مشاريع التخرج http://www.isnaha.com Mon, 26 Jun 2017 17:24:48 +0000 Joomla! - Open Source Content Management ar-aa غواصة قرش الخليج http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/726-غواصة-قرش-الخليج http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/726-غواصة-قرش-الخليج

غواصة قرش الخليج

image001

يقدم البحث تصميما لغواصة صغيرة الحجم ذات مواصفات مشابهة لاحدث الغواصات التكتيكية المتوفرة في القوات البحرية العالمية تلبي المتطلبات العسكرية الدفاعية للقوات البحرية العربية مع امكانية الحصول عليها بكلفة منخفضة عن طريق تصنيعها محليا بتصنيع اجزاء منها واستيراد الاجزاء الاخرى وتحوير البعض منها للحصول على منتوج نهائي يفي بالأغراض التصميمية له.


ما تم انجازه في هذا البحث

 

       تصميم الهيكل الخارجي والداخلي للغواصة.

       اختيار نوع التسليح.

تحديد معدات الغواصة الرئيسية ومواصفاتها المطلوبة.

image002


نبذة عن عملية التصميم

 

تم انجاز التصميم بواسطة برنامج Solidwork10 حيث تم إجراء الرسوم والتصاميم والحسابات الهندسية بهذا البرنامج. وتم جمع المعلومات العلمية والهندسية عن صناعة وتصميم الغواصات من الشبكة العالمية للمعلومات (الانترنيت)، واستغرقت الدراسة والعمل في هذا التصميم سنتينمن التحوير والتحسين لكي يكون تصميما امثل من حيث الكفاءة وسهولة التصنيع.

 

يمكنك تحميل Solidwork من خلال هذا الرابط:

http://www.solidworks.com/sw/support/SystemRequirements.html

image003

صورة تبين واجهة Solidworks

 


تصميم الغواصة

 

يوضح الشكل التالي تصميم الغواصة وشكلها الخارجي:

image004


المميزات المهمة للتصميم

 

1-  صغر الحجم مقارنة بالغواصات التقليدية الحديثة حيث يبلغ طولها 25.8 متر فقط مما يقلل امكانية كشفها بواسطة اجهزة الكشف الحديثة. يبلغ وزنها الكلي 160 طن.

 

وفي الشكل جانبه مقارنة لحجم الغواصة قرش الخليج مع الغواصة الفرنسية سكوربين والغواصة الالمانية 212.

image005

2-   يتميز التصميم باستعمال داسر عند الذيل لاغراض المناورة السريعة والاعتماد على الجنيحات الامامية للغوص العميق وتطبيق تقنية اخفاء عناصر البرج في داخله عند الغوص لتقليل الطاقة المصروفة نتيجة الاحتكاك.

image006

3-    تعمل الغواصة بقوة دافعة مبنية اساسا وبصورة منفردة على بطاريات عالية الكفاءة تشحن قبل الابحار حيث لا يعاد شحنها من جديد الا في الميناء بعد عودتها اليه.

 

تم اختيار البطاريات كقوة دافعة وحيدة بسبب كون الغواصة مخصصة للعمل داخل الخليج العربي. يؤمن هذا الاختيار هدوءا أكبر للغواصة وحماية اكبر من امكانية  كشفها. تعمل الغواصة في منطقة الخليج في منطقة مزدحمة بالقوات البحرية المختلفة الجنسيات ومنطقة مراقبة بصورة مكثفة لذلك تقرر جعل الغواصة اكثر امانا من الكشف باخلائها من مولدات الديزل والتي تجبرها على الخروج الى السطح لاعادة الشحن. كما ان اللجوء الى انظمة حديثة اخرى يجعلها اكثر كلفة واكثر حاجة الى تكنلوجيا مستوردة من الخارج.

 


أهمية البحث

 

الجدوى العسكرية

         تقوية القوة البحرية العربية بسلاح الغواصات لمجابهة التطور النوعي في القوى البحرية في المنطقة .

         الحصول على امكانية الاستطلاع البعيد خارج المياه الاقليمية بشكل سري.

         امكانية تأمين الاعماق ضد عمليات التسلل المعادية وعمليات التهريب.

         المساعدة في عمليات الانقاذ البحري.

 

الجدوى الاقتصادية

تشير الدراسات العالمية لغاية 2025 بأن الطلب العالمي سيرتفع على الغواصات ذات المهام التكتيكية. كما ان هذا المشروع:

         سينشط الصناعة البحرية العربية.

