إنشاء نظام كشف العوائق على أساس مستشعر الموجات فوق الصوتية HC-SR04 و بطاقة المايكروبيت

محاور الدرس

مقدمة

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

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 بطاقة المايكروبيت

نظام الكشف عن العوائق الذي يعتمد على مستشعر HC-SR04 و بطاقة المايكروبيت مع الصمام و الجرس يعتمد على تقنية قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية (الترددات الفوق صوتية) للكشف عن العوائق. إليك مبدأ تشغيل هذا النظام:

1- إرسال الموجات الفوق صوتية: يتم إرسال نبض فوق صوتي من قبل مستشعر HC-SR04 عند تفعيله عبر توجيه إشارة إلى دبوس التشغيل (Trig) باستخدام بطاقة المايكروبيت.

2- انعكاس الموجات على العائق: تتحرك الموجات الفوق صوتية عبر الهواء حتى تصطدم بعائق. عندما تصطدم بالعائق، تنعكس الموجات مرة أخرى نحو المستشعر.

3- استقبال التردد: يتم استقبال التردد المنعكس على دبوس الاستقبال (Echo) في المستشعر.

4- حساب المسافة: يقوم المايكروبيت بقياس الفاصل الزمني بين إرسال إشارة التشغيل واستقبال التردد. باستخدام سرعة الصوت في الهواء (تقريباً 343 مترًا في الثانية عند 20 درجة مئوية)، يتم حساب المسافة إلى العائق.

5- كشف العائق: يقوم المايكروبيت بمقارنة المسافة المحسوبة مع قيمة عتبة محددة مسبقًا. إذا كانت المسافة أقل من القيمة المعتمدة، يتم اعتبار وجود عائق.

6- تنشيط الـ الصمام والبازر: في حالة اكتشاف عائق، يقوم المايكروبيت بتنشيط الـ الصمام واالجرس. الـ الصمام توفر إشارة بصرية، والبازر يصدر صوت تحذير.

7- مراقبة مستمرة: يقوم النظام بمتابعة المسافة بشكل مستمر، وإذا حرك العائق أو لم يعد موجودًا، يتم إلغاء تنشيط الـ الصمام والالجرس.

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- 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- أسلاك التوصيل:

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

7- لوحة تجارب (Breadboard) :

لتسهيل توصيل المكونات والتجارب.

مخطط الأسلاك لنظام الكشف عن العوائق

توصيل حساس HC-SR04 بلوحة 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 بلوحة 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) للوحة المايكروبيت.

برمجة لوحة 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.

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 إذا كانت المسافة بين المستشعر و العائق أقل من 3 سم، وإيقاف تشغيلهما في غير ذلك.