صفحة 289 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

الكتاب: كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 | المادة: إنترنت الأشياء | المرحلة: الصف 11 | الفصل الدراسي: 1

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

📚 معلومات الصفحة

الكتاب: كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 | المادة: إنترنت الأشياء | المرحلة: الصف 11 | الفصل الدراسي: 1

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

نوع المحتوى: درس تعليمي

📝 ملخص الصفحة

📚 تمارين تطبيقية على مشروع حاوية النفايات الذكية

المفاهيم الأساسية

شبكة MQTT: بروتوكول اتصال يستخدم في إنترنت الأشياء (يظهر في تمرين رسم مخطط).

الترانزستور الضوئي: مكون إلكتروني (يُطلب وصفه ومكوناته وحالات استخدامه).

مستشعر الإمالة: مكون إلكتروني (يُطلب وصفه ومكوناته وحالات استخدامه).

خريطة المفاهيم

```markmap

7. الرسائل في إنترنت الأشياء

تصميم وبرمجة جهاز ذكي (صفحة 273)

مشروع: إدارة النفايات الذكية

#### المشكلة: اكتظاظ سكاني يؤدي لتراكم النفايات

#### الحل: استخدام حاويات نفايات ذكية

##### ترسل تنبيه عند الامتلاء

##### تحلل البيانات لتحسين العملية

#### التنفيذ: نموذج أولي لحاوية ذكية

##### يحسب متوسط مرات الاستخدام للوصول للسعة الكاملة

##### يرسل رسالة إلى وسيط (MQTT) عند كل استخدام

##### يرسل رسالة عند الامتلاء إلى متحكم النظام

#### التقنيات المستخدمة

##### متحكم أردوينو (Arduino)

##### برمجة باستخدام بروتوكول Firmata ولغة بايثون

##### منصة MQTT (مثل EMQX) لتوزيع الرسائل

مكونات وأدوات المشروع (صفحة 274)

الترانزستور الضوئي (Phototransistor)

#### الوظيفة: كشف الضوء وتحويله لإشارات كهربائية

#### الرمز التخطيطي: رمز ترانزستور مع سهمين باتجاه القاعدة

#### المظهر الفعلي: جسم بلاستيكي صغير بثلاثة أطراف ونافذة شفافة

مستشعر الإمالة (Tilt Sensor)

#### الوظيفة: قياس درجة الميل بالنسبة للجاذبية

#### الرمز التخطيطي: دائرة تحتوي على دوائر صغيرة تمثل آلية الكرة أو الزئبق

#### المظهر الفعلي: مكون مستطيل أسود بثلاثة أطراف

النموذج الأولي باستخدام الأردوينو (صفحة 275)

آلية عمل النموذج

#### مستشعر الإمالة: يسجل حدث الفتح/الإمالة في كل مرة.

#### الترانزستور الضوئي: يعمل كمستشعر عند الوصول إلى حد معين (يعني أن الحاوية مليئة).

المكونات المطلوبة

#### لوحة أردوينو أونو R3

#### لوحة توصيل الدوائر الصغيرة (Breadboard)

#### ترانزستور ضوئي

#### مستشعر إمالة

#### مقاومتان (1 كيلو أوم)

الاتصال ببسيط EMXQ العام (صفحة 276)

خطوات التثبيت والاتصال

#### 1. تثبيت تطبيق MQTTX

##### زيارة موقع: https://mqttx.app/

##### تنزيل أحدث إصدار وتشغيل المثبت

#### 2. تكوين الاتصال بالوسيط (EMQX)

##### فتح تطبيق MQTTX وإنشاء اتصال جديد

##### إدخال بيانات الاتصال:

###### الاسم (Name): مثال: desktop_connection

###### المضيف (Host): mqtt://broker.emqx.io

###### المنفذ (Port): 1883

دائرة الأردوينو (صفحة 277)

