة للضوء، فبدلاً من تشغيل كل دايود مشع للضوء وإيقافه مرتين لمدة خمسمئة ملي ثانية، سيتم تشغيل وإيقاف تشغيل الدايود المشع للضوء الأخضر فقط ثلاث مرات ولمدة ثانية واحدة كل مرة. وفي التمرين السادس، قم بتغيير نمط صفير الطنان الكهربائي بحيث يُصدر صفيراً بنغمة بتردد سبعمئة ملي ثانية بدلاً من إصدار نغمة بتردد مئة وعشر هرتز لمدة ثانية واحدة. وفي التمرين السابع، قم بتوسيع الدائرة بحيث يصدر الطنان تحذيراً إضافياً عند زيادة قيمة الغاز عن مئة.
صفحة ١١٤
انظر إلى الشكل: ننتقل إلى مشروع جديد. تحتل المحميات الزراعية أهمية في مجال الزراعة، لاسيما في المناخ والظروف التي تعيق الاستثمار الزراعي، ويجب مراقبة المحميات الزراعية لضبط الظروف بداخله وحمايتها. المطلوب منك في النقطة الأولى تصميم وتنفيذ دائرة في بيئة محاكاة تينكركاد باستخدام جهاز تحكم الأردوينو الدقيق والدايودات المشعة للضوء والمستشعرات لمحاكاة وحدة مراقبة محمية زراعية لإشعار المستخدم بوجود تغيرات في بيئتها مثل الحركة وتغير درجة الحرارة ورطوبة التربة ووجود الدخان. وفي النقطة الثانية، استخدم ألواناً مختلفة للدايودات المشعة للضوء الخاصة بكل مستشعر لتتيح للمستخدم تمييز التغير المحدد. وفي النقطة الثالثة، قم بتوسيع التصميم بحيث يقوم أيضاً بإصدار الرسائل في وحدة التحكم عند استيفاء الشروط.
صفحة ١١٥
انظر إلى الشكل: هذه صفحة الملخص والمصطلحات الرئيسة. لقد تعلمت في هذا الدرس التعرف على مكونات جهاز التحكم الدقيق وبرمجته، وقياس البيانات التي جُمعت من مستشعرات الإدخال المختلفة. كما فهمت كيفية عمل بيانات المستشعرات والخوارزميات معاً في البرمجة، واستخدام تنبيهات التشغيل والاستجابات الآلية. وتدربت على تصميم دوائر إنترنت الأشياء باستخدام جهاز تحكم الأردوينو الدقيق في بيئة محاكاة تينكركاد، وبرمجة جهاز تحكم الأردوينو الدقيق باستخدام لغة لبنات التعليمات البرمجية. أما المصطلحات الرئيسة فهي مستشعر الغاز ومستشعر رطوبة التربة ومستشعر الحرارة وتضمين عرض النبضة.
