إنشاء نظام كشف العوائق على أساس HC-SR04 و ESP32

محاور الدرس

مقدمة

1- مبدأ تشغيل نظام الكشف عن العوائق على أساس HC-SR04 و ESP32

2- مكونات نظام الكشف عن العوائق

3- مخطط الأسلاك لنظام الكشف عن العوائق

4- برمجة لوحة ESP32 باستخدام Micropython

مقدمة

نظام كشف العوائق يمكن أن يشير إلى نظام يستخدم مجموعة من الأجهزة والتقنيات لرصد وتحديد وجود عوائق في بيئة معينة. يمكن أن يكون هناك العديد من التطبيقات لنظم كشف العوائق، بما في ذلك في المركبات الذكية، الصناعة، الروبوتات، وأنظمة الأمان. سأقدم نظرة عامة على المكونات الرئيسية التي قد تشكل جزءًا من نظام كشف العوائق:

مستشعر المسافة: يستخدم لقياس المسافة بين الجهاز والعوائق. مثل HC-SR04 وهو مستشعر التردد الفوق الصوتي.

وحدة المعالجة المركزية (الميكروكنترولر): يتم استخدامه للتحكم في تشغيل وقراءة المستشعر واتخاذ قرارات استنادًا إلى البيانات.

مصدر طاقة: يمكن أن يكون بطارية أو مصدر طاقة خارجي، حسب المتطلبات.

مؤشرات بصرية (LEDs): يمكن استخدام LEDs لتوفير إشارات بصرية للمستخدم عند اكتشاف العوائق.

أجهزة صوتية (Buzzers): يمكن استخدام Buzzers لتوفير إشارات صوتية عند اكتشاف العوائق.

أنظمة اتصال: يمكن استخدام تقنيات الاتصال لتبادل البيانات بين مكونات النظام، مثل البلوتوث أو واي فاي.

برمجة وتحكم: يتم برمجة النظام لاتخاذ قرارات بناءً على البيانات التي يتم جمعها من المستشعر وتنفيذ الإجراءات المناسبة.

أنظمة تحكم ذكية: يمكن أيضًا استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي أو التعلم الآلي لتحسين أداء نظام كشف العوائق.

تعتمد تصميم نظام كشف العوائق على تطبيق محدد ومتطلباته الفريدة. يتم تكوين وبرمجة النظام بحيث يستجيب بفعالية للتحديد والتعامل مع العوائق في البيئة المحيطة به.

مبدأ تشغيل نظام الكشف عن العوائق على أساس HC-SR04 و ESP32

نظام الكشف عن العوائق الذي يعتمد على مستشعر المسافة HC-SR04 ووحدة التحكم ESP32 يعتبر نظامًا فعّالًا وشائعًا في مجالات مثل روبوتات التجوال الذكية أو المشاريع التفاعلية. ال HC-SR04 هو

نظام الكشف عن العوائق الذي يعتمد على HC-SR04 وESP32 بالإضافة إلى صمام ثنائي الباعث للضوء وجهاز الإنذار (Buzzer) يمكن تصميمه لتوفير إشارات بصرية وصوتية عند اكتشاف العوائق. إليك مبدأ تشغيل مبسط:

HC-SR04: يتم توصيل HC-SR04 بـ ESP32 كما تم شرحه في الرد السابق.

صمام ثنائي الباعث للضوء: يمكن توصيل LED إلى مخرج رقمي على ESP32، وعند اكتشاف عائق، يمكن تشغيل الLED لإظهار الحالة.

وحدة الجرس الإلكترونية: يتم توصيل جهاز الإنذار (Buzzer) إلى مخرج آخر على ESP32. يمكن استخدام الBuzzer لإصدار أصوات تنبيه عند اكتشاف العوائق.

برمجة ESP32:

يتم برمجة ESP32 باستخدام Thonny.

يتم قراءة البيانات من HC-SR04 كما هو موضح في الرد السابق.

عند اكتشاف عائق (إذا كانت المسافة أقل من الحد المحدد):

يتم تشغيل الصمام ثنائي الباعث للضوء لإظهار الإشارة البصرية.

يتم تشغيل وحدة الجرس الإلكترونية لإصدار صوت تنبيه.

