نظام كشف العوائق يعتمد على HC-SR04 وشاشة I2C LCD و بطاقة المايكروبيت

محاور الدرس

1- مبدأ نظام كشف العوائق يعتمد على HC-SR04 وشاشة I2C LCD و بطاقة المايكروبيت

2- مكونات نظام الكشف عن العوائق

3- مخطط الأسلاك لنظام الكشف عن العوائق

4- برمجة بطاقة المايكروبيت المسؤولة على تشغيل نظام الكشف عن العوائق

مبدأ نظام كشف العوائق يعتمد على HC-SR04 وشاشة I2C LCD و بطاقة المايكروبيت

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.

نظام كشف العوائق يعتمد على مجموعة من الأجهزة والمكونات معينة، وفي هذا السياق، سنتحدث عن مبدأ عمل نظام كشف العوائق باستخدام مستشعر الأمواج فوق الصوتية (HC-SR04)، شاشة العرض السائلة بتقنية I2C، بطاقة المايكروبيت، الصمام (LED)، والجرس (Buzzer).

1- HC-SR04 (مستشعر الأمواج فوق الصوتية):

يعتمد على إرسال إشارات صوتية فوق الصوتية وقياس الزمن اللازم لعودتها بعد الانعكاس.

يتيح للنظام حساب المسافة إلى العائق باستخدام سرعة الصوت في الهواء.

2- شاشة العرض السائلة I2C LCD:

تعتمد على تقنية I2C للاتصال مع بطاقة المايكروبيت.

تستخدم لعرض المعلومات للمستخدم بطريقة سهلة القراءة.

3- بطاقة المايكروبيت:

تقوم بتحكم وتنسيق عمل المكونات الأخرى.

تتلقى البيانات من HC-SR04 وتقوم بعرضها على شاشة LCD.

4- الصمام (LED):

يستخدم كإشارة بصرية للتحذير عند اكتشاف عائق.

5- الجرس (Buzzer):

يستخدم لتوفير إشارة صوتية للتحذير عند اكتشاف عائق.

مبدأ العمل:

1- يتم إرسال نبض من HC-SR04 (مستشعر الأمواج فوق الصوتية) باستخدام بطاقة المايكروبيت.

2- يقوم HC-SR04 بقياس الزمن اللازم لعودة النبض بعد انعكاسه عن العائق.

3- تستخدم بطاقة المايكروبيت هذا الزمن لحساب المسافة باستخدام سرعة الصوت في الهواء.

4- تُعرض القيمة المحسوبة على شاشة العرض السائلة I2C.

5- إذا تجاوزت المسافة المقررة (على سبيل المثال، 4 سم)، يتم تشغيل الصمام والجرس كتحذير لوجود عائق.

باستخدام هذه المكونات بتكاملها، يتمكن النظام من قياس المسافة وتحذير المستخدم عندما يكتشف عائقًا. يمكن استخدام هذا النوع من الأنظمة في تطبيقات مثل تجنب العوائق للروبوتات أو التحكم في أنظمة السيارات الذاتية القائدة.

مكونات نظام الكشف عن العوائق

لوحة المايكروبيت:

لوحة المايكروبيت هي لوحة إلكترونية تستخدم في تطوير الأجهزة الإلكترونية التفاعلية والمشاريع البرمجية. توفر المايكروبيت بيئة برمجية واجهة سهلة للمبتدئين والمحترفين لتطوير الأجهزة والمشاريع المختلفة.

بطاقة التوسيع لـلوحة المايكروبيت:

لتوسيع وظائف بطاقة المايكروبيت ، يمكنك استخدام بطاقة توسيع، المصممة خصيصًا لـ المايكروبيت. توفر لوحات التوسعة هذه موصلات إضافية ومكونات متكاملة ووظائف إضافية لتسهيل إضافة المستشعرات والمحركات والوحدات النمطية الإلكترونية الأخرى.

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- شاشة I2C LCD :

شاشة I2C LCD هي شاشة عرض يمكن التحكم فيها عبر واجهة I2C (Inter-Integrated Circuit). تأتي هذه الشاشات بحجمات مختلفة، ولكن يتميزون بسهولة التوصيل والتحكم فيهم باستخدام عدد قليل من الأسلاك.

4- صمام ثنائي الباعث للضوء

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

5- 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.

6- أسلاك التوصيل:

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

7- لوحة تجارب (Breadboard) :

لتسهيل توصيل المكونات والتجارب.

مخطط الأسلاك لنظام الكشف عن العوائق

توصيل حساس HC-SR04 ببطاقة المايكروبيت:

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

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

قم بتوصيل طرف Echo الخاص بمستشعر HC-SR04 بمنفذ P1 الخاص بلوحة المايكروبيت.

قم بتوصيل طرف Trig الخاص بمستشعر HC-SR04 بمنفذ P0 الخاص بلوحة المايكروبيت.

توصيل صمام ثنائي الباعث للضوء ببطاقة المايكروبيت:

يتم توصيل المقاوم بين منفذ P2 والطرف الموجب (الأنود) من صمام ثنائي الباعث للضوء.

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

توصيل شاشة I2C LCD ببطاقة المايكروبيت:

قم بتوصيل دبوس VCC الخاص بالشاشة بـ 5V من بطاقة التوسيع لـلوحة المايكروبيت.

قم بتوصيل طرف GND الخاص بالشاشة بـ GND الخاص بـالمايكروبيت.

قم بتوصيل طرف SDA الخاص بالشاشة بالدبوس P20 الخاص بـالمايكروبيت.

قم بتوصيل دبوس SCL الخاص بالشاشة بالدبوس P19 من المايكروبيت.

برمجة بطاقة المايكروبيت المسؤولة على تشغيل نظام الكشف عن العوائق

 يمكنك اتباع هذه الخطوات:

1- افتح محرر MakeCode على https://makecode.microbit.org/.

2- أنشئ مشروعًا جديدًا بالنقر على.

3- إضافة المكتبة HC-SR04:

اذهب إلى قسم "ملحقات" في MakeCode.

ابحث عن "sonar" وقم بإضافة المكتبة إلى مشروعك.

4- اختر مكتبة LCD I2C من قائمة الإضافات (ملحقات)، وذلك عن طريق النقر على "Add Package" ثم ابحث عن "LCD I2C".

5- قم بسحب وإسقاط الكتل التالية لإنشاء البرنامج:

تحميل البرنامج

هذا الكود يقوم بما يلي:

1- يقوم بتهيئة دبوس التشغيل والاستقبال والصمام والبازر على اللوحة.

2- يقوم بإرسال نبضة لتشغيل المستشعر وقياس المسافة المرتجعة.

3- يقوم بحساب المسافة استنادًا إلى الزمن المستغرق للإشارة المرتجعة.

4- يقوم بتشغيل الصمام والجرس و عرض رسالة تنبيه على شاشة LCD إذا كانت المسافة بين المستشعر و العائق أقل من 3 سم، وإيقاف تشغيلهما في غير ذلك.