أنواع حساسات الأردوينو ووظائفها في المشاريع الإلكترونية

عناصر الموضوع

1- ماهي الحساسات وكيف تعمل؟

2- أنواع الحساسات المستخدمة مع الأردوينو

3- كيفية ربط الحساسات مع الأردوينو

4- التطبيقات العملية لحساسات الأردوينو

5- التحديات التي قد تواجهها عند إستخدام الحساسات مع الأردوينو

6- أهمية الحساسات في عصر “الإنترنت الأشياء”

يعتبر نظام الأردوينو من أبرز الأدوات المستخدمة في عالم الإلكترونيات بفضل قدرته على تسهيل إنشاء العديد من المشاريع الذكية باستخدام البرمجة والمكونات الإلكترونية فيعد حساس الأردوينو أحد المكونات الأساسية التي تساعد في جمع البيانات من البيئة المحيطة وتحويلها إلى معلومات يمكن معالجتها واستخدامها في التطبيقات المختلفة وتعتبر الحساسات من العناصر الحيوية في المشاريع الإلكترونية لأنها تمكّن الأجهزة من التفاعل مع العالم من حولها، سنتناول أهم أنواع الحساسات التي تعمل مع الأردوينو ووظائفها المختلفة في التطبيقات العملية.

1- ماهي الحساسات وكيف تعمل؟

الحساسات هي أجهزة إلكترونية صغيرة وظيفتها الأساسية هي اكتشاف التغيرات الفيزيائية أو البيئية المحيطة بها مثل الحرارة والرطوبة والحركة والضغط، الضوء وغيرها فبعد اكتشاف هذه التغيرات، يقوم لحساس بتحويل البيانات إلى إشارات كهربائية يمكن معالجتها بواسطة الأردوينو أو أي جهاز آخر. هذا النوع من الحساسات يمكنه تحويل البيانات المحيطة به إلى معلومات قابلة للقراءة من قبل النظام الذكي.

يعمل حساس الأردوينو من خلال مستشعرات تقوم بجمع البيانات وتحويلها إلى إشارات كهربائية أو رقمية ويمكن للأردوينو استخدام هذه الإشارات لتنفيذ إجراءات معينة مثل تشغيل جهاز بناءً على درجة الحرارة أو إضاءة غرفة عند اكتشاف الحركة.

باستخدام الأردوينو يصبح من السهل توصيل الحساسات المختلفة بالجهاز وتحليل البيانات بطريقة مدمجة ويعتمد اختيار الحساس على الوظيفة المطلوبة في المشروع على سبيل المثال إذا كنت تبني نظام مراقبة البيئة فقد تحتاج إلى حساس للحرارة و الرطوبة. [1]

2- أنواع الحساسات المستخدمة مع الأردوينو

حساس الحرارة

يستخدم حساس الحرارة لقياس درجة الحرارة في البيئة المحيطة أتي هذا الحساس في أنواع مختلفة مثل:

• LM35 حساس دقيق لقياس درجات الحرارة وهو مناسب للعديد من التطبيقات الإلكترونية التي تتطلب مراقبة درجة الحرارة ويتميز هذا النوع بقدرة على تقديم قراءة دقيقة لدرجة الحرارة بوحدة سيليزية.
• DHT11/DHT22: يعتبران من الحساسات الشهيرة التي تجمع بين قياس درجة الحرارة و الرطوبة في نفس الوقت ويستخدمان في العديد من التطبيقات مثل أنظمة التكييف الذكية.

يعتبر حساس الحرارة مهم جد في العديد من التطبيقات مثل الزراعة الذكية أو الروبوتات لأنه  يمكن استخدامه لضبط التفاعل مع البيئة المحيطة بناء على التغيرات في درجة الحرارة.