مكونات نظام الكشف عن العوائق

1- بطاقة ESP32:

بطاقة ESP32 هي نوع من الأنظمة على شكل متحكمات صغيرة تعتمد على معالج ESP32 من شركة Espressif Systems. هذه البطاقة تقدم مجموعة واسعة من الميزات والإمكانيات، وتستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل الإنترنت الذكي (IoT) والمشاريع الصغيرة والمتوسطة.

2- حساس الموجات فوق الصوتية HC-SR04:

هو وحدة قياس المسافة بالترددات الفوق صوتية. يستخدم هذا الجهاز في العديد من التطبيقات لقياس المسافات بشكل دقيق وكشف العوائق

3- صمام ثنائي الباعث للضوء

الصمام ثنائي الباعث للضوء هو نوع من الأشباه الموصلات الذي ينبعث ضوء عند مرور التيار الكهربائي عبره.

4- مقاومة

يُفضل استخدام مقاومة لتحديد التيار الذي يمر في الصمام. يمكنك استخدام قيمة مقاومة تتوافق مع متطلبات الصمام وتوفر التيار المناسب لضمان إضاءة الصمام بشكل صحيح دون تلفه. القيمة الشائعة للمقاومة هي 220 أوم.

5- الجرس الإلكتروني

الجرس الإلكتروني هو جهاز إلكتروني يستخدم لإصدار صوت التنبيه أو الإنذار عند حدوث حدث معين أو عند تلقي إشارة معينة. يتم استخدام الجرس الإلكتروني في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك الأنظمة الأمانية، وأجهزة التحكم، وأجهزة التنبيه.

6- أسلاك التوصيل:

أسلاك توصيل لربط بين أقطاب HC-SR04 وبين بطاقة ESP32.

7- لوحة تجارب (Breadboard) :

لتسهيل توصيل المكونات والتجارب.

بعد توصيل المكونات، يمكنك استخدام MicroPython كمثال سابق لقراءة بيانات المسافة من HC-SR04 وتوصيلها ببطاقة ESP32. يمكنك استخدام الشيفرة المصدرية التي قدمتها في الإجابة السابقة لتحقيق هذه المهمة.

مخطط الأسلاك لنظام الكشف عن العوائق

توصيل حساس HC-SR04 بلوحة ESP32:

قم بتوصيل طرف VCC الخاص بمستشعر HC-SR04 بمنفذ 3.3V الخاص بلوحة ESP32.

قم بتوصيل طرف GND الخاص بمستشعر HC-SR04 بمنفذ GND الخاص بلوحة ESP32.

قم بتوصيل طرف Echo الخاص بمستشعر HC-SR04 بمنفذ GPIO17 الخاص بلوحة ESP32.

قم بتوصيل طرف Tirg الخاص بمستشعر HC-SR04 بمنفذ GPIO16 الخاص بلوحة ESP32.

توصيل صمام ثنائي الباعث للضوء بلوحة ESP32:

يتم توصيل المقاوم بين طرف GPIO19 والطرف الموجب (الأنود) من صمام ثنائي الباعث للضوء.

قم بتوصيل الطرف السالب (الكاثود) لكل صمام ثنائي الباعث للضوء بالأرض (GND) للوحة ESP32.

توصيل الجرس بلوحة ESP32:

قم بتوصيل الطرف (+) الخاص بالجرس بمنفذ GPIO23 الخاص بلوحة ESP32.

قم بتوصيل الطرف (-) الخاص بالجرس بمنفذ GND الخاص بلوحة ESP32.

برمجة لوحة ESP32 باستخدام Micropython

لبرمجة لوحة ESP32 باستخدام MicroPython لنظام كشف العوائق باستخدام HC-SR04 وتحكم في صمام ثنائي الباعث للضوء والجرس (Buzzer)، يمكنك استخدام المكتبة المدمجة في MicroPython التي تسمى "machine" للتحكم في GPIOs و"hcsr04" لدعم مستشعر المسافة HC-SR04. هنا مثال بسيط لتحقيق ذلك:

أولًا، تأكد قبل استخدام  البرنامج MicroPython  من

1- تحميل مكتبة hc-sr04  

2-  استخدام البرنامج التالي: esp32-20210902-v1.17.bin.