تثبيت المكونات

#### 1. لوحة أردوينو أونو R3

#### 2. لوحة توصيل الدوائر الصغيرة (Breadboard)

#### 3. مستشعر الضوء (Phototransistor)

#### 4. مستشعر الإمالة بأربعة أطراف (4-pin Tilt Sensor)

#### 5. مقاومتان (Resistor)

توصيل المكونات (صفحة 278)

توصيل الترانزستور الضوئي

#### 1. الباعث (Emitter) → الطرف التناظري A0 (سلك أصفر)

#### 2. المقاومة: طرف مع الباعث، والطرف الآخر → العمود السالب للوحة

#### 3. 5V من الأردوينو → المقاومة الموجبة للوحة (سلك أحمر)

#### 4. GND من الأردوينو → العمود السالب للوحة (سلك أسود)

#### 5. المجمع (Collector) → العمود الموجب للوحة

توصيل مستشعر الإمالة

#### 1. المقاومة الثانية → الطرف الثاني للمستشعر

#### 2. الطرف الثاني للمستشعر → الطرف الرقمي 3 للأردوينو (سلك أحمر)

#### 3. الطرف الرابع للمستشعر → العمود الموجب للوحة (سلك أحمر)

#### 4. المقاومة: طرف → العمود السالب للوحة (سلك أسود)

الدائرة بشكلها النهائي (صفحة 279)

الشكل النهائي للدائرة

#### شكل 7.16: مخطط تخطيطي للدائرة الكاملة

##### يوضح لوحة أردوينو أونو متصلة بلوحة توصيل

##### يظهر المكونات: مقاومة، LED، ترانزستور

##### يظهر أسلاك التوصيل (أحمر، أصفر، أخضر، أسود، برتقالي)

#### شكل 7.17: صورة فعلية للدائرة

##### تمثل الشكل الحقيقي للدائرة عند بنائها

##### تظهر المكونات نفسها في الواقع

#### شكل 7.18: توصيل الأطراف بالمكونات

##### يوضح كيفية توصيل مكونات محددة بأطراف الأردوينو

##### يظهر مكونًا مربعًا أسود

##### يظهر مكونًا دائريًا موصولًا بالطرف D3

##### يظهر مكونًا دائريًا موصولًا بالطرف A0

برمجة الأردوينو (صفحة 280)

إعداد بيئة البرمجة

#### 1. تشغيل بروتوكول StandardFirmata على الأردوينو

#### 2. تثبيت حزمة paho-mqtt في بايثون

##### الأمر: pip install paho-mqtt

#### 3. إنشاء ملف بايثون جديد (mqtt_arduino.py)

#### 4. استيراد المكتبات المطلوبة

##### datetime: لإنشاء طوابع زمنية

##### time: للتحكم في سير البرنامج

##### json: للعمل مع كائنات JSON

##### pyfirmata: للتواصل مع الأردوينو

##### paho.mqtt.client: لإنشاء عميل MQTT

#### 5. تعريف متغيرات عميل MQTT

##### CLIENT_ID: معرف العميل (مثال: "PUBLISHER_01")

##### MQTT_BROKER: عنوان الوسيط (مثال: "broker.emqx.io")

##### TOPIC: اسم الموضوع (مثال: "waste/drops")

##### PORT: منفذ الخادم الافتراضي (1883)

##### FLAG_CONNECTED: متغير إشارة للاتصال

تهيئة الاتصال وبرمجة المتغيرات (صفحة 281)

تهيئة الاتصال بالأردوينو

#### استخدام مكتبة pyfirmata للاتصال عبر منفذ معين (مثل COM4)

#### تحديد أطراف المستشعرات:

##### مستشعر الإضاءة: الطرف التناظري A0

##### مستشعر الإمالة: الطرف الرقمي 3

إنشاء متغيرات المشروع