حساس الحركة (Motion Sensor)

يعمل حساس الحركة على اكتشاف الحركة في محيطه باستخدام الأشعة تحت الحمراء أو تقنيات أخرى. أهم الأنواع هي:

• PIR (Passive Infrared Sensor): يستخدم للكشف عن الأجسام المتحركة عن طريق الاشعاع الحراري. يتم استخدامه بشكل رئيسي في أنظمة الأمان أو الإضاءة الذكية. هذا النوع من الحساسات يمكنه الكشف عن حركة الأشخاص في الغرف وتفعيل الأجهزة مثل الأضواء أو الإنذارات.
• HC-SR501: هو نسخة أخرى من الحساسات التي تعتمد على الأشعة تحت الحمراء للكشف عن الحركة. غالبًا ما يُستخدم في أنظمة الإنذار أو الإضاءة التلقائية.

حساس الضوء (Light Sensor)

يعمل حساس الضوء على قياس شدة الضوء في البيئة المحيطة. يستخدم في العديد من التطبيقات مثل الإنارة التلقائية أو نظم الطاقة الشمسية. من أشهر أنواع الحساسات المستخدمة:

• LDR (Light Dependent Resistor): مقاوم حساس للضوء يغير مقاومته بناءً على شدة الضوء الساقط عليه. يُستخدم في مشاريع مثل التعرف على الليل والنهار لتشغيل الإضاءة أو حتى في نظم الطاقة الشمسية لضبط زاوية الألواح الشمسية.
• TSL2561: حساس ضوء رقمي يمكنه قياس شدة الضوء بدقة أكبر مقارنة بـ LDR، ويُستخدم في المشاريع التي تتطلب قياساً دقيقاً للمستويات المختلفة للضوء.

حساس المسافة (Distance Sensor)

حساس المسافة يُستخدم لقياس المسافة بين الحساس والجسم باستخدام تقنيات مثل الأمواج فوق الصوتية أو الليزر. من أشهر الحساسات في هذه الفئة:

• HC-SR04 (Ultrasonic Sensor): يستخدم الموجات فوق الصوتية لقياس المسافة بين الجسم والحساس ويستخدم بشكل واسع في الروبوتات للكشف عن العوائق أو في نظام ركن السيارات.
• LIDAR: يُستخدم لقياس المسافة بدقة عالية باستخدام أشعة الليزر. يُستخدم في التطبيقات المتقدمة مثل الروبوتات ذاتية القيادة أو أنظمة الرصد الجوي.

حساس الضغط (Pressure Sensor)

يعمل حساس الضغط على قياس الضغط الجوي أو ضغط السوائل في البيئات المختلفة. من أشهر الأنواع المستخدمة:

• BMP180 حساس لقياس الضغط الجوي ودرجة الحرارة ويستخدم في تطبيقات مثل مراقبة الطقس أو المشاريع التي تتطلب قياس الضغط الجوي.
• MPX5700 حساس يستخدم لقياس ضغط السوائل أو الغازات  ويستخدم في التطبيقات الصناعية أو الأبحاث العلمية التي تتطلب قياس الضغط في بيئات معينة. [2]

3- كيفية ربط الحساسات مع الأردوينو

ربط الحساسات مع الأردوينو هو عملية بسيطة نسبيًا و لكن تحتاج إلى معرفة بعض الأساسيات حول كيفية توصيل الحساسات باللوحة واستخدام البرمجة لقراءة البيانات منها في البداية يجب توصيل الأطراف المناسبة لكل حساس بـ دبابيس الإدخال في الأردوينو و بعد التوصيل فيجب كتابة الكود البرمجي في بيئة Arduino IDE لقراءة البيانات من الحساسات وتنفيذ الوظائف المطلوبة.

4- التطبيقات العملية لحساسات الأردوينو

نظام الإضاءة الذكية

يمكن استخدام حساس الضوء و حساس الحركة لإنشاء نظام إضاءة ذكي على سبيل المثال فعند انخفاض مستوى الضوء المحيط يتم تشغيل الإضاءة تلقائي فإذا اكتشف حساس الحركة وجود شخص في الغرفة  يتم تشغيل الأضواء.

