منذ تطوير أول شريحة سيليكون عام 1961، تقدّمت التكنولوجيا بشكل كبير. أتاحت الشرائح المعتمدة على السيليكون، المُدمجة الآن بين مجموعة من المكونات على اللوحة، ظهور العديد من تطبيقات المتحكمات الدقيقة إلى حيّز الواقع. تُستخدم هذه لوحات المتحكمات الدقيقة لإرسال واستقبال الإشارات الرقمية/التماثلية من المستشعرات والدوائر الأخرى. تُعالَج هذه الإشارات داخل عقل لوحة المتحكّم الدقيق (CPU - وحدة المعالجة المركزية) لتحفيز أحداث، سواءً للتحكّم بمشغل خطي أو لمجرد إضاءة بعض مصابيح LED.
توفر Progressive Automations مجموعة من لوحات المتحكمات الدقيقة ودروع التوسعة والمستشعرات لتلبية أي مشروع قد تتخيله. لاتخاذ قرار مستنير بشأن الأنسب لتطبيقك، من المهم أن تكون لديك فكرة عن الخيارات المتاحة وما يجب أخذه بالاعتبار عند شراء متحكّم دقيق.
أنواع المتحكمات الدقيقة
أشهر لوحة متحكّم دقيق هي سلسلة Arduino. وهي تأتي بتكوينات متنوعة تختلف في عدد دبابيس الإدخال/الإخراج المتاحة وسرعة معالجة وحدة المعالجة المركزية. تتم برمجة هذه اللوحات بلغة البرمجة C. ولحسن الحظ، ليس من الصعب برمجة متحكّم ضمن نطاق أردوينو لوفرة الموارد عبر الإنترنت، ولكن إن احتجت بعض التدريب، توفّر Progressive Automations طقم أردوينو للبدء، والذي يتضمن أكثر من 200 مكوّن وقطعة كهربائية لمساعدتك على الانطلاق.
لوحتا Arduino Uno Rev3 وArduino Leonardo رائعتان للمبتدئين وللمشاريع الصغيرة التي تتطلب عددًا محدودًا من دبابيس الإدخال/الإخراج. يأتي أردوينو أونو مع 14 دبوسًا رقميًا و6 دبابيس تماثلية، بينما يأتي ليوناردو مع 20 دبوسًا رقميًا و12 دبوسًا تماثليًا. وبالمقارنة مع أونو، يمتلك ليوناردو اتصال USB 2.0 مدمجًا يتيح له التواصل مع الكمبيوتر عبر USB. وإذا كانت المساحة تمثل قلقًا في مشروعك، فإن Arduino Micro يوفر نفس وظائف Arduino Leonardo ولكن في حجم أصغر.
يُستخدم كل من Arduino Mega وArduino Due للمشاريع الأكبر التي تتطلب عددًا كبيرًا من دبابيس الإدخال/الإخراج. وعلى صعيد القدرة الحاسوبية، فإن Arduino Due أسرع بأكثر من خمس مرات مع سرعة CPU تبلغ 84 ميجاهرتز، مقارنةً بـ 16 ميجاهرتز لنماذج أردوينو الأخرى. يأتي كلا النموذجين مع 54 دبوس إدخال/إخراج رقمي.
مشاريع المتحكمات الدقيقة
دعونا نناقش التطبيقات التي يمكننا بناؤها باستخدام متحكّم دقيق. هناك طيف واسع من المشاريع الممكنة عند دمج متحكّم دقيق لتنفيذ وظائف متنوعة. على سبيل المثال، يمكن لمتحكّم قابل للبرمجة أن يتحكّم بمشغل خطي لفتح/إغلاق طرف منفِّذ (مثل المِقْبَض) على ذراع روبوت في أوقات محددة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام مستشعرات تغذية راجعة على أطراف الأداة النهائية لتحفيز تغيير إشارة في المتحكّم. يتيح ذلك تفعيل الأداة النهائية فقط عند الحاجة أو عندما تستشعر جسمًا للإمساك به.
تطبيق آخر للمتحكّمات الدقيقة هو التحكّم في الوصول. فعلى سبيل المثال، تُستخدم المشغلات الخطية أحيانًا على فتحة توربين رياح للسماح للفنيين بالوصول إلى داخل حجرة التوربين (الناسيل). يمكن توصيل متحكّم دقيق بقارئ RFID/NFC وبالمشغل الخطي الذي يقفل/يفتح الفتحة. عند ملامسة فني مُخوّل بطاقته للقارئ، يتحقق المتحكّم من صلاحية دخوله، وإذا كانت متاحة، يقوم المشغل الخطي بفتح الفتحة.
روبوت منصة ستيوارت مشروع يستخدم متحكّم أردوينو للتحكّم في ستة مشغلات خطية تعمل على تثبيت منصة. جرى اختياره بسبب سرعته العالية في المعالجة اللازمة لحساب الحركيات العكسية المعقدة المطلوبة لتثبيت المنصة. حالات الاستخدام لا حصر لها عند تطبيق متحكّم دقيق في مشروع. أي معالجة مطلوبة يمكن أن يقوم بها المتحكّم الدقيق، وبالتالي رقمنة مشروعك وأتمتته بالطريقة التي تراها مناسبة.