#### can_full: متغير منطقي (True/False) يحدد ما إذا كانت الحاوية ممتلئة.

#### garbage_drops: عداد لتتبع عدد مرات الاستخدام (الإمالة).

إنشاء دالة لإعادة التعيين

#### reset_can(): تعيد تعيين متغيري can_full و garbage_drops إلى القيم الافتراضية عند امتلاء الحاوية.

إنشاء رسالة JSON (صفحة 282)

خطوات إنشاء الدالة publish_message()

#### 1. إنشاء متغير timestamp بتنسيق الوقت (مثال: "%H:%M:%S")

#### 2. إنشاء كائن قاموس (Dictionary) يحتوي على:

##### timestamp

##### garbage_drops

##### can_full

#### 3. تحويل القاموس إلى كائن JSON باستخدام json.dumps()

#### 4. نشر الرسالة إلى الموضوع المشترك (مثال: "waste/drops") عبر client.publish()

#### 5. التعامل مع الأخطاء المحتملة أثناء النشر

الاتصال بـ MQTT (صفحة 282)

إنشاء دالة معالج الأحداث on_connect()

#### الوظيفة: إرسال رسالة تأكيد إلى الواجهة الطرفية (Terminal) حول نجاح الاتصال أو فشله.

#### الوسيط rc: يرسل من خلال مكتبة paho ليعرض حالة الاتصال.

##### إذا كان rc == 0: الاتصال ناجح.

##### إذا كان rc != 0: الاتصال فاشل.

البرنامج الرئيسي (صفحة 283)

تهيئة عميل MQTT والاشتراك

#### تهيئة عميل MQTT باستخدام معرف العميل (CLIENT_ID).

#### ربط معالج الأحداث on_connect.

#### الاتصال بالوسيط (MQTT_BROKER) على المنفذ المحدد (PORT).

#### الاشتراك في الموضوع المحدد (TOPIC).

التكرار الرئيسي للبرنامج

#### قراءة قيم المستشعرات (light_value, tilt_value) بشكل مستمر.

#### طباعة القيم المقروءة وعداد القمامة (garbage_drops).

#### زيادة العداد (garbage_drops) عند حدوث إمالة (tilt_value == True).

#### إذا حدثت إمالة وكانت الحاوية ممتلئة (light_value <= 0.200):

##### تعيين can_full = True.

##### نشر رسالة عبر publish_message().

##### إعادة تعيين الحاوية عبر reset_can().

##### نشر رسالة أخرى.

#### الانتظار لمدة ثانية (time.sleep(1)) قبل التكرار التالي.

البرنامج بشكله النهائي (صفحة 284)

الكود الكامل

#### استيراد المكتبات:

##### datetime, time, json, pyfirmata, paho.mqtt.client

#### تعريف متغيرات عميل MQTT:

##### CLIENT_ID, MQTT_BROKER, TOPIC, PORT, FLAG_CONNECTED

#### تهيئة الاتصال بالأردوينو:

##### تحديد منفذ الاتصال (مثل 'COM4')

##### بدء مكرر (Iterator) للوحة

#### تحديد أطراف المستشعرات:

##### light_sensor_pin: الطرف التناظري A0

##### tilt_sensor_pin: الطرف الرقمي 3

#### تعريف متغيرات المشروع:

##### can_full: حالة امتلاء الحاوية

##### garbage_drops: عداد مرات الاستخدام

#### تعريف دالة reset_can():

##### إعادة تعيين garbage_drops = 0

##### إعادة تعيين can_full = False

الكود البرمجي (صفحة 285)

دالة publish_message()

