المايكروبيت (Micro:bit) - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 أجهزة التحكم الدقيقة

المفاهيم الأساسية

أجهزة التحكم الدقيقة: أجهزة تعمل بطريقة محددة مسبقاً وفق إجراءات دقيقة تتم برمجتها، ولا يمكن عدها أجهزة ذكية حقاً.

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.

أمثلة على أجهزة التحكم الدقيقة

• المايكروبيت (Micro:bit): جهاز تحكم دقيق مصمم للأغراض التعليمية، يتميز بوجود أزرار وميكروفون.
• أردوينو أونو (Arduino UNO): جهاز تحكم دقيق شائع لتصميم النماذج الأولية، أكثر قوة من الناحية البرمجية.
• رازبيري باي (Raspberry Pi): حاسوب صغير الحجم (ليس جهاز تحكم دقيق فقط) يمكن توصيله بلوحة مفاتيح وفأرة وتحميل نظام تشغيل كامل عليه.

المزايا

• أقل استهلاكاً للكهرباء ولا تنتج الكثير من الحرارة.
• يمكن وضعها في دوائر أصغر، نظراً لحجمها.
• مناسبة للعمليات ذات المهمة الواحدة.
• تتوفر بسعات ذاكرة مختلفة حسب الحاجة من 4 بت (Bit) إلى 128 بت (Bit).