كيف تختار متحكّمًا دقيقًا لمشروع
الآن وبعد أن حدّدنا المتحكمات الدقيقة المتاحة والمشاريع الممكنة، كيف تختار متحكّمًا دقيقًا لتطبيقك المحدد؟ أفضل متحكّم يعتمد على المشروع/التطبيق. أدناه جمعنا قائمة بعوامل ينبغي مراعاتها عند اختيار متحكّم دقيق.
متطلبات الطاقة
جميع متحكمات أردوينو التي ناقشناها تعمل بجهد تشغيل 6–20 فولت. يمكن أن يأتي الجهد من بطارية أو مزوّد طاقة من AC إلى DC. لكن أي جهد أقل من 7 فولت قد يسبب عدم استقرار المتحكّم إذا لم تكن تغذية التيار المستمر سلسة بنسبة 100%. بالإضافة إلى ذلك، فإن تزويده بأكثر من 20 فولت يؤدي إلى تلف منظّمي الجهد وتبدّد حرارة مفرط.
يأتي كل نموذج بمواصفات التيار لمزوّد الطاقة ولدبابيس الإدخال/الإخراج. إذا كان الحد الأقصى لسحب التيار لدبابيس الإدخال/الإخراج هو 200 mA، فتأكد من أن ما توصله بهذه الدبابيس لن يتجاوز هذه القيمة. فمثلًا، إذا كان لديك مشغل خطي يسحب 1 A عند الحمولة الكاملة، فستعرف أن ذلك سيتجاوز سحب التيار لدبوس الإدخال/الإخراج على أردوينو. لذا من الأفضل استخدام لوحة سائق (Driver) وتغذية المشغل الخطي بمزوّد طاقة منفصل ذي تصنيف تيار أعلى.
سرعة المعالجة
سرعة المعالجة لمعظم متحكمات أردوينو هي 16 ميجاهرتز. إذا كانت السرعة هي ما تحتاجه، فإن Arduino Due يعمل عند 84 ميجاهرتز – ما يعني أنه قادر على تنفيذ 84 مليون تعليمة في الثانية. تكون هذه السرعة ضرورية عندما يجب تنفيذ مدخلات/مخرجات متعددة مع حد أدنى من التأخير (مثل معالجة الحسابات والاتصالات التسلسلية وقراءة وكتابة الدبابيس).
كمثال عملي، مُبرمج متحكّم دقيق موصول بمشغل خطي ومفتاح لإيقاف تمدد المشغل الخطي عند ملامسته للمفتاح. إذا كانت سرعة المشغل الخطي عالية جدًا وقدرات معالجة أردوينو بطيئة، فسيصطدم المشغل بالمفتاح مُحدثًا ضررًا. أحد الحلول إبطاء المشغل الخطي أو استخدام متحكّم بسرعة معالجة أعلى.
الدبابيس
اعتمادًا على تعقيد مشروعك، قد تحتاج إلى متحكّم بعدد قليل فقط من الدبابيس، أو قد تحتاج إلى متحكّم بعدد كبير منها. في بعض الحالات، قد تكون هناك حاجة إلى عدة متحكمات للسماح بمصفوفة الإلكترونيات التي تنوي توصيلها به.
من الممكن أيضًا ربط منافذ الاتصال التسلسلي لعدة لوحات أردوينو على التوالي (سلسلة) لإنشاء شبكة من المتحكمات تتفاعل مع بعضها. تكون برامج المتحكمات لمثل هذا التطبيق أكثر تعقيدًا، لكنها تُظهر مرونة هذه التقنية. كقاعدة عامة، اختر أردوينو بعدد الدبابيس الذي سيحتاجه مشروعك مع إضافة دبوس أو دبوسين احتياطيين تحسّبًا.
الدروع أو الدوائر الإضافية
إذا كنت تنوي شراء لوحة توسعة إدخال/إخراج أو درع أردوينو آخر، فتأكد من توافق الطراز الذي تختاره مع طراز أردوينو الذي تستخدمه. معظم الدروع التي توفّرها Progressive Automations متوافقة مع Arduino Uno، مثل جسر H من نوع MegaMoto GT، المصمم لتشغيل عدة مشغلات خطية في وقت واحد. وبما أن معظم المشغلات الخطية تسحب تيارًا يتجاوز الحد الأقصى لتيار دبوس إدخال/إخراج أردوينو، تُستخدم لوحة السائق MegaMoto كمفتاح لا يتطلب سوى إشارة رقمية لتشغيل/إيقاف المشغل، أو تغيير الجهد، أو عكس الاتجاه.
قد ترغب في إتاحة التحكّم بمشغل خطي ضمن مشروعك عبر الشبكة. ينبغي عليك اختيار متحكّم لاسلكي، ويمكن ذلك بشراء وحدة WIFI أو Bluetooth متوافقة مع أردوينو الذي اخترته. ستتيح لك هذه الوحدات التحكّم اللاسلكي عن بُعد بمشروعك.
المستقبل الرقمي
اختيار المتحكّم الدقيق لمشروعك لا يجب أن يكون معقدًا. فقط ضع في اعتبارك النقاط التي تمت مناقشتها سابقًا، وستكون على الطريق الصحيح لأتمتة مشروعك، سواءً كان التحكّم بمشغل خطي واحد أو مجموعة من المشغلات الخطية. يمكن للمتحكّم الدقيق إفادة مشروعك بطرق متعددة في طريقه نحو مستقبل مؤتمت رقميًا!
لمزيد من المعلومات حول المتحكمات الدقيقة أو أي من منتجاتنا، تواصل معنا وسيتواصل معك أحد مهندسينا الخبراء!