#### الوظيفة: إنشاء ونشر رسالة JSON إلى وسيط MQTT.

#### الخطوات:

##### إنشاء طابع زمني (timestamp) بتنسيق "YYYY-MM-DD HH:MM:SS".

##### إنشاء قاموس يحتوي على: timestamp, garbage_drops, can_full.

##### تحويل القاموس إلى سلسلة JSON.

##### محاولة نشر الرسالة إلى الموضوع (TOPIC) باستخدام client.publish().

##### التعامل مع الأخطاء أثناء النشر.

##### الانتظار لمدة ثانيتين (time.sleep(2)) وطباعة تأكيد الإرسال.

دالة on_connect()

#### الوظيفة: معالج حدث الاتصال بوسيط MQTT.

#### آلية العمل:

##### تستقبل معامل rc الذي يمثل رمز النتيجة.

##### إذا كان rc == 0: الاتصال ناجح، يتم تعيين FLAG_CONNECTED = True.

##### إذا كان rc != 0: الاتصال فاشل.

البرنامج الرئيسي (صفحة 286)

الحلقة الرئيسية (Main Loop)

#### تهيئة عميل MQTT والاشتراك

##### client = mq.Client(CLIENT_ID)

##### client.on_connect = on_connect

##### client.connect(MQTT_BROKER, PORT)

##### client.subscribe(TOPIC, 0)

#### التكرار المستمر (while True)

##### قراءة قيم المستشعرات:

###### light_value = light_sensor_pin.read()

###### tilt_value = tilt_sensor_pin.read()

##### طباعة القيم إذا كانت موجودة.

##### زيادة عداد القمامة (garbage_drops) عند حدوث إمالة (tilt_value == True).

##### التحقق من امتلاء الحاوية (light_value <= 0.200):

###### إذا كانت ممتلئة:

####### تعيين can_full = True.

####### نشر رسالة.

####### إعادة تعيين الحاوية (reset_can()).

##### نشر رسالة في كل تكرار.

##### الانتظار ثانية واحدة (time.sleep(1)).

اختبار الوسيط (صفحة 287)

الغرض من الاختبار

#### التحقق من نشر الرسائل بشكل صحيح قبل تنفيذ كود بايثون.

#### استخدام عميل MQTTX للاشتراك في موضوع واستقبال الرسائل.

خطوات استخدام MQTTX للاشتراك

#### 1. في تبويبة desktop_connection، اضغط على زر New Subscription.

#### 2. في مربع نص Topic، اكتب "waste/drops".

#### 3. اضغط على زر Confirm.

عرض الرسائل من خلال عميل MQTTX (صفحة 288)

نتيجة تنفيذ البرنامج

#### بعد تنفيذ مقاطع بايثون وبدء نشر الرسائل، يتم استقبالها في عميل MQTTX.

شكل واجهة عميل MQTTX

#### تحتوي على:

##### لوحة Connections مع اتصال desktop_connection.

##### زر New Subscription للاشتراك في مواضيع جديدة.

##### سجل الرسائل المستلمة.

مثال على الرسالة المستلمة

#### Topic: waste/drops

#### QoS: 0

#### Payload (JSON):

##### {"timestamp":"2022-10-03 11:14:54", "garbage_drops":9, "can_filled":false}

تمارين (صفحة 289)

تمرين 1: رسم مخطط

#### المطلوب: إنشاء مخطط لشبكة MQTT مع لوحة أردوينو واحدة تعمل كناشر واثنتان تعملان كمستقبلات.

#### أداة المساعدة: شبكة تفصيلية (Grid) مرفقة للرسم.

تمرين 2: الوصف والمكونات

#### المطلوب: تقديم وصف للترانزستور الضوئي ومكونات مستشعر الإمالة وحالات استخدامها.

