مقدمة

في هذا الدرس ستتعلم برمجة الأردوينو لتتمكن من التحكم التلقائي بالضوء بحيث تعمل مصابيح المحيط عند تواجد أشخاص ضمن المحيط وذلك عن طريق استخدام حساس الحركة (PIR Sensor) للكشف عن أي حركة في المحيط، وسيتم تشغيل المصابيح باستخدام المرحل (Relay) الذي يتحكم بمرور التيار الكهربائي.

المواد والأدوات

X1 المرحل (5V Relay Module)

X1 حساس الحركة  (pir motion sensor)

X1  لوح تجارب صغير (small size breadboard)

X1أردوينو أونو

 اسلاك توصيل أنثى/ذكر (Jumper Wires Female/male)

 اسلاك توصيل ذكر/ذكر (Jumper Wires Male Male)

Light Bulb Socket (غير متوفر بالمتجر)

X1 لمبة 12 فولت (غير متوفر بالمتجر)*

X1 محول طاقة 12 فولت**

X1 وصلة تيار ثابت انثى

 

*يمكن استخدام 220 فولت (نحن لا نفضل ذلك)
** عند استخدام 220 فولت لن تحتاج لهذا المنتج

في المشاريع او التطبيقات العملية قد نود أن نتحكم بأحمال ذات قدرات عالية High Power باستخدام المتحكم الاصغر Microcontroller . فمثلاً أن نتحكم بإنارة مصباح يعمل على تيار متردد (AC) او تشغيل محركات كهربائية حثية مثل مضخات المياه.

من خلال الاردوينو ,لا يمكننا تشغيل اي حمل ذو استهلاك كبير للطاقة (220v,110v) لأن اقصى جهد يمكن توليده من الاردوينو هو 5 فولت فقط. احد الاجهزة التي لا يمكن للاكترونيات الاستغناء عنها والتي تلعب دور كبير في التحكم بالدرات الكهربائية هو المرحٌل -الريلي-(Relay) .

المرحٌل–Relay

الوظيفة الأولية للمرحل هي فصل دوائر التحكم عن دوائر القدرة، لقيادة تيار مرتفع انطلاقا من إشارة تحكم ضعيفة نسبيا. وبالتالي عن طريق تطبيق تيار صغير يمكننا تشغيل المرحل للسماح بتدفق التيار الأكبر.

فالمرحل يعمل كعنصر وصل/فصل (ON-OFF switch) لتوصيل التيار الكهربائي للأحمال او فصلها.

في هذا المشروع ,سنقوم باستخدام HL-52S  ريلي , يحتوي على ثلاث اقطاب يتم وصلها بمصدر الطاقة ذات الفولتية العالية. القطب الاوسط  يشير الحرف C الى كلمة Common  والتي تعني مشترك, يشير ان هذا القطب اما ان يكون موصولاً بالقطب (NC) تشير الى Normally Closed  والتي تعني مغلق عادةً او (NO) تشير الى  Normally Open والتي تعني مفتوح عادةً ،فلذلك سمي بالقطب المشترك.

وعلى الجانب الآخر لدينا مجموعتين من الدبابيس، اول مجموعة تحتوي على 4 دبابيس، دبوس GND الأرض و دبوس الـ Vcc لتزويد الريلي بالطاقة ومدخلين IN1 ,IN2 . والمجموعة الثانية عبارة عن 3 دبابيس، Jumper  بين الـ JD-Vccو VCC  و دبوس الارض GND

 

انتبه:

قبل ان نبدأ بتوصيل الدائرة، ينبغي تحذيرك ، أن هذا المشروع يتطلب توصيل تيار متردد (AC – 220V) ،هذا التيار خطير و يجب التعامل معه بحذر شديد. لا تقم بالتوصيل مالم تكن على دراية كاملة بما تفعل او اطلب مساعدة من شخص ذو خبرة في هذا المجال.
اذا استخدم بطريقة غير صحيحة  او غير سليمة يمكن ان يؤدي إلى إصابات خطيرة أو وفاة. لذلك يجب الحذر جدا من ما تقومون به لأننا لا نتحمل اي مسؤولية من اي اجراءات تقوم به.

