صفحة 175 - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 المكونات الملحقة بدائرة جهاز التحكم الدقيق

المفاهيم الأساسية

محرك التيار المستمر (DC Motor): جهاز يُستخدم إلكترونياً لتوليد حركة دورانية باستخدام الطاقة الكهربائية، ويحتوي على عمود محرك (Shaft) لربط العجلات والتروس.

الطنان الكهربائي (Piezo Buzzer): جهاز صغير يمكنه توليد إشارات صوتية باستخدام تأثير الكهراباء الإنضغاطية (Piezoelectric Effect) في بلورات مثل الكوارتز.

مستشعر الحركة (PIR Sensor): مستشعر إلكتروني يكتشف وجود الأشياء في مجال رؤية معين عن طريق قياس إشارات الأشعة تحت الحمراء.

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.

المكونات الملحقة (External Components)

محرك التيار المستمر (DC Motor)

• يولد حركة دورانية.
• يعمل بفرق جهد يتراوح بين 1.5 فولت إلى 24 فولت.
• تصل سرعة دورانه إلى 8000 دورة في الدقيقة (RPM).
• يستخدم في التطبيقات التي تحتاج لسرعة دوران عالية.

الطنان الكهربائي (Piezo Buzzer)

• يولد إشارات صوتية.
• يعمل بتأثير الكهراباء الإنضغاطية (Piezoelectric Effect).
• تتمدد وتتقلص بلوراته بسرعة عند مرور تيار كهربائي، مسببة اهتزازات تنتج الصوت.

مستشعر الحركة (PIR Sensor)

• يكتشف وجود الأشياء في مجال رؤية معين.
• يقيس إشارات الأشعة تحت الحمراء.
• يستخدم في تطبيقات الإنذار والمراقبة الأمنية وفتح أدوات التحكم بالإشارة.

```

نقاط مهمة

• محركات التيار المستمر متاحة بأشكال متنوعة لتقديم أشكال مختلفة للحركة.
• الطنان الكهربائي يحتوي على بلورات صغيرة من مواد مثل الكوارتز أو التوباز.
• مستشعر الحركة (PIR) هو مستشعر سلبي (Passive) للأشعة تحت الحمراء.

المكونات الملحقة بدائرة جهاز التحكم الدقيق

External Components for Microcontroller Circuits

محرك التيار المستمر

محركات التيار المستمر هي أجهزة تُستخدم فيها إلكترونياً لتولد حركة دورانية باستخدام الطاقة الكهربائية، وتشتمل هذه المحركات على عمود محرك (Shaft) يدور بحيث يمكن ربط العجلات والتروس بها، وتتوافر هذه المحركات بأشكال متنوعة لتقديم أشكالاً مختلفة للحركة. وتعمل هذه المحركات في نطاقات فرق جهد تتراوح بين 1.5 فولت إلى 24 فولت، ويُعد دوران يصل إلى 8000 دورة في الدقيقة (Rotations Per Minute - RPM) . وتستخدم هذه المحركات أيضاً في التطبيقات التي تحتاج إلى سرعة دوران عالية.

الطنان الكهربائي

Piezo Buzzer

الطنانات الكهربائية هي أجهزة صغيرة يمكنها توليد إشارات صوتية، وتحتوي بداخلها على بلورات صغيرة من مواد مثل الكوارتز والياقوت الأصغر (التوباز) من خلال ما يعرف بتأثير الكهراباء الإنضغاطية (Piezoelectric Effect). حيث تتمدد البلورات وتتقلص بسرعة وبشكل متكرر عند مرور تيار كهربائي عبرها، وتشكل هذه الاهتزازات السريعة مصدر الأصوات التي ينتجها الطنان.

مستشعر الحركة

PIR Sensor

يُعد مستشعر الحركة (Passive Infrared Sensor - PIR) أحد أنواع المستشعرات الإلكترونية التي يمكنها اكتشاف وجود الأشياء في مجال رؤية معين، ويعمل على قياس إشارات الأشعة تحت الحمراء داخل مجال الرؤية الذي يفحصه. ويتيح ذلك للمستشعر كشف وجود الكائن، وبالتالي يكشف ذلك المستشعر وجود الكائن، ويستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الإنذار والمراقبة الأمنية وفتح أدوات التحكم بالإشارة.

المكونات الملحقة بدائرة جهاز التحكم الدقيق External Components for Microcontroller Circuits محرك التيار المستمر محركات التيار المستمر هي أجهزة تُستخدم فيها إلكترونياً لتولد حركة دورانية باستخدام الطاقة الكهربائية، وتشتمل هذه المحركات على عمود محرك (Shaft) يدور بحيث يمكن ربط العجلات والتروس بها، وتتوافر هذه المحركات بأشكال متنوعة لتقديم أشكالاً مختلفة للحركة. وتعمل هذه المحركات في نطاقات فرق جهد تتراوح بين 1.5 فولت إلى 24 فولت، ويُعد دوران يصل إلى 8000 دورة في الدقيقة (Rotations Per Minute - RPM) . وتستخدم هذه المحركات أيضاً في التطبيقات التي تحتاج إلى سرعة دوران عالية. الطنان الكهربائي Piezo Buzzer الطنانات الكهربائية هي أجهزة صغيرة يمكنها توليد إشارات صوتية، وتحتوي بداخلها على بلورات صغيرة من مواد مثل الكوارتز والياقوت الأصغر (التوباز) من خلال ما يعرف بتأثير الكهراباء الإنضغاطية (Piezoelectric Effect). حيث تتمدد البلورات وتتقلص بسرعة وبشكل متكرر عند مرور تيار كهربائي عبرها، وتشكل هذه الاهتزازات السريعة مصدر الأصوات التي ينتجها الطنان. مستشعر الحركة PIR Sensor يُعد مستشعر الحركة (Passive Infrared Sensor - PIR) أحد أنواع المستشعرات الإلكترونية التي يمكنها اكتشاف وجود الأشياء في مجال رؤية معين، ويعمل على قياس إشارات الأشعة تحت الحمراء داخل مجال الرؤية الذي يفحصه. ويتيح ذلك للمستشعر كشف وجود الكائن، وبالتالي يكشف ذلك المستشعر وجود الكائن، ويستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الإنذار والمراقبة الأمنية وفتح أدوات التحكم بالإشارة. --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: محرك التيار المستمر Description: Image showing a small DC motor with a shaft and electrical connections. Context: Illustrates a DC motor component. **DIAGRAM**: الرمز التخطيطي Description: Schematic diagram representing a DC motor with a symbol 'M' inside a circle and two terminals. Context: Schematic representation of a DC motor. **DIAGRAM**: الرمز التخطيطي Description: Schematic diagram of a Piezo buzzer, showing a speaker-like symbol with positive and negative terminals. Context: Schematic representation of a Piezo buzzer. **FIGURE**: الطنان الكهربائي Description: Image of a Piezo buzzer component with visible terminals and a circular diaphragm. Context: Physical component of a Piezo buzzer. **DIAGRAM**: الرمز التخطيطي Description: Schematic diagram of a PIR motion sensor, showing VCC, OUT, and GND pins, and a PIR label. Context: Schematic representation of a PIR motion sensor. **FIGURE**: مستشعر الحركة Description: Image of a PIR motion sensor module, showing the sensor dome, circuit board with pins (VCC, OUT, GND), and labels. Context: Physical component of a PIR motion sensor.