```

نقاط مهمة

  • تحتوي الصفحة على تمرينين تطبيقيين على مشروع حاوية النفايات الذكية.
  • التمرين الأول عملي، يطلب رسم مخطط شبكة MQTT باستخدام شبكة مرفقة للرسم.
  • التمرين الثاني نظري، يطلب وصفاً تفصيلياً لمكونين رئيسيين في المشروع (الترانزستور الضوئي ومستشعر الإمالة).

📋 المحتوى المنظم

📖 محتوى تعليمي مفصّل

1

نوع: QUESTION_HOMEWORK

أنشئ مخططاً لشبكة MQTT مع لوحة أردوينو واحدة تعمل كناشر واثنتان تعملان كمستقبلات.

2

نوع: QUESTION_HOMEWORK

قدم وصفاً للترانزستور الضوئي ومكونات مستشعر الإمالة وحالات استخدامها.

نوع: محتوى تعليمي

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

🔍 عناصر مرئية

A detailed grid with many small squares, suitable for drawing circuit diagrams or flowcharts. It has major grid lines at wider intervals and minor grid lines within those intervals.

📄 النص الكامل للصفحة

--- SECTION: 1 --- أنشئ مخططاً لشبكة MQTT مع لوحة أردوينو واحدة تعمل كناشر واثنتان تعملان كمستقبلات. --- SECTION: 2 --- قدم وصفاً للترانزستور الضوئي ومكونات مستشعر الإمالة وحالات استخدامها. وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **GRAPH**: Untitled Description: A detailed grid with many small squares, suitable for drawing circuit diagrams or flowcharts. It has major grid lines at wider intervals and minor grid lines within those intervals. Context: This grid is provided for the student to draw a schematic diagram for a MQTT network with an Arduino board as a publisher and two as receivers, as requested in question 1.

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 2

سؤال س:1: أنشئ مخططاً لشبكة MQTT مع لوحة أردوينو واحدة تعمل كناشر واثنتان تعملان كمستقبلات.

الإجابة: س:1: المخطط: لوحة (ناشر) ← وسيط (broker) ← لوحات (مشتركات). الوسيط يستقبل الرسائل ويوزعها حسب الموضوع (Topic).

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** شبكة MQTT هي بروتوكول مراسلة خفيف الوزن مصمم خصيصًا لأجهزة إنترنت الأشياء (IoT). يعتمد هذا البروتوكول على نموذج النشر/الاشتراك (Publish/Subscribe) بدلاً من نموذج العميل/الخادم التقليدي، مما يجعله فعالاً في بيئات النطاق الترددي المنخفض أو الاتصال المتقطع.
  2. **الخطوة 2 (المكونات الأساسية):** تتكون شبكة MQTT من ثلاثة مكونات رئيسية: - **الناشر (Publisher):** وهو الجهاز الذي يرسل الرسائل (في حالتنا لوحة الأردوينو الأولى). - **الوسيط (Broker):** وهو الخادم المركزي الذي يستقبل الرسائل من الناشرين ويعيد توجيهها إلى المشتركين المهتمين بناءً على "الموضوع" (Topic). - **المشترك (Subscriber):** وهو الجهاز الذي يستقبل الرسائل من الوسيط بعد أن يكون قد اشترك في موضوع معين (في حالتنا لوحتا الأردوينو الأخريان).
  3. **الخطوة 3 (إنشاء المخطط):** لإنشاء مخطط لشبكة MQTT بالوصف المعطى، نتخيل الآتي: - لوحة أردوينو واحدة تعمل كناشر، ترسل رسائل (بيانات، أوامر، إلخ) إلى الوسيط. - الوسيط (Broker) يستقبل هذه الرسائل ويقوم بتصنيفها بناءً على الموضوع الذي أرسلت به. - لوحتا أردوينو الأخريان تعملان كمشتركات، وكل منهما تشترك في موضوع أو أكثر لدى الوسيط. - عندما تصل رسالة إلى الوسيط بموضوع تشترك فيه إحدى اللوحات، يقوم الوسيط بإرسال نسخة من الرسالة إليها. إذن المخطط العام هو: **لوحة أردوينو (ناشر) ← وسيط MQTT (Broker) ← لوحتا أردوينو (مشتركات)**. الوسيط هو النقطة المركزية التي تربط بين الناشر والمشتركين، ويضمن وصول الرسائل الصحيحة إلى الأجهزة الصحيحة بناءً على اشتراكاتها في المواضيع.

سؤال س:2: قدم وصفاً للترانزستور الضوئي ومكونات مستشعر الإمالة وحالات استخدامها.