تصميم لوحة التجارب:

قم بتوصيل الدائرة الكهربائية على لوحة التجارب كما هو موضح بالصورة:

قم بتوصيل سلك الطاقة الموجبة الخاص بالريلي بمنفذ ال 5v على لوحة التجارب،  وسلك الطاقة السالبة بمنفذ ال Gnd المتواجد على لوحة التجارب. قم بتوصيل سلك الاشارة (IN1) بمنفذ رقم 10 على لوحة الاردوينو.
يمكنك العودة الى الدرس الثامن عشر لمعرفة  طريقة التوصيل المتعلق في مستشعر الحركة (PIR Sensor) ،  قم بتوصيل سلك الاشارة  (Signal) للمستشعر بمنفذ رقم 9 على لوحة الاردوينو.

اذا كانت الإضاءة 12 فولت استخدم المحول اذا كانت الاضاءة 220 يمكن توصله مباشرة بدون محول

تنبيه :
– قد تختلف طرق توصيل مستشعر الحركة بلوحة الارديونو بناءً على نوع المستشعر، الرجاء تفقد أستمارة البينات لمستشعرك قبل توصيله.
– قد تختلف طرق توصيل الريلي بلوحة الاردوينو بناءً على نوع الريلي، الرجاء تفقد وصف البينات للريلي الخاص بك قبل توصيله.
– اذا كنت تملك نوع اخر من انواع الريلي الذي لا يكون ملحوم على دارة، فاللأسف لا يمكنك توصيله بشكل مباشر بالارديونو.
– اي توصيل  خاطئ قد يؤدي الى تلف المتحكم الدقيق للوحة الاردوينو.

البرمجة:

يقوم الاردوينو بإنتظار إشارة من مستشعر الحركةMotion PIR sensor ، وفور حصولة على اشارة من المسشتعر تشير لوجود تحرك، يقوم بتفعيل الـ Relay  لفتح الإضاءة.

قم بتوصيل الاردوينو بالكمبيوتر، وقم بتحميل البرمجة التالي على الاردوينو:

int Relay=10;
int inputPin = 9; // choose the input pin (for PIR sensor)
int pirState = LOW; // we start, assuming no motion detected
int val = 0; // variable for reading the pin status
 
void setup() {
 pinMode(inputPin, INPUT); // declare sensor as input
 pinMode(Relay,OUTPUT);
 
 Serial.begin(9600);
}
 
void loop(){
 val = digitalRead(inputPin); // read input value
 // Serial.println(val);
 if (val == HIGH) { 
 digitalWrite(Relay,LOW); 
 Serial.println(val);// check if the input is HIGH
 if (pirState == LOW) {
 Serial.println("Motion detected!");
 pirState = HIGH;
 }
 delay(2000);
 } else {
 digitalWrite(Relay,HIGH);
 if (pirState == HIGH){
 Serial.println("Motion ended!");
 pirState = LOW;
 }
 delay(2000);
 }
}

لمحة سريعة عن الكود:

لفتح و اغلاق انارة AC يجب تفعيل الـ Relayعن طريق مدخل IN1 . يعمل مدخل IN1 في الـ Relay عكسيا، فيتم تفعيل المرحل (Relay) عند ادخال قيمة (LOW) الى مدخل (IN1)( حسب طريقة صنع الدارة على اللوحة الصغيرة التي يلحم عليها الريلي) .

 digitalWrite(Relay,LOW);

يمكنك العودة الى الدرس الثامن عشر لمعرفة شرح الكود المتعلق بحساس الحركة (Motion Sensor).

   التحكم بالسيارات عن بعد  بالتأكيد هي متعة. في هذا البرنامج التعليمي, سنقوم ببناء سيارة الروبوت و التحكم بها عن طريق الهاتف الذكي بإستخدام تقنية البلوتوث .

القطع المطلوبة:

الأدوات التي تحتاجها لهذا المشروع :

4WD Robot Chassis kit

L298 H bridge Module

وحدة البلوتوث (HC-06)

حامل البطارية

Arduino Uno R3

 اسلاك توصيل ذكر/ذكر  (Jumper Wires Male Male)

 اسلاك توصيل أنثى/ذكر (Jumper Wires Female/male)

 

ما هو الروبوت ؟

الروبوت هو جهاز كهروميكانيكي قادر على التفاعل بطرية أو بأخرى مع بيئته، و اتخاذ قرارات مستقلة أو إجراءات من أجل تحقيق مهنمة محددة.
يتكون الروبوت من العناصر التالية:
1- الهيكل.
2- المشغل الميكانيكي .
3- وحدة التحكم.
4-المدخلات/ الحساسات.
5- امدادات الطاقة.
في الخطوات التالية سنذكر كل عنصر من العناصر المذكورة اعلاه، بحث يمكن أن نفهمها بسهولة.