العيوب

• بشكل عام، لا يمكنها التعامل مع عمليات متعددة المهام.
• تحتاج إلى تحميل البرامج الجديدة يدوياً.
• محدودة في قوة معالجتها.
• غالباً لا تمتلك نظام تشغيل.

```

نقاط مهمة

• أجهزة التحكم الدقيقة (مثل Arduino و Micro:bit) منتشرة في أجهزة إنترنت الأشياء المستقلة والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
• رغم تشابه طبيعة جهازي الأردوينو والمايكروبيت، إلا أن الأردوينو أونو R3 أكثر قوة برمجياً، بينما يتميز المايكروبيت بوجود أزرار وميكروفون.
• يمكن محاكاة دوائر هذه الأجهزة في تطبيق دوائر أوتوديسك تينكر كاد.

على الرغم من قدرة أجهزة التحكم الدقيقة على محاكاة بعض الوظائف البشرية، إلا أنه يجب عدم الخلط بين عمل هذه الأجهزة وذكاء المحاكاة، فقد تطلق وصفاً على ما بأنه جهاز ذكي، ولكن الواقع هو أن جميع هذه الأجهزة تعمل بطريقة محددة مسبقاً وفق إجراءات دقيقة تتم برمجتها. من المهم الإشارة إلى أنه بغض النظر عن مدى حداثة الجهاز أو جودة البرمجة الذي يعمل به، فإنه لا يمكن عد أجهزة التحكم الدقيقة أجهزة ذكية حقاً.

يرى البعض أن جهاز را زبيري باي (Raspberry Pi) هو جهاز تحكم دقيق مثل أردوينو (Arduino)، ويُعد جهاز را زبيري باي بمثابة حاسوب صغير الحجم يمكن توصيله بلوحة مفاتيح وفأرة، ويمكن أيضاً تحميل نظام تشغيل كامل عبر بطاقة ذاكرة محمولة في هذا الجهاز. (MicroSD Memory Card)

توجد أجهزة التحكم الدقيقة حولك مثل أجهزة إنترنت الأشياء المستقلة (Autonomous IoT Devices) وكذلك الأجهزة والآلات الإلكترونية الأخرى، ويهدف جهازي التحكم الأردوينو (Arduino) والمايكروبيت (Micro:bit) من أكثر هذه الأجهزة شيوعاً، والتي تستخدم على نطاق واسع في تصميم النماذج الأولية، ويمكن محاكاتها في تطبيق دوائر أوتوديسك تينكر كاد. ورغم تشابه طبيعة جهازي الأردوينو والمايكروبيت، إلا أنه توجد بعض الاختلافات بينهما، حيث يُعد الأردوينو أونو R3 أكثر قوة من الناحية البرمجية، بينما يتميز المايكروبيت بوجود بعض الأزرار والميكروفون.

أقل استهلاكاً للكهرباء ولا تنتج الكثير من الحرارة. يمكن وضعها في دوائر أصغر، نظراً لحجمها. مناسبة للعمليات ذات المهمة الواحدة. تتوفر بسعات ذاكرة مختلفة حسب الحاجة من 4 بت (Bit) إلى 128 بت (Bit).

بشكل عام، لا يمكنها التعامل مع عمليات متعددة المهام. تحتاج إلى تحميل البرامج الجديدة يدوياً. محدودة في قوة معالجتها. غالباً لا تمتلك نظام تشغيل.

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

174

على الرغم من قدرة أجهزة التحكم الدقيقة على محاكاة بعض الوظائف البشرية، إلا أنه يجب عدم الخلط بين عمل هذه الأجهزة وذكاء المحاكاة، فقد تطلق وصفاً على ما بأنه جهاز ذكي، ولكن الواقع هو أن جميع هذه الأجهزة تعمل بطريقة محددة مسبقاً وفق إجراءات دقيقة تتم برمجتها. من المهم الإشارة إلى أنه بغض النظر عن مدى حداثة الجهاز أو جودة البرمجة الذي يعمل به، فإنه لا يمكن عد أجهزة التحكم الدقيقة أجهزة ذكية حقاً. يرى البعض أن جهاز را زبيري باي (Raspberry Pi) هو جهاز تحكم دقيق مثل أردوينو (Arduino)، ويُعد جهاز را زبيري باي بمثابة حاسوب صغير الحجم يمكن توصيله بلوحة مفاتيح وفأرة، ويمكن أيضاً تحميل نظام تشغيل كامل عبر بطاقة ذاكرة محمولة في هذا الجهاز. (MicroSD Memory Card) --- SECTION: المايكروبيت (Micro:bit) --- --- SECTION: أردوينو أونو (Arduino UNO) --- توجد أجهزة التحكم الدقيقة حولك مثل أجهزة إنترنت الأشياء المستقلة (Autonomous IoT Devices) وكذلك الأجهزة والآلات الإلكترونية الأخرى، ويهدف جهازي التحكم الأردوينو (Arduino) والمايكروبيت (Micro:bit) من أكثر هذه الأجهزة شيوعاً، والتي تستخدم على نطاق واسع في تصميم النماذج الأولية، ويمكن محاكاتها في تطبيق دوائر أوتوديسك تينكر كاد. ورغم تشابه طبيعة جهازي الأردوينو والمايكروبيت، إلا أنه توجد بعض الاختلافات بينهما، حيث يُعد الأردوينو أونو R3 أكثر قوة من الناحية البرمجية، بينما يتميز المايكروبيت بوجود بعض الأزرار والميكروفون. --- SECTION: أجهزة التحكم الدقيقة --- --- SECTION: المزايا --- أقل استهلاكاً للكهرباء ولا تنتج الكثير من الحرارة. يمكن وضعها في دوائر أصغر، نظراً لحجمها. مناسبة للعمليات ذات المهمة الواحدة. تتوفر بسعات ذاكرة مختلفة حسب الحاجة من 4 بت (Bit) إلى 128 بت (Bit). --- SECTION: العيوب --- بشكل عام، لا يمكنها التعامل مع عمليات متعددة المهام. تحتاج إلى تحميل البرامج الجديدة يدوياً. محدودة في قوة معالجتها. غالباً لا تمتلك نظام تشغيل. وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 174 --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: جهاز را زبيري باي (Raspberry Pi) Description: A single-board computer with multiple USB ports, an HDMI port, an Ethernet port, and a camera connector. Context: Example of a single-board computer used for embedded systems and learning. **FIGURE**: المايكروبيت (Micro:bit) Description: A compact microcontroller board featuring a 5x5 LED matrix, two programmable buttons, and edge connectors. Context: Example of a microcontroller board designed for educational purposes. **FIGURE**: أردوينو أونو (Arduino UNO) Description: A microcontroller board based on the ATmega328P, featuring USB interface, DC power jack, and various input/output pins. Context: Example of a popular microcontroller board for electronics projects and prototyping.