الإجابة: س:2: الترانزستور الضوئي: تتحكم شدة الضوء الساقط في تيار القاعدة، فيعمل كمحساس للضوء (أدق من المقاومة). استخداماته: قياس شدة الإضاءة، تتبع الخط في الروبوت، العدادات الضوئية، وكاشف الأشعة تحت الحمراء. مستشعر الإمالة: يتكون من غلاف وكرة معدنية تعمل كمفتاح (تغلق / تفتح الدائرة) عند ميلان الحساس. استخداماته: أنظمة الإنذار (عند تحريك الجهاز)، كشف سقوط الأجهزة، تطبيقات الألعاب والروبوتات.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (وصف الترانزستور الضوئي واستخداماته):** الترانزستور الضوئي هو نوع خاص من الترانزستورات يتأثر عمله بالضوء الساقط عليه. بدلاً من تيار القاعدة الكهربائي، تتحكم شدة الضوء الساقط على وصلة القاعدة في الترانزستور في تيار المجمع، مما يجعله يعمل كمستشعر دقيق للضوء. كلما زادت شدة الضوء، زاد التيار المار عبر الترانزستور. يُستخدم هذا النوع من الترانزستورات في تطبيقات تتطلب قياس شدة الإضاءة، مثل أنظمة تتبع الخط في الروبوتات (لتمييز الأسطح الفاتحة والداكنة)، العدادات الضوئية التي تكشف مرور الأجسام بقطع حزمة ضوئية، وكاشفات الأشعة تحت الحمراء في أجهزة التحكم عن بعد أو أنظمة الأمن.
  2. **الخطوة 2 (وصف مستشعر الإمالة ومكوناته واستخداماته):** مستشعر الإمالة هو جهاز بسيط مصمم للكشف عن ميلان أو حركة الجسم الذي يثبت عليه. يتكون عادةً من غلاف صغير بداخله كرة معدنية موصلة كهربائياً. تعمل هذه الكرة كمفتاح؛ فعندما يكون المستشعر في وضع مستقيم، تكون الكرة في وضع معين (مثلاً، لا تلامس الأطراف)، وعندما يميل المستشعر، تتحرك الكرة لتلامس طرفين أو أكثر، مما يؤدي إلى إغلاق أو فتح دائرة كهربائية، وبالتالي يعمل كمفتاح يعتمد على الميلان. تُستخدم هذه المستشعرات في أنظمة الإنذار (للكشف عن تحريك الأجهزة)، كشف سقوط الأجهزة الإلكترونية لحمايتها أو لتسجيل الحدث، وفي تطبيقات الألعاب والروبوتات التي تعتمد على حركة الجهاز أو توجيهه.

🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

عدد البطاقات: 4 بطاقة لهذه الصفحة

في نموذج النشر/الاشتراك (Publish/Subscribe) المستخدم في بروتوكول MQTT، ما هو دور الوسيط (Broker)؟

  • أ) هو الجهاز الذي يرسل البيانات إلى الشبكة بناءً على قراءات المستشعرات.
  • ب) هو الخادم المركزي الذي يستقبل الرسائل من الناشرين ويعيد توجيهها إلى المشتركين المهتمين بناءً على الموضوع (Topic).
  • ج) هو الجهاز الذي يستقبل الأوامر من الوسيط وينفذها، مثل تشغيل محرك.
  • د) هو برنامج على لوحة الأردوينو يحول الإشارات التناظرية إلى رقمية.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: هو الخادم المركزي الذي يستقبل الرسائل من الناشرين ويعيد توجيهها إلى المشتركين المهتمين بناءً على الموضوع (Topic).

الشرح: 1. الوسيط (Broker) هو مكون أساسي في شبكة MQTT. 2. يستقبل جميع الرسائل من الأجهزة الناشرة (Publishers). 3. لا يرسل الرسائل إلى جميع الأجهزة، بل يوزعها فقط على الأجهزة المشتركة (Subscribers) التي اشتركت في الموضوع المحدد للرسالة. 4. يعمل كوسيط ذكي يضمن وصول الرسائل الصحيحة إلى الأجهزة الصحيحة.

تلميح: هذا المكون هو النقطة المركزية التي تربط جميع الأجهزة ولا يرسل الرسائل مباشرة.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط

ما هو المبدأ الأساسي لعمل الترانزستور الضوئي (Phototransistor)؟

  • أ) يقوم بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة حرارية لتشغيل دارة كهربائية.
  • ب) يستخدم مقاومة متغيرة تقل قيمتها مع زيادة شدة الضوء الساقط عليها.
  • ج) تتحكم شدة الضوء الساقط على وصلة القاعدة في الترانزستور في تيار المجمع، مما يجعله يعمل كمستشعر دقيق للضوء.
  • د) يعمل كمفتاح (مفتوح/مغلق) فقط عند تعرضه لمصدر ضوء قوي جداً.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: تتحكم شدة الضوء الساقط على وصلة القاعدة في الترانزستور في تيار المجمع، مما يجعله يعمل كمستشعر دقيق للضوء.