الهيكل (Structure / Chassis) :

يتألف الهيكل من المكونات الفزيائية. الروبوت يتكون من مكون او اكثر من المكونات الفزيائية التي تتحركة لتنفيذ مهام معينة. وفي حالتنا هيكل السيارة و العجلات تمثل هيكل الروبوت

المشغل الميكانيكي Actuator :

المحرك هو جهاز يقوم بتحويل الطاقة (في مجال الروبوت، تكون الطاقة الكهربائية) الى طاقة حركية. تنتج معظم المحركات إما الحركة الدورانية أو الخطية.
في حالتنا المحرك هو(DC Gear motor)  وهو بالاساس عبارة عن محرك  DC مركب مع علبة تروس (gear) تعمل على تقليل سرعة المحرك و زيادة عزم الدورات .

هيكل الروبوت 

قطع اربع قطع من أسلاك (الحمراء و السوداء) مع طول حوالي 5-6 انش. قم بتجريد السلك من العازل في كل نهاية , ثم قم بلحم الأسلاك على المحركات.

يمكنك التحقق من قطبية المحركات من خلال توصيلها إلى بطارية. اذا كانت تدور في الاتجاه إلى الأمام (السلك الاحمر مع القطب الموجب و الأسود مع القطب السالب) هذا يدل على ان التوصيل تم بشكل صحيح.

تركيب المحرك :

لاحظ أن الأسلاك على كل محرك تشير الى إتجاه مركز الهيكل.

قم بضم اثنان من الأسلاك الحمراء و اثنان من الاسلاك السوداء معا على كل جانب من جوانب الهيكل. بعد الانضمام, سيكون لديك اثنان من النهايات على الجانب الايمن و اثنان على الجانب الأيسر.

تثبيت السقف العلوي:

بعد تركيب الاربع محركات في الطابق السفلي، قم بتركيب السقف العلوي. ثم قم بسحب نهايات الاسلاك نحو السطح العلوي.

هناك حاجة إلى المتحكم (العقل) لتحريك الروبوت من مكان إلى أخر. المتحكم له القدرة على تنفيذ برنامج و يكون مسؤولا عن جميع العمليات الحسابية، واتخاذ القرارات، و الاتصال . في هذا المشروع سيتم استخدام متحكمArduino  كـوحدة تحكم.

يمكنك استخدام وحدة التحكم لدوران المحركات في إتجاه واحد. ولكن اذا كنت تريد أن تكون  قادر على التحكم في المحرك بإتجاهات مختلفة (الأمام ،الخلف، يمين، ويسار) مع لوحة التحكم, فإنك بحاجة إلى مزيد من الدوائر . انت بحاجة إلى H-Bridge.

 L298  H Bridge Module

H-Bridge، يقوم بتحريك محرك الـ DC بإتجاه الامام و الخلف. وهو يتكون من اربع مفاتيح الكترونية S1,S2,S3,S4  (Transistors / MOSFETS / IGBT).

الية العمل: انظر للصورة اعلاه لفهم ألية العمل للـ H-Bridge . المفاتيح في نفس الجهة إما (S1,S2) أو  (S3,S4)لا يتم إغلاقهم بنفس الوقت , سيتم حدوث ماس كهربائي .
H-bridge توفر لك دائرة متكاملة، أو يمكنك أن تقوم ببناء الدائرة بنفسك عن طريق إستخدام اربع Transistor او MOSFETs. في هذا المشروع سيتم استخدام  L298 H-bridge Module الذي يمكن من خلاله التحكم في سرعة واتجاه المحركات.

وصف مداخل و مخراج الـ L298H-bridge Module : 

قم بتوصيل الأسلاك الحمراء للمحركين على كل جهة معا و الأسلاك السوداء معا.

MOTOR A هو المسؤول عن المحركات على الجانب الأيمن, وفي المقابل يتم ربط المحركات على الجانب الايسر للـ MOTOR B.

اتبع التعليمات التالية ليتم توصيل كل شي :

برمجة الأردوينو

في الكود البرمجي سنقوم بمراجعة البيانات الواردة وتنفيذ عملية المقارنة ، اذا كانت البيانات المستقبلة من الهاتف الذكي F يتم تحريك الروبوت للأمام و إذا كانت B يتم تحريكه للخلف و اذا كانت R  يتم تغير حركة لليمين و L  للتحرك لليسار. ويتم إيقافة إذا كانت البيانات المستقبلة 0 .

قم برفع البرنامج التالي إلى متحكم الأردوينو:

char data = 0;            //Variable for storing received data
#define right1 7 //IN1
#define right2 8
#define rightE 9
#define left1 6
#define left2 5
#define leftE 10

void Forward(); 
void Backward(); 
void Left(); 
void Right(); 
void Stop1(); 

void setup()
{
   Serial.begin(9600);   //Sets the baud for serial data transmission                               
   pinMode(left1, OUTPUT); 
   pinMode(left2, OUTPUT); 
   pinMode(leftE, OUTPUT); 
   pinMode(right1, OUTPUT);
   pinMode(right2, OUTPUT);
   pinMode(rightE, OUTPUT);
   delay(1000);
}
void loop()
{
   if(Serial.available() > 0)      
   {
     data = Serial.read();        //Read the incoming data & store into data    
      switch (data){
        case 'F':
            Forward();
            break; 
        case 'B':
            Backward();
            break; 
        case 'L':
           Left();           
           break; 
        case 'R':
           Right(); 
           break; 
        case '0':
           Stop1();
           break; 
      }
  } 
}
void Forward(){
  digitalWrite(right1,1); 
  digitalWrite(right2,0); 
  analogWrite(rightE, 255);      
  digitalWrite(left1,1); 
  digitalWrite(left2,0); 
  analogWrite(leftE, 255);                                                                                                                                                                                                                                                        
}
void Backward(){
  digitalWrite(right1,0); 
  digitalWrite(right2,1); 
  analogWrite(rightE, 255); 
  digitalWrite(left1,0); 
  digitalWrite(left2,1); 
  analogWrite(leftE, 255); 
}
void Left(){
  digitalWrite(right1,1); 
  digitalWrite(right2,0); 
  analogWrite(rightE, 255); 
  digitalWrite(left1,0); 
  digitalWrite(left2,1); 
  analogWrite(leftE, 255); 
  
}
void Right(){
  digitalWrite(right1,0); 
  digitalWrite(right2,1); 
  analogWrite(rightE, 255); 
  digitalWrite(left1,1); 
  digitalWrite(left2,0); 
  analogWrite(leftE, 255); 
}
void Stop1(){
  digitalWrite(left1,0); 
  digitalWrite(left2,0); 
  analogWrite(leftE, 0); 
  digitalWrite(right1,0); 
  digitalWrite(right2,0); 
  analogWrite(rightE, 0); 
}

 شرح الكود :

أولا لفعم الية العمل قم بالاطلاع على الجدول التالي. هو مفيد جدا أثناء كتابة التعليمات البرمجي :

في قسم الـ Loop يتم قراءة البيانات التي تم إرسالها من قبل الهاتف الذكي ثم يتم التحقق منها. فمثلا إذا كانت حرف “F” يتم إستدعاء الدالة Forward()ليتم تحريك الروبوت إلى الأمام ،وإذا كات حرف “B” يتم إستدعاء الدالة backward() ليتم تحريك الروبوت للخلف.

data = Serial.read();        //Read the incoming data & store into data    
      switch (data){
        case 'F':
            Forward();
            break; 
        case 'B':
            Backward();
            break; 
        case 'L':
           Left();           
           break; 
        case 'R':
           Right(); 
           break; 
        case '0':
           Stop1();
           break; 
      }

نقوم بإنشاء الدالة Forward() , Backward() , Right(),Left() لتحكم في إتجاهات الروبوت.
و الدالة Stop1() لإيقاف حركة الروبوت

void Stop1(){
  digitalWrite(left1,0); 
  digitalWrite(left2,0); 
  analogWrite(leftE, 0); 
  digitalWrite(right1,0); 
  digitalWrite(right2,0); 
  analogWrite(rightE, 0); 
}

تطبيق الاندرويد

في هذا المشروع لن يتم تغطية طريقة برمجة تطبيق الاندرويد , يمكنك تحميل البرنامج من هنا

كيف يمكن استخدام التطبيق؟
1- قم بتنزيل البرنامج من هنا
2- قم بإقتران جهازك مع البلوتوث   HC-06:
– تشغيل البلوتوث HC-06.
– تفحص الجهاز المتوفر .
-يتم الاقتران الى البلوتوث عن طريق ادخال كلمة المرور الافتراضية  1234 او   0000.
3- قم بفتح التطبيق , ثم قم بالضغط على زر الاجهزة المقترنة  ثم قم بإختيار وحدة البلوتوث الخاصة بك (HC-06) .

قم بالضغط على الأسهم لتغير حركة الروبوت و على زر Stop لإيقاف الحركة .