نظام متنقل لتتبع جسم متحرك يعتمد على ESP32 و HC-SR04

محاور الدرس

مقدمة

1- كيف يعمل النظام المحمول لتتبع جسم متحرك بناءً على بطاقة ESP32 و مستشعر HC-SR04 ومحرك سيرفو

2- مكونات نظام لتتبع جسم متحرك الضرورية

3- مخطط الأسلاك النظام لتتبع جسم متحرك

4- برمجة لوحة ESP32 مع Micropython للتحكم في النظام متنقل لتتبع جسم متحرك

مقدمة

نظام تتبع الأجسام المتحركة هو نظام يستخدم التقنيات الحديثة مثل تحديد المواقع العالمية  والاتصالات اللاسلكية لتحديد موقع الأجسام المتحركة وتتبع حركتها بشكل دقيق وفعال. يمكن أن يتم استخدام هذا النظام في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك تتبع السيارات، وإدارة flotillas، وتتبع الحمولات اللوجستية، وإدارة الأصول، والمراقبة الأمنية، والعديد من التطبيقات الأخرى.

المكونات الرئيسية لنظام تتبع الأجسام المتحركة:

1- الاتصالات اللاسلكية: تُستخدم لنقل بيانات الموقع من الأجهزة المتحركة إلى أنظمة الرصد والتحكم.

2- وحدة المعالجة المركزية (CPU) والبرمجيات: تحسن من قدرة النظام على تحليل البيانات، وتخزين المعلومات، وتقديم التقارير.

3- قاعدة بيانات: تخزن البيانات الجغرافية والمعلومات ذات الصلة بالأجسام المتحركة.

4- واجهة المستخدم: توفر واجهة بسيطة وسهلة الاستخدام للمستخدم لعرض معلومات الموقع والتحكم في النظام.

5- تكنولوجيا الحساب السحابي (Cloud Computing): تسمح بتخزين البيانات ومعالجتها على الأنترنت، مما يسمح بالوصول إلى المعلومات من أي مكان وفي أي وقت.

6- الأجهزة الإضافية: قد تشمل أجهزة إضافية مثل حساسات الحركة، وكاميرات المراقبة، وأجهزة الاستشعار البيئي لتوفير معلومات إضافية حول البيئة المحيطة بالأجسام المتحركة.

كيف يعمل النظام:

1- تحديد المواقع: تُرسل أجهزة  إشارات لأجهزة الاستقبال لتحديد المواقع الجغرافية بدقة.

2- نقل البيانات: يُرسل البيانات الموقعية من أجهزة إلى قاعدة البيانات أو السحابة عبر الاتصالات اللاسلكية.

3- معالجة البيانات: يُعالج النظام البيانات الموقعية ويُحدث معلومات الموقع ومسار الجسم المتحرك.

4- عرض المعلومات: تقوم واجهة المستخدم بعرض الموقع الحالي للأجسام المتحركة وتوفير تقارير وتحليلات حول حركتها.

5- التحكم والتحليل: يُمكن للمشرفين استخدام النظام لتتبع الأجسام المتحركة، وتحليل سلوكها، واتخاذ القرارات بناءً على البيانات الموقعية.

بهذه الطريقة، يُمكن لنظام تتبع الأجسام المتحركة أن يوفر رؤية شاملة وفعالة حول حركة الأجسام المتحركة، مما يساعد في تحسين الإنتاجية والأمان واتخاذ القرارات الاستراتيجية.

كيف يعمل النظام المحمول لتتبع جسم متحرك بناءً على بطاقة ESP32 و مستشعر HC-SR04 ومحرك سيرفو

لإنشاء نظام محمول لتتبع جسم متحرك باستخدام مستشعر ESP32 وHC-SR04 ومحرك سيرفو، يمكن اتباع الخطوات التالية:

المكونات:

1- ESP32 Development Board: يستخدم للتحكم الرئيسي والتواصل مع المستشعر والمحرك.

2- اثنين من أجهزة الاستشعار HC-SR04 Ultrasonic: يستخدم لقياس المسافة بين النظام والجسم المتحرك.

3- محرك سيرفو: يستخدم لتوجيه المستشعر نحو الجسم المتحرك.

العملية:

1- تحديد المسافة:

يتم إرسال إشارة من ESP32 إلى HC-SR04 لتوليد موجة فوق صوتية.

يقوم HC-SR04 بإرسال الموجة الفوق صوتية وقياس الوقت الذي يستغرقه الصدى للعودة إليه.

يحسب ESP32 المسافة باستخدام الوقت الذي استغرقه الصدى.

2- التوجيه باستخدام محرك سيرفو:

يقوم ESP32 بتحديد الاتجاه الذي يجب توجيه المستشعر إليه بناءً على المسافة المقاسة.

يستخدم محرك السيرفو لتوجيه المستشعر نحو الاتجاه المحدد.

مكونات نظام لتتبع جسم متحرك الضرورية

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- اثنين من أجهزة الاستشعار الموجات فوق الصوتية HC-SR04:

يتألف HC-SR04 عادةً من 4 أسلاك: VCC، Trig، Echo، وGND.

3- محرك سيرفو

محرك السيرفو هو جهاز كهربائي يستخدم لتوجيه أو تحديد الزاوية بدقة. يستخدم عادة في التطبيقات التي تتطلب تحكم دقيق في الحركة، مثل الروبوتات، ونماذج الطائرات اللاسلكية، ومشاريع الهواة، والروبوتات المتحكمة عن بعد، وأكثر من ذلك.

4- أسلاك التوصيل:

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

5- 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 النظام لتتبع جسم متحرك

توصيل المستشعر الأول HC-SR04

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 GPIO18 الخاص بلوحة ESP32.

قم بتوصيل طرف Trig الخاص بمستشعر HC-SR04 بمنفذ GPIO19 الخاص بلوحة ESP32.

توصيل المستشعر الثاني HC-SR04

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 Trig الخاص بمستشعر HC-SR04 بمنفذ GPIO16 الخاص بلوحة ESP32.

توصيل محرك سيرفو

قم بتوصيل السلك الأحمر لمحرك سيرفو بدبوس 5 فولت للوحة ESP32.

قم بتوصيل السلك الأصفر من المحرك سيرفو بمنفذ GPIO22 الخاص بلوحة ESP32.

قم بتوصيل السلك البني من المحرك سيرفو بمنفذ GND الخاص بلوحة ESP32.

برمجة لوحة ESP32 مع Micropython للتحكم في النظام متنقل لتتبع جسم متحرك

أولًا، تأكد قبل استخدام  البرنامج MicroPython  من

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

2- تحميل مكتبة hc-sr04

3- تحميل مكتبة servo