الزراعة الذكية:

في الزراعة الذكية يمكن استخدام حساس الرطوبة لقياس رطوبة التربة وحساس الحرارة لمراقبة درجة الحرارة المحيطة بالمزروعات ويمكن ربط الحساسات بـ نظام ري ذكي يتحكم في كميات المياه التي يتم ضخها بناء على البيانات المستلمة من الحساسات.

الروبوتات الذكية:

تستخدم الروبوتات الذكية العديد من الحساسات مثل حساس المسافة (للتنقل بدون تصادم) و حساسات الحرارة و حساسات الحركة لضبط سلوكها بناء على البيئة المحيطة فيمكن استخدام الأردوينو لبرمجة الروبوتات لتنفيذ مهام معينة بناء على المدخلات من الحساسات. [3]

5- التحديات التي قد تواجهها عند استخدام الحساسات مع الأردوينو

عند استخدام الحساسات مع لأردوينو فقد تواجه بعض التحديات مثل:

• بعض الحساسات قد تكون غير دقيقة في القياس وهذا  قد يؤدي إلى أخطاء في القراءات فيمكن تحسين هذه الدقة من خلال معايرة الحساسات بشكل دوري.
• في بعض الأحيان  قد يتداخل الإشارات الكهربائية القادمة من الحساسات مع بعضها البعض وهذا  قد يؤثر على دقة القراءة.
• بعض الحساسات قد تستهلك طاقة كبيرة وهذا قد يؤدي إلى تقليل مدة تشغيل البطارية في المشاريع التي تعمل على الطاقة الذاتية. [4]

6- أهمية الحساسات في عصر الإنترنت الأشياء

تعتبر الحساسات من المكونات الأساسية في مفهوم الإنترنت الأشياء (IoT) حيث تمكن الأجهزة الذكية من التفاعل مع البيئة المحيطة وتحليل البيانات واتخاذ قرارات ذكية سواء كان ذلك في المنازل الذكية أو السيارات الذاتية القيادة أو حتى في التطبيقات الصناعية فإن الحساسات تمثل العنصر الذي يعزز قدرات الأنظمة الذكية. [5]

تعتبر الحساسات جزء أساسي من معظم المشاريع الإلكترونية التي تعتمد على الأردوينو ومن خلال مجموعة متنوعة من لحساسات فيمكن التحكم في الكثير من الجوانب البيئية والفيزيائية للمشاريع وتحويلها إلى أنظمة ذكية قادرة على اتخاذ القرارات بناء على البيانات المستلمة فتعد الحساسات أداة قوية لأتمتة العمليات وتحسين الأداء في العديد من المجالات.

• حسين، ع. (2020). التقنيات الحديثة في الإلكترونيات: الحساسات وتطبيقاتها. مجلة التكنولوجيا الحديثة، 12(4)، 45-58ماهي الحساسات وكيف تعمل؟ - بتصرف
• عبد الله، م. (2019). الأردوينو في المشاريع الإلكترونية: الاستخدامات والتطبيقات. القاهرة: دار الكتاب العربيأنواع الحساسات المستخدمة مع الأردوينو - بتصرف
• الزيني، س. (2021). دور الحساسات في إنترنت الأشياء. مجلة الإلكترونيات الذكية، 8(2)، 12-25التطبيقات العملية لحساسات الأردوينو - بتصرف
• الحصري، ف. (2022). تطوير الأنظمة الذكية باستخدام الحساسات. مجلة البحوث الهندسية، 5(1)، 77-90التحديات التي قد تواجهها عند استخدام الحساسات مع الأردوينو - بتصرف
• العوضي، ر. (2023). الحساسات في المجالات الصناعية: تطبيقات وتحديات. القاهرة: دار المعرفةأهمية الحساسات في عصر الإنترنت الأشياء - بتصرف

مشاركة المقال

وسوم