صفحة 173 - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 أجهزة التحكم الدقيقة (Microcontrollers)

المفاهيم الأساسية

جهاز التحكم الدقيق (Microcontroller): حاسوب متخصص يعمل دون تدخل بشري، يُدمج فيه المعالج والذاكرة وبعض أجهزة الإدخال والإخراج معًا. يُعرف أيضًا باسم أجهزة التحكم أحادية اللوحة أو الأنظمة المدمجة.

المستشعرات (Sensors): أجهزة إدخال لجهاز التحكم الدقيق، تفحص البيئة المحيطة بحثًا عن محفزات (كاللمس، الحركة، الصوت) أو متغيرات (كدرجة الحرارة، الرطوبة، الضوء). تشبه عمل الحواس البشرية.

المشغلات الميكانيكية (Actuators): أجهزة إخراج لجهاز التحكم الدقيق.

خريطة المفاهيم

```markmap

الوحدة 5: محاكاة نظام التحكم الدقيق

الأهداف التعليمية

المعرفة

• توضيح كيفية استخدام جهاز التحكم الدقيق
• التعرف على المكونات الخارجية لجهاز التحكم الدقيق
• وصف تأثير العناصر المختلفة على الدائرة المنطقية
• وصف استخدامات الترانسستور (Transistor)

المهارات

• برمجة جهاز المايكرو:بت (Micro:bit) باستخدام لغة البايثون
• استخدام مستشعري درجة الحرارة والإضاءة في المايكرو:بت
• تصميم دوائر تحكم دقيق لتطبيقات حياتية
• التحكم في فرق الجهد باستخدام المقاومة المتغيرة (Potentiometer)
• استخدام الترانسستور كمضخم في الدائرة
• استخدام محرك التيار المستمر (DC) كمشغل للحركة

الأدوات

• تطبيق دوائر أوتوديسك تينكركاد (Autodesk Tinkercad Circuits)

المحتوى

• إنشاء دوائر إلكترونية بسيطة ومعقدة
• الاستعانة بمستشعرات (Sensors) ومشغلات (Actuators)

أجهزة التحكم الدقيقة (Microcontrollers)

تعريف

• حاسوب متخصص يعمل دون تدخل بشري
• يُدمج فيه المعالج والذاكرة وأجهزة الإدخال/الإخراج
• يعمل ببرنامج واحد فقط في الوقت ذاته

مقارنة مع الحاسوب التقليدي

• الحاسوب التقليدي: يستخدم الفأرة ولوحة المفاتيح للإدخال والشاشة للإخراج، ويشغل عدة برامج متزامنة.
• جهاز التحكم الدقيق: يستخدم المستشعرات للإدخال والمشغلات للإخراج، ويشغل برنامجًا واحدًا.

مكونات النظام

• المدخلات: المستشعرات (Sensors) (مثل: حساس درجة الحرارة)
• المخرجات: المشغلات الميكانيكية (Actuators)
• البرنامج: يعمل بشكل مستمر داخل الجهاز، ويغير المخرجات بناءً على المدخلات.

أمثلة تطبيقية

• إطلاق إنذار الحريق عند اكتشاف ارتفاع درجة الحرارة.
• تشغيل نظام تكييف الهواء.
• مراقبة محرك السيارة والتحكم به.
• تشغيل الآلات على خط التجميع الآلي.

```

نقاط مهمة

• جهاز التحكم الدقيق يشبه "دماغًا محوسبًا صغيرًا" يحصل على إشاراته من المستشعرات.
• تستجيب المستشعرات للمنبهات الخارجية بتغيير فرق الجهد أو بإرسال إشارة رقمية.
• مثال تطبيقي: برنامج داخل جهاز التحكم يطلق إنذارًا عند اكتشاف ارتفاع كبير في درجة الحرارة (احتمال حريق).

--- SECTION: أجهزة التحكم الدقيقة Microcontrollers --- يُعد جهاز الحاسب من أكثر الأجهزة استخداما في هذه الأيام، ويحتاج مستخدم الحاسوب إلى ملحقات إضافية مثل الفأرة ولوحة المفاتيح للإدخال، وكذلك وجود الشاشة للإخراج. ويوجد نوع آخر من أجهزة الحاسب يُطلق عليه اسم جهاز التحكم الدقيق والذي يعمل دون أي تدخل بشري حيث يمكن لمستخدم الحاسوب التقليدي تشغيل عدة برامج بشكل متزامن لمشاهدة مقاطع الفيديو وتصفح البريد الإلكتروني مثلا ، أما جهاز التحكم الدقيق فلا يمكنه سوى تشغيل برنامج واحد في الوقت ذاته، ويُعد جهاز التحكم الدقيق بمثابة حاسوب متخصص مزود بأجهزة إدخال وإخراج تساعده على التفاعل مع البيئة المحيطة بشكل ذاتي. ويُطلق على هذه الأجهزة المحوسبة تسميات أخرى مثل أجهزة التحكم أحادية اللوحة أو الأنظمة المدمجة. ويُدمج المعالج والذاكرة وبعض أجهزة الإدخال والإخراج معًا في أنظمة أجهزة التحكم الدقيقة بأنواعها المختلفة. بدلا من استخدام الفأرة ولوحة المفاتيح والشاشة كملحقات إضافية للحاسوب التقليدي، فإن جهاز التحكم الدقيق يستخدم أجهزة مثل المستشعرات (Sensors) للإدخال، ويستخدم المشغلات الميكانيكية (Actuators) للمخرجات. يفحص المستشعر البيئة المحيطة بحثًا عن وجود محفزات مثل اللمس أو الحركة أو الصوت، وكذلك بحثا عن متغيرات معينة مثل درجة الحرارة، والرطوبة، والضوء وغيرها من العوامل البيئية، ويتشابه عمل المستشعرات مع عمل الحواس البشرية، وذلك في استكشاف المحفزات في البيئة المحيطة. وتستجيب المستشعرات للمنبهات الخارجية من خلال إحداث تغيير في فرق الجهد أو من خلال إرسال إشارة رقمية. وتعمل حواس الإنسان بطريقة مماثلة للمستشعرات، حيث ترسل الحواس الإشارات إلى الدماغ عبر الجهاز العصبي. يشبه جهاز التحكم الدقيق دماغا محوسبا صغيرًا، ولكنه يحصل على الإشارات من خلال المستشعرات المتصلة به كمدخلات للبرنامج الذي يعمل بشكل مستمر داخل جهاز التحكم، ويمكن لهذا البرنامج أن يتفاعل ويُغير المخرجات وفقًا للمدخلات والبيانات التي يحصل عليها من تلك المستشعرات. فعلى سبيل المثال، يعمل جهاز التحكم الدقيق على إطلاق جهاز الإنذار في حال اكتشافه ارتفاع درجة الحرارة بصورة كبيرة داخل أحد المباني، والذي يعني إمكانية وجود حريق داخل المبنى. --- SECTION: معلومة --- قد يستخدم جهاز التحكم الدقيق لتشغيل نظام تكييف الهواء داخل مبنى، أو مراقبة تشغيل محرك السيارة والتحكم به، أو تشغيل الآلات على خط تجميع آلي. --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: لوحة جهاز التحكم الدقيق Description: Image of a circuit board with various electronic components. **DIAGRAM**: نظام إنذار الحريق Description: Diagram showing a fire alarm system with a sensor, fire, and alarm. **QR_CODE**: رابط الدرس الرقمي Description: QR code linking to the digital lesson.