إنشاء نظام تسرب الغاز | الوحدة الثالثة | الدرس الثالث

إنشاء نظام تسرب الغاز هو عنوان الدرس الثالث من الوحدة الثالثة التي تحمل اسم “إنشاء تطبيقات إنترنت الأشياء باستخدام الأردوينو” من مقرر “إنترنت الأشياء 1 – 1”.

سنتعرف في هذا الموضوع على كيفية إنشاء نظام كسف تسرب الغاز، وذلك باستخدام مستشعر الغاز والطنان الكهربائي، بالإضافة إلى كيفية إضافة المقاومات إلى الدائرة وتوصيلها.

لذا قم بقراءة نواتج التعلُّم جيدًا، ثم أعد قراءتها بعد انتهائك من دراسة الموضوع، وتأكَّد من تحصيل محتواها.

نواتج التعلُّم

• إنشاء نظام إنذار تسرب الغاز.
• استخدام مستشعر الغاز وطنان كهربائي.
• إضافة المقاومات إلى الدائرة.

هيا لنبدأ!

إنشاء نظام إنذار تسرب الغاز (Build a Gas Leak Alarm System)

تواجه العديد من المرافق مثل المنازل والمصانع خطر تسرب الغاز من الأجهزة أو المواد القابلة للاشتعال، ما قد يتسبب في اندلاع الحرائق، وتتمثل إحدى طرائق منع مثل هذه الحوادث في تزويد تلك المرافق بأنظمة ذكية تكشف عن تسرُب الغاز.

لمعرفة المزيد من المعلومات عن كيفية إنشاء جهاز إنذار من خطر تسريبات الغاز، قم بالاطّلاع على الرابط التالي:

مشروع جهاز الإنذار من خطر تسريبات الغاز في المنازل

تَستخدِم هذه الدائرة لوحة الأردوينو أونو R3 (Arduino UNO R3) لمحاكاة نظام إنذار تسرُب الغاز، فعندما تستقبل لوحة الأردوينو إشارة من مستشعر الغاز تشير إلى ارتفاع تركيز انبعاثات الدخان، فإنها تبعث إشارة إلى مجموعة من الدايودات المشعة للضوء لتومض بالتناوب. وكذلك إلى طنان كهربائي لإصدار صوت صفير متقطع.

ستستخدم في هذا المشروع المكوِّنات الآتية:

• طنان كهربائي.
• مستشعر غاز.
• دايودان مشعان للضوء.
• ثلاث مقاومات.
• لوحة أردوينو أونو R3 (Arduino UNO R3).
• لوحة توصيل الدوائر الصغيرة.

ابدأ بإضافة المكوِّنات التي ستحتاج إليها في هذا المشروع إلى مساحة العمل.

أولًا، ابحث عن لوحة توصيل الدوائر الصغيرة (Breadboard Small) ولوحة أردوينو أونو R3 (Arduino UNO R3).

لإضافة لوحة توصيل الدوائر الصغيرة (Breadboard Small) ولوحة الأردوينو أونو R3 (Arduino UNO R3):

1. اسحب وأفلت Arduino UNO R3 (لوحة الأردوينو أونو R3) من مكتبة Components (المكوِّنات) إلى مساحة العمل.
2. اسحب وأفلت Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة) من مكتبة Components (المكوِّنات) إلى مساحة العمل.

توصيل مستشعر الغاز والطنان الكهربائي في لوحة توصيل الدوائر الصغيرة.

لإضافة المكوِّنات إلى لوحة توصيل الدوائر الصغيرة:

1. ابحث عن Gas sensor (مستشعر الغاز) من مكتبة Components (المكوِّنات).
2. ثم اسحب المستشعر وأفلته في Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة).
3. اسحب وأفلت Piezo (الطنان الكهربائي) من مكتبة Components (المكوِّنات) في Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة).

استمر بالعمل، وقُم بإضافة دايودين مشعين للضوء في لوحة توصيل الدوائر الصغيرة، وغيِّر ألوانهما.

لإضافة الدايودات المشعة للضوء (LED):

1. اسحب وأفلت LED (الدايود المشع للضوء) من مكتبة Components (المكوِّنات) في لوحة توصيل الدوائر الصغيرة، وغيِّر لونه إلى اللون orange (البرتقالي).
2. اسحب وأفلت دايود مشع للضوء آخر في لوحة توصيل الدوائر الصغيرة، وغيِّر لونه إلى اللون green (الأخضر).

لاحظ أن

تحتوي جميع الدايودات المشعة للضوء على حالتين إما تشغيل (On) أو إيقاف (Off). وعندما تكون في وضع الإيقاف، يكون لونها أغَمق.

على سبيل المثال، يكون لون الدايود المشع للضوء البرتقالي أقرب إلى اللون البُني.

أضف المقاومات إلى الدائرة، وغيِّر قيمها إلى Ω 220. ستحتاج إلى 3 مقاومات؛ واحدة لكل دايود مشع للضوء، وواحدة لمُستشعر الغاز.

إضافة المقاومات (Resistors):

1. اسحب وأفلت resistors (مقاومتين) من مكتبة Components (المكوِّنات)، ووصلهما بالدايودات المشعة للضوء.
2. اسحب وأفلت resistor (مقاومة) أخرى من مكتبة Components (المكوِّنات)، ووصلهما بالعمود السالب في Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة)، وبالطرف A1 لـ Gas Sensor (مستشعر الغاز).
3. اضبط قيمة كل مقاومة على Ω 220.

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “إنشاء نظام تسرب الغاز” حتى هذه النقطة، من خلال الرابط التالي:

استمر في توصيل أسلاك الدائرة. أولًا ستقوم بتوصيل لوحة الأردوينو بلوحة توصيل الدوائر الصغيرة.

لتوصيل لوحة الأردوينو أونو R3 (Arduino UNO R3):

1. قُم بتوصيل الطرف 5V (جهد 5 فولت) في لوحة الأردوينو بالعمود الموجب من لوحة توصيل الدوائر الصغيرة، وغيِّر لون السلك إلى red (الأحمر).
2. قُم بتوصيل GND (الطرف الأرضي) من لوحة الأردوينو أونو R3 بالعمود السالب من لوحة توصيل الدوائر الصغيرة، وغيِّر لون السلك إلى black (الأسود).
3. قُم بتوصيل العمودين السالبين من Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة)، وغيِّر لون السلك إلى black (الأسود).

استمر بتوصيل أسلاك الطنان الكهربائي.

لتوصيل الطنان الكهربائي:

1. قُم بتوصيل الطرف الموجب من Piezo (الطنان الكهربائي) بالطرف التناظري A2 للوحة الأردوينو، وغيِّر لون السلك إلى yellow (الأصفر).
2. قُم بتوصيل الطرف السالب من Piezo (الطنان الكهربائي) بالعمود السالب من Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة)، وغيِّر لون السلك إلى black (الأسود).

ستوصل بعد ذلك الدايودات المشعة للضوء.

لتوصيل الدايودات المشعة للضوء:

1. قُم بتوصيل مهبط الدايود المشع للضوء البرتقالي بالعمود السالب في Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة)، وغيِّر لون السلك إلى black (الأسود).
2. قُم بتوصيل مقاومة الدايود المشع للضوء البرتقالي إلى Digital pin 3 (الطرف الرقمي 3)، وغيِّر لون السلك إلى اللون orange (البرتقالي).
3. قُم بتوصيل المهبط الخاص بالدايود المشع للضوء الأخضر بالعمود السالب للوحة توصيل الدوائر الصغيرة (Breadboard Small)، وغيِّر لون السلك إلى black (الأسود).
4. قُم بتوصيل مقاومة الدايود المشع للضوء الأخضر بـ Digital pin 2 (الطرف الرقمي 2)، وغيِّر لون السلك إلى green (الأخضر).

في الختام، ستقوم بتوصيل مستشعر الغاز.

لتوصيل مستشعر الغاز:

1. قُم بتوصيل طرف مستشعر الغاز H1 بالعمود السالب في Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغير)، وغيِّر لون السلك إلى black (الأسود).
2. قُم بتوصيل طرف مستشعر الغاز A2 بـ Arduino Analog pin A4 (طرف الأردوينو الرقمي 4)، وغيِّر لون السلك إلى اللون purple (البنفسجي).
3. قُم بتوصيل طرف مستشعر الغاز B1 بالعمود الموجب في Breadboard Small (لوحة توصيل الدوائر الصغيرة)، وغيِّر لون السلك إلى اللون red (الأحمر).
4. قُم بتوصيل طرف مستشعر الغاز H2 بالعمود الموجب للوحة توصيل الدوائر الصغيرة.
5. قُم بتوصيل طرف مستشعر الغاز B2 بالعمود الموجب للوحة توصيل الدوائر الصغيرة.

كيف يعمل مستشعر الغاز (How the Gas Sensor Works)

يحتوي مستشعر الغاز على 6 أطراف؛ طرفان بحرف A، وطرفان بحرف B، وآخران بحرف H. يعمل المستشعر من خلال الكشف عن جزئيات الغاز وتحويل تركيز الغاز المُستشعَر إلى جُهد كهربائي مختلف.

أما الغرض من الأطراف ذات الحرف H فهو تسخين ملف السخان، والذي بدوره ينشط المُستشعر الكهروكيميائي. يجب توصيل طرف H واحد بمصدر جهد (VCC)، على سبيل المثال 5 فولت (5V) أو 3.3 فولت (3.3V) وطرف H الآخر إلى الأرضي.

لنقل البيانات من مستشعر الغاز إلى لوحة الأردوينو، يجب استخدام زوجي الطرفين A أو زوجي الطرفين B، حيث يتم توصيل أحد أطراف الزوج المُستخدَم بمصدر الجهد (VCC)، ويتم توصيل الطرف الآخر بالأرضي من خلال المقاومة، وذلك حتى يمكِن ضبط حساسية المُستشعر.

يجب توصيل الأطراف غير المُستخدَمة بمصدر الجهد (VCC).

الطنان الكهربائي (The Piezo Buzzer)

يمكن أن ينتج الطنان الكهربائي مجموعة واسعة من نغمات الأصوات وبمدة مختلفة لكلٍ منها.

لجعل السماعة المتصلة بالطرف A2 تصدر نغمة بتردد 110 هرتز لمدة ثانية واحدة، استخدم اللبنة البرمجية التالية:

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “إنشاء نظام تسرب الغاز” بدايةً من عنوان “توصيل لوحة الأردوينو أونو R3” وحتى نهاية هذا القسم، من خلال الرابط التالي:

برمجة نظام إنذار تسرب الغاز (Gas Leak Alarm System Code)

بعد أن قمت بعمل التوصيلات اللازمة للنظام، وتعرفت على طريقة عمل مستشعر الغاز والطنان الكهربائي، فإن الخطوة التالية هي برمجة نظام الإنذار الذي قمت بتصميمه.

يراقب البرنامج مخرجات مستشعر الغاز للتحقُّق من وجود حدوث حريق. وإذا اكتشف خطر، فسيصدر صوت إنذار من الطنان الكهربائي مع وميض من الدايودات المشعة للضوء، أما إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن البرنامج سينتظر بعض الوقت.

أنشئ البرنامج الآتي في منطقة البرمجة، ثم اضغط على بِدء المحاكاة (Start Simulation) لمحاكاة تشغيل نظام إنذار تسرب الغاز.

قم بتشغيل البرنامج لاختباره.

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “إنشاء نظام تسرب الغاز” بدايةً من عنوان “برمجة نظام إنذار تسرب الغاز” حتى نهاية الموضوع، من خلال الرابط التالي:

إلى هنا يكون قد انتهى موضوع “إنشاء نظام تسرب الغاز“، لا تنسوا مراجعة نواتج التعلُّم أعلى المقال، وانتظرونا في الموضوع القادم!

روابط هامة

مقررات الفصل الدراسي الثاني