الشرح: 1. الترانزستور الضوئي هو ترانزستور ثنائي القطب (BJT) معدل. 2. في الترانزستور العادي، تيار القاعدة الكهربائي يتحكم في تيار المجمع. 3. في الترانزستور الضوئي، يتم استبدال تيار القاعدة الكهربائي بتأثير الضوء. 4. شدة الضوء الساقط على المنطقة الحساسة (القاعدة) تتحكم مباشرة في مقدار تيار المجمع. 5. كلما زادت شدة الضوء، زاد التيار المار، مما يجعله مستشعراً تناظرياً للضوء.

تلميح: فكر في كيف يحل هذا المكون محل الإدخال الكهربائي التقليدي في الترانزستور.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

أي من التطبيقات التالية هو استخدام نموذجي للترانزستور الضوئي؟

  • أ) قياس درجة حرارة المحرك في السيارة.
  • ب) كشف الاهتزازات في الهاتف المحمول.
  • ج) أنظمة تتبع الخط في الروبوتات لتمييز الأسطح الفاتحة والداكنة.
  • د) قياس مستوى الصوت في غرفة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: أنظمة تتبع الخط في الروبوتات لتمييز الأسطح الفاتحة والداكنة.

الشرح: 1. الترانزستور الضوئي حساس للتغيرات في شدة الضوء. 2. في روبوت تتبع الخط، يتم تثبيت الترانزستور الضوئي بجوار مصدر ضوء (مثل LED). 3. يشع الضوء على السطح (خط أبيض أو أسود) وينعكس. 4. السطح الأبيض يعكس ضوءاً أكثر، فيزيد تيار الخرج. 5. السطح الأسود يعكس ضوءاً أقل، فيقل تيار الخرج. 6. معالج الروبوت يقرأ هذه التغيرات في التيار لتوجيه الروبوت على طول الخط.

تلميح: هذا التطبيق يستفيد من حساسية الترانزستور الضوئي للتغيرات الدقيقة في شدة الضوء المنعكس.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

كيف يعمل مستشعر الإمالة (Tilt Sensor) الميكانيكي البسيط؟

  • أ) يستخدم بلورة كوارتز تولد فرق جهد عند تعرضها لقوة ناتجة عن الميلان.
  • ب) يقيس التغير في المقاومة لمادة سائلة داخل أنبوب عند ميلانها.
  • ج) يتكون من غلاف بداخله كرة معدنية موصلة؛ فعند ميلان المستشعر، تتحرك الكرة لتلامس طرفين أو أكثر، مما يؤدي إلى إغلاق أو فتح دائرة كهربائية.
  • د) يرسل حزمة من الأشعة تحت الحمراء ويكشف انعكاسها لقياس زاوية الميل.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يتكون من غلاف بداخله كرة معدنية موصلة؛ فعند ميلان المستشعر، تتحرك الكرة لتلامس طرفين أو أكثر، مما يؤدي إلى إغلاق أو فتح دائرة كهربائية.

الشرح: 1. مستشعر الإمالة البسيط يحتوي على غلاف عازل. 2. بداخله توجد كرة معدنية صغيرة موصلة للكهرباء. 3. في الوضع المستقيم، تكون الكرة في مكان لا تلامس فيه الأقطاب الكهربائية. 4. عند ميلان المستشعر، تتدحرج الكرة بفعل الجاذبية. 5. حركة الكرة تجعلها تلامس نقطتي اتصال (أقطاب) داخل الغلاف. 6. هذا التلامس يُغلق الدائرة الكهربائية، فيعمل كمفتاح (Switch ON). 7. عند عودة المستشعر لوضعه المستقيم، تبتعد الكرة عن الأقطاب فتُفتح الدائرة (Switch OFF).

تلميح: آلية عمله تشبه المفتاح الكهربائي، لكن الزناد هو الجاذبية وحركة كرة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط