شرح مشروع التحكم في درجة حرارة وسط محيط باستخدام حساس الحرارة LM35 و PIC16F877A جزء1

 التحكم في درجة حرارة وسط محيط عن طريق قياس درجة الحرارة في هذا الوسط باستخدام حساس الحرارة LM35  ثم تمرير درجة الحرارة المقاسة إلي المتحكم الدقيق PIC16F877A  الذي بدوره يقارن درجة الحرارة المقاسة مع درجات حرارة مرجعية مكتوبة في البرنامج (سوف يتم استخدام برنامج microC  لكتابة البرنامج) ثم يقوم المتحكم الدقيق بتشغيل او إيقاف المروحة المسؤولة عن توازن درجة الحرارة وعندما تصل درجة الحرارة إلي حد الخطر يتم تشغيل جرس انذار ويتم اظهار درجة الحرارة المقاسة علي شاشة كرستالية  كل ذلك نحدده من خلال البرنامج الذي سوف نكتبه

باختصار هذا النظام يُعتبر مديرنا التنفيذي لدرجة الحرارة حيث  نُعطيه خطتنا لادارة درجة الحرارة ونقول له اجلس هنا وراقب لنا درجة الحرارة اذا زادت درجة الحرارة عن كذا قم بتشغيل هذه المروحة واذا قلت درجة الحرارة عن كذا قم بايقاف المروحة اقتصاداً للكهرباء  ^_^  واذا زادت درجة الحرارة وقمت بتشغيل المروحة ولكن لسبب  ما حتي بعد تشغيل المروحة لم تنخفض درجة الحرارة قم باطلاق جرس الانذار حتي اعلم بذلك وهذا المدير التنفيذي سوف يقوم بتنفيذ هذه الخطة حرفيا كما طلبنا منه وكل هذه الخطة و الاوامر سوف نخبره بها عن طريق البرمجة ويمكن أن نزيد عليها المزيد من الخصائص حسب ما نريد اذاً دعونا نبدأ بالتعرف علي مديرنا التنفيذي هذا ونتعرف علي مكوناتة

 

مخطط صندوقي للمشروع 

مبدأ عمل المشروع

سوف يقوم الحساس LM35 بقياس درجة الحرارة ثم يمررها إلي المتحكم الدقيق PIC16F877A  الذي يقوم بتحويل الاشارة التماثلية القادمة من الحساس إلي اشارة رقمية تمثل درجة الحرارة المقاسة  ثم يقوم بمقارنتها مع درجات مرجعية مخزنة لديه في البرنامج ثم يقوم باتخاذ القرار المناسب إما يقوم بتشغيل المروحة و إما يقوم باغلاقها حسب نتيجة المقارنة وسوف يتم تشغيل جرس إنذار عندما تصل درجة الحرارة إلي مستوي معين يتم تحديده في البرنامج وسوف يقوم المتحكم الدقيق باظهار درجة الحرارة المقاسة علي شاشة كرستالية تستخدم لاظهار درجة الحرارة  واظهار رسائل من النظام للمستخدم

 

شرح مُختصر لعناصر المشروع و خصائصها

لديها دقه عالية في اظهار الكتابة
لديها اضاءه خلفية مما يتيح رؤية الكتابة عليها في الظلام

تم استخدامه لان التيار الخارج من المتحكم الدقيق غير كافي لتشغيل احمال خارجية كبيره لذا تم استخدام الترانزستورليعمل كمفتاح بحيث يسمح بتشغيل الاحمال الخارجية عن طريق الريلي (المرحل)

مخطط المشروع

 

حسناً الان دعونا نتتبع دائرة المشروع خطوه خطوه

فلنبدأ بدائرة التغذية التي تمد المتحكم الدقيق والحساس بالجهد المناسب هذه الدائرة تتكون من مصدر جهد 9 فولت او 12 فولت ثم بعد ذلك يتم تنظيم هذا الجهد لكي يخرج الينا 5 فولت ثابت وللحصول علي 5 فولت مستقر نستخدم مُنظم الجهد 7805 فهذا المُنظم ندخل اليه الجهد 9 فولت ويقوم باعطائنا في خرجه جهد 5 فولت مستقر وثابت  ويجب ان لا يقل الجهد الداخل إلي المنظم عن 7 فولت حتي نحصل علي خرج مستقر (اقل فرق بين جهد الدخل وجهد الخرج 2 فولت)  واعلي جهد دخل يجب ان يكون اقل من 35 فولت في الواقع لكي تحصل علي افضل نتائج استخدم جهد دخل 9 فولت لتتجنب مسائل السخانه في المنظم وغيره واقصي تيار يمكن لهذا المنظم تامينه هو 1.5 امبير لمزيد من التفاصيل اطلع علي الداتا شيت الخاص بهذا المنظم

صورة لمنظم الجهد 7805

كما يتضح من الصورة فانه يتكون من ثلاثة اطراف علي اليسار الدخل القادم من البطارية او مصدر الجهد و في الوسط الارضي الذي يوصل مع ارضي البطارية او مصدر الجهد وكذلك مع بقية خطوط الارضي من بقية عناصر الدائرة وعلي اليمين الخرج 5 فولت الذي سوف نغذي به المتحكم الدقيق والحساس وبقية المكونات التي تحتاج إلي جهد 5 فولت 

والان الي طريقة توصيل منظم الجهد 7805 في الدائرة

استقرار مصدر الجهد في دوائر المتحكم الدقيق يعني استقرار في عمل الدائرة وتجنب الكثير من المشاكل والعقبات

لقد قمنا بتوصيل مكثف قبل منظم الجهد ومكثف بعده وذلك للقضاء علي اي تشوهات قد تحدث في الجهد او تشويش

اذا كانت هنالك حرارة عالية في منظم الجهد يمكن تثبيته علي مشتت حراري مناسب

الان بعد ان اخذنا الجهد من مصدر الجهد وقمنا بتنظيمه واخراج 5 فولت التي هي كافية لتشغيل المتحكم الدقيق والحساس دعونا ننتقل إلي المرحلة التالية والتي نتعرف فيها علي الحساس LM35 

الحساس LM35 

هو حساس لقياس درجة الحرارة يمكنه قياس الحرارة في الوسط المحيط به ويمتاز بموثوقية جيدة حيث لديه نسبة خطأ 0.5 درجة مئوية أي أن درجة الحراره التي سوف يعطينا لها يمكن ان تزيد او تنقص بمقدار نصف درجة مئوية فقط

وطبيعة عمله انه عندما نعطيه في دخله 5 فولت فان خرجه يزيد بمقدار 10 ملي فولت لكل درجة مئوية أي انه عند 1 درجة مئوية سوف يكون خرجه 10 ملي فولت وعند 2 درجة مئوية سوف يكون خرجه 20 ملي فولت وعند 3 درجة مئوية سوف يكون خرجه 30 ملي فولت وتكون هذه الزيادة خطية بهذه الصورة كل ما ترتفع درجة الحرارة درجة مئوية سوف يزيد الجهد الخارج من الحساس بمقدار 10 ملي فولت وكذلك كلما انخفضت درجة الحرارة درجة مئوية سوف ينخفض الجهد الخارج من الحساس بمقدار 10 ملي فولت وفي درجة حرارة الغرفة العادية 25 درجة مثلا سوف يعطي الحساس في خرجه 250 ملي فولت

وله ثلاثة ارجل يشبه في شكله الترانزستور كما يظهر في الصورة التالية

 

كما نلاحظ الحساس له ثلاثة ارجل الطرف اليسار هو دخل الحساس وهو 5 فولت ونوصله مع خرج منظم الجهد والطرف الوسط هو خرج الحساس ويتغير خرجه علي حسب درجة الحرارة في الوسط المحيط بالحساس ويتم توصيله مع المتحكم الدقيق والطرف الايمن هو ارضي الحساس ويتم توصيله مع ارضي الدائرة

الان بعد ان قمنا بتوصيل الحساس اصبح لدينا جهد خارج من الحساس يمثل درجة الحرارة سوف ناخذ هذا الجهد وندخله علي المتحكم الدقيق الذي سوف يقوم باجراء بعض المعالجات ثم يتخذ قرارات حسب نتيجة هذه المعالجات

لكن الان لدينا مشكله  خرج الحساس عباره عن جهد متغير وهو يعتبر اشارة تماثلية وصديقنا المتحكم الدقيق لا يفهم الاشارة التماثلية هو فقط يفهم الاشارة الرقمية كانما الحساس يتحدث اللغة العربية وصديقنا المتحكم الدقيق يتحدث اللغة الانجليزية ماذا نفعل اذاً لكي نجعلهم يتواصلون مع بعض ويتخاطبون بالتاكيد لا بد ان ناتي بمترجم بينهم وفي حالتنا هذه عثرنا علي هذا المترجم ويسمي ADC اي المحول من تماثلي الي رقمي

( Analog TO Digital Converter)  هذا المترجم يستطيع ان يفهم الاشارة التماثلية وتحويلها إلي اشارة رقمية لكنه لا يستطيع فعل العكس وهذا ما نريده نحن بالضبط نريد ان يتحدث الحساس مع المتحكم الدقيق فقط ولا نريد العكس ولحسن حظنا  ان المتحكم الدقيق الذي نستخدمه لديه ميزة جميلة وهي انه يحتوي علي محول من تماثلي إلي رقمي داخلي اي لن نحتاج الي محول خارجي, جيد الان ليس لدينا مشكله عثرنا علي المترجم الذي يُمكن المتحكم الدقيق من فهم لغة الحساس

الان دعنا نتعرف علي هذا المحول الذي يربط بين المتحكم الدقيق والحساس
اولا دعنا ننظر الي شكل الاشارة التماثلية الداخلة إلي هذا المحول
الاشارة التماثلية هي اشارة متغيرة مع الزمن يعني في كل لحظه زمنية معينة لها قيمة مختلفة قد تكون سالبة او موجبة لكن دعنا الان ناخذ هذه الاشارة التي تمثل الجزء الموجب فقط كمثال

هذا هو شكل الاشارة التماثلية الداخلة الي المحول اذاً ماذا سوف يفعل المحول حتي يقوم بتحويل هذه الاشارة إلي رقمية 
يقوم بعدة معالجات لكن دعني اختصرها لك في الخطوات التاليه حتي يسهل فهمها
اولا يقوم باخذ عينات من الاشارة كل فترة زمنية محددة ويقسم الاشارة التماثلية إلي عدة مستويات  دعني اوضحهها لك بالصورة انظر الي الصورة التالية

الان فهمت ماذا اقصد بتقسيم الاشارة إلي مستويات كل فترة زمنية  اليس كذلك
اذا لاحظت إلي تقسيم المستويات تجدا انها مقسمة من المستوي صفر إلي المستوي
 2 اس n  ناقص 1  لعلك تود ان تعرف ما هي 2 اس n  ناقص 1  حسنا 2 عدد ثابت اما n فهي تمثل عدد البتات للمحول دعنا لا نتعمق فيها لكن دعني اخبرك ان المحول الذي سوف نعمل عليه لديه 10 بتات اذاً المستويات للمحول الذي سوف نستخدمه تكون مقسمة من  (0 الي 2 اس 10 ) ناقص 1
اذاً المستويات سوف تكون (1024 – 1)  اي 1023 مستوي
الخطوة التالية يقوم فيها المحول بوصل العينات التي اخذها مع بعض كما في الصورة التالية

الان اصبحت الاشارة تشبه الاشارة الرقمية اليس كذلك فالاشارة الرقمية هي اشارة ثابتة القيمة في عدة فترات زمنية
في الصورة قمنا بتقسيم الاشارة إلي بضعة مستويات فقط أما المحول فسوف يقوم بتقسيمها إلي 1023 مستوي ولذلك سوف تكون الاشارة الناتجة تماثل الاشارة الداخلة تماما
حسنا هذا اكثر ما يهمنا في عملية التحويل من تماثلي إلي رقمي عرفنا كيف يتم ذلك الان كيف نعرف ان هذا المستوي يكافئ كذا من الفولت الداخل
لمعرفة ذلك نقوم بالعملية التالية
ننظر إلي المستوي الناتج من عملية التحويل من تماثلي إلي رقمي اي إلي خرج المحول مثلاً اذا كان خرج المحول يشير إلي المستوي 600 فكم يكافئ هذا المستوي من الفولتية في الاشارة التماثلية لمعرفة ذلك نقوم بالعملية الحسابية التالية