صفحة 177 - كتاب الهندسة - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 المتحكم الدقيق Micro:bit في بيئة دوائر TinkerCAD

المفاهيم الأساسية

المتحكم الدقيق Micro:bit: جهاز تحكم دقيق يستخدم في بيئة محاكاة TinkerCAD Circuits لتصميم وبرمجة دوائر تحكم.

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.

المقاومة المتغيرة (Variable Resistor)

• الوظيفة: ضبط فرق الجهد يدوياً في جزء من الدائرة.
• المبدأ: بناءً على قانون أوم V = I × R، وبافتراض ثبات التيار (I)، فإن تغيير المقاومة (R) يغير فرق الجهد (V).
• التمثيل: لها رمز تخطيطي خاص ومكون في المحاكي (مثل مقياس الجهد Potentiometer).

محرك سيرفو أو محرك مؤازر (Servomotor)

• الخصائص: حركة محدودة النطاق، يوفر تغذية راجعة عن موقعه.
• الاستخدامات: التطبيقات الروبوتية وعمليات التصنيع.
• التمثيل: له رمز تخطيطي خاص ومكون فيزيائي (محرك مؤازر).

استخدام Micro:bit في TinkerCAD Circuits

بيئة المحاكاة

• يمكن استخدام تطبيق TinkerCAD Circuits لمحاكاة دوائر التحكم الدقيق.
• يتم البرمجة باستخدام لغة بسيطة قائمة على اللبنات البرمجية أو لغة بايثون (Python).

هيكل المشروع

• القسم الأول (الدائرة): يتضمن المستشعرات، والمشغلات الميكانيكية، والأسلاك التي تربط المكونات.
• القسم الثاني (البرمجة): يتضمن الأوامر البرمجية (بلغة بايثون) المستخدمة لإدارة المدخلات من المستشعرات وإرسال التعليمات إلى المشغلات.

مكونات لوحة Micro:bit في المحاكي

• توصيل USB.
• 25 دايود مشع للضوء (LED).
• الزر A.
• الزر B.
• الموصلات الطرفية لإضافة الملحقات.
• اللون الافتراضي في المحاكي: RED (أحمر).

```

نقاط مهمة

• يتم استخدام Micro:bit في TinkerCAD كجهاز تحكم دقيق لمحاكاة التجارب.
• كل مشروع يتكون من قسمين: دائرة كهربائية (مكونات وأسلاك) وبرنامج تحكم (أوامر برمجية).
• لغة البرمجة المستخدمة للتحكم في Micro:bit في هذه الوحدة هي لغة بايثون (Python).
• توضح الصفحة شكل Micro:bit في برنامج TinkerCAD Circuits مع تحديد مكوناته الرئيسية.

المتحكم الدقيق Micro:bit في بيئة دوائر TinkerCAD

The Micro:bit Microcontroller in TinkerCAD Circuits Environment

يمكنك استخدام تطبيق دوائر TinkerCAD لمحاكاة بعض دوائر التحكم الدقيق بواسطة لغة برمجة بسيطة قائمة على اللبنات البرمجية أو بلغة بايثون (Python).

ستستخدم في هذه الوحدة المتحكم الدقيق كجهاز تحكم دقيق لمحاكاة العديد من التجارب.

ينقسم كل مشروع من مشاريع أجهزة التحكم الدقيقة إلى قسمين: يتضمن القسم الأول الدوائر نفسها، بما فيها المستشعرات، والمشغلات الميكانيكية، والأسلاك التي تربط المكونات معًا. وأما القسم الثاني فيتضمن الأوامر البرمجية المستخدمة لبرمجة جهاز التحكم الدقيق، وتستخدم هذه الأوامر البرمجية لإدارة المدخلات من المستشعرات وإرسال التعليمات إلى المشغلات الميكانيكية. تستخدم لغة البايثون للتحكم في جهاز التحكم الدقيق.

توصيل USB.

المتحكم الدقيق في مساحة العمل.

اللون الافتراضي: RED (أحمر)

25 دايود مشع للضوء.

الزر A.

الزر B.

الموصلات الطرفية لإضافة الملحقات.

شكل 5:9: المايكروبيت في برنامج دوائر تينكركاد

اسم المكون: Micro:bit (مايكروبيت)

الاسم الافتراضي: 1.

اللون الافتراضي: RED (أحمر)

المتحكم الدقيق Micro:bit في بيئة دوائر TinkerCAD The Micro:bit Microcontroller in TinkerCAD Circuits Environment يمكنك استخدام تطبيق دوائر TinkerCAD لمحاكاة بعض دوائر التحكم الدقيق بواسطة لغة برمجة بسيطة قائمة على اللبنات البرمجية أو بلغة بايثون (Python). ستستخدم في هذه الوحدة المتحكم الدقيق كجهاز تحكم دقيق لمحاكاة العديد من التجارب. ينقسم كل مشروع من مشاريع أجهزة التحكم الدقيقة إلى قسمين: يتضمن القسم الأول الدوائر نفسها، بما فيها المستشعرات، والمشغلات الميكانيكية، والأسلاك التي تربط المكونات معًا. وأما القسم الثاني فيتضمن الأوامر البرمجية المستخدمة لبرمجة جهاز التحكم الدقيق، وتستخدم هذه الأوامر البرمجية لإدارة المدخلات من المستشعرات وإرسال التعليمات إلى المشغلات الميكانيكية. تستخدم لغة البايثون للتحكم في جهاز التحكم الدقيق. توصيل USB. المتحكم الدقيق في مساحة العمل. اللون الافتراضي: RED (أحمر) 25 دايود مشع للضوء. الزر A. الزر B. الموصلات الطرفية لإضافة الملحقات. شكل 5:9: المايكروبيت في برنامج دوائر تينكركاد اسم المكون: Micro:bit (مايكروبيت) الاسم الافتراضي: 1. اللون الافتراضي: RED (أحمر) --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: شكل 5:9: المايكروبيت في برنامج دوائر تينكركاد Description: A diagram illustrating the Micro:bit microcontroller within the TinkerCAD Circuits environment. It shows the Micro:bit board with labeled components like LEDs, buttons (A and B), and connection pins (3V, GND). The TinkerCAD interface is also depicted, showing the component selection panel with items like Capacitor, Slidswitch, Batteries, Breadboard, Micro:bit, and Arduino Uno R3. Labels point to specific parts: USB connection, Micro:bit in the workspace, default color (RED), 25 LEDs, Button A, Button B, connection pins for accessories, and the component name and default name within the TinkerCAD interface. Context: Illustrates the physical components of the Micro:bit and its integration within the TinkerCAD simulation environment, showing how to select and connect components for circuit design.