         سيتيح فرص عمل لكثير من الكوادر الهندسية والفنية.

         يمكن أن يُغني هذا السلاح على المدى البعيد الحاجة إلى شراء قطع بحرية من الخارج.

         تشكل الغواصة بصغر حجمها وقلة تكلفتها منافسا قويا في السوق يسمح بتسويقها إلى الدول الصغيرة والمتوسطة.

 

الجدوى العلمية

         تشجيع حركة البحث العلمي.

         تطوير العلوم الهندسية البحرية.

         تنمية القدرات الفنية للكوادر الصناعية والفنية والهندسية.

 


لماذا لا نشتري الغواصة بدلا من صناعتها؟

 

ترتكز قوة الغواصة على عدم امكانية كشفها وسرية قدراتها وتسليحها وهذا لا يتحقق عند شرائها. فالغواصة المشتراة اذا بيعت لنا فستكون بمواصفات قديمة ومكشوفة للقوى البحرية في المنطقة. عند امتلاك تقنية صناعة الغواصات وانجازها فسيمكن تدريجيا صناعة غواصات اكبر وافضل وتطوير ما هو متوفر وهذا لا يتحقق عند شراء الغواصة.

 


امكانية تصنيع التصميم محليا

 

ان التاريخ الطويل والقديم في صناعة السفن البحرية في الخليج والاطلاع على إمكانيات بعض الشركات العربية والخليجية في صناعة السفن أعطاني دافعا قويا للاعتقاد بإمكانية انجاز هذا التصميم عربيا علما إن الغواصات في الحربين العالميتين صنعت بتكنولوجيا بدائية لما هو متوفر اليوم في دول الخليج والمنطقة.

 

يتكون التصميم من ثلاث محاور رئيسية :

1-      محور التصنيع المحلي ( تبلغ نسبته 40%).

2-      محور الاستيراد ( تبلغ نسبته 40%).

3-      محور التحوير والتطوير المحلي (20%).

 

محور التصنيع المحلي

ويتضمن تصنيع هيكل الغواصة الرئيسي والهيكل الخارجي:

 

1- هيكل الغواصة الرئيسي

وهو هيكل اسطواني مصنوع من فولاذ عالي المقاومة HY-80 سمكه 25  ملم ومن الممكن تصنيعه محليا في شركات صناعات المعدات الثقيلة ( على سبيل المثال شركة الزامل للصناعات الثقيلة ) وهو كما يظهر في الشكل التالي بشكل مبسط :

image007

 2- الهيكل الخارجي

وهو هيكل من الممكن تصنيعه في احدى شركات الصناعات البحرية بطريقة مشابهة لطريقة صناعة السفن يتكون من صفائح سمك 4 و 10 ملم من الفولاذ الإنشائي البحري. يمثل الشكل في الصورة التالية رسما مبسطا للهيكل الخارجي للغواصة:

image008

 

محور الاستيراد      

يتضمن المواد التالية :

1.      البطاريات للعمل تحت الماء نوع زبرا.

2.      المحركات الكهربائية .

3.      الطوربيدات وأنابيبها.

4.      قسم من الاجهزة الالكترونية.

5.      أجهزة السونار والردار.

6.      قسم من صمامات الضغط واسطوانات التنفس.

 

محور التحوير والتطوير المحلي للمواد المستوردة

تتضمن الأجهزة والمعدات الموجودة في البرج مثل الرافعات الهيدروليكية والاتصالات والبايروسكوب والاستطلاع ونظم القيادة والملاحة والاتصال والمعيشةوطبقة الكساء المطاطي الخارجي للحماية من اجهزة الكشف . هذا المحور يحتاج لدراسة إمكانيات الشركات والقطاعات المحلية في انجاز هذا المحور علما إن هذه التحويرات ليست شديدة التعقيد او عالية التكنولوجيا.

 


الانظمة المصممة محليا للغواصة

 

1-      نظام الاتصالات والاستغاثة.

2-      نظام القيادة والتوجيه للغواصة.

3-      نظام الملاحة البحرية وتحديد الموقع.

4-      نظام مراقبة مرئي حول الغواصة ونظام التجسس البصري .

5-      نظام الأمان يتضمن متحسسات رطوبة وحرارة داخل الغواصة بالإضافة إلى كاميرات مراقبة لعمل المحرك وغرفة السلاح.

 


المواصفات العامة للغواصة

image009

 

المواصفات العامة

الوصف

المقدار

الطاقم

3 أشخاص

الطول

25.8 متر

العرض

3 متر

الإرتفاع

5 متر

عمق العمل

200 متر

الإزاحة الكلية

160 طن

قطر هيكل الضغط

3 متر

سمك الهيكل الداخلي

25 ملم

 

 

مواصفات الحركة

الوصف

المقدار

المدى الأقصى

1000 كلم

السرعة القصوى عند الغطس

30 كلم/ساعة

التحمل (الغطس بدون الحاجة إلى الطفو)

الوصف

المقدار

عند سرعة 5 كلم/ساعة

8 أيام

 

مكائن الإبحار

الوصف

المقدار

محرك كهربائي رئيسي بقدرة

500 كيلوواط

محرك كهربائي للإلتفاف بقدرة

80 كيلوواط

 

النظام الكهربائي والبطاريات

الوصف

المقدار

البطاريات الرئيسية

557 فولط

السعة الكلية للبطاريات

500 كيلوواط

 

التسليح

الوصف

المقدار

4 طوربيدات خفيفة نوع

MK54  أو  NTL-90


أقسام الغواصة الرئيسية

image010

1- جهاز السونار

10- خزانات الغطس الخلفية

2- البطاريات الرئيسية

11- زعنفة الذيل

3- الجنيحات الأمامية

12- الداسر الرئيسي

4- الرادار البحري

13- الداسر الجانبي

5- فتحة الخروج الرئيسية

14- البطاريات الاحتياطية

6- غرفة القيادة

15- خزانات العمق الامامية

7- غرفة المعيشة

16- خزانات الغطس الرئيسية

8- غرفة المحرك والمعدات

17- انابيب الطوربيد

9- خزانات العمق الخلفية

 


تفاصيل المعدات المختارة

image011

البطاريات Zebra

image012

 

الرادار البحري

Garmin GMR 21 and Garmin GMR 41 Specs

image013

وحدة توليد الهواء المضغوط BAUERKAP 180-15-5

image014

الطوربيدات : خفيفة MK54,NTL-90

image015

 

المحرك الكهربائي الرئيسي نوع  ABB LV Motors نوع M2FA 400 LKB

 

المحرك الكهربائي الجانبي للدفة M2FA 250 SA

 


الخطوات المكملة لهذا البحث

 

    دراسة التصميم بواسطة البرامج المتخصصة بالتصاميم البحرية.

     دراسة امكانية القطاع المحلي في عملية صناعة اجهزة الجسر والاجهزة الاخرى.

     وضع الخرائط التفصيلية (الكهربائية، الميكانيكية، الهيدروليكية، الخ).

     دراسة كلفة انتاج الغواصة.

 

من المتوقع ان تبلغ فترة البحث عشرة اشهر وان ينجز التصنيع الفعلي للغواصة في مدة تبلغ عامان كحد اقصى. 


دراسة تفصيلية

  

قم بتحميل الملف التالي الذي يعطيك دراسة شبه تفصيلية حول الموضوع:

عالم الغواصات


تأليف

 

تأليف: حارث الجبوري (العراق)

العنوان الإليكتروني: harithaljobory@gmail.com

 

للأسئلة أو الدعم يرجى الإتصال بالمؤلف عن طريق بريده الإليكتروني.


]]>
harithaljobory@gmail.com (حارث الجبوري) مشاريع التخرج Mon, 21 May 2012 14:19:44 +0000
مشروعك على اصنعها http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/450-مشروعك-على-اصنعها http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/450-مشروعك-على-اصنعها

مشروعك على إصنعها

image001 defend

يمكنك نشر مشروعك سواء أكان مشروع النهاية الدراسية أو مشروع التخرج أو مشروع فردي.


إعلان

يمكن لأي كان أن ينشر مشروعه على اصنعها ابتداءً من المدارس الإبتدائية إلى درجة الدكتوراه وحتى المشاريع الفردية أو التي تنتمي إلى مؤسسات معينة.

يمكنك نشر ملخص عن مشروع تخرجك أو رسالتك أو مشروع النهاية الدراسية على موقع اصنعها وفق الشروط التالية:

1- الكتابة بلغة عربية سليمة ومفهومة ومتماسكة.
2- دعم الموضوع بالأشكال والصور اللازمة والموضحة.
3- عدم الإطالة ولكن الاكتفاء بإيصال الفكرة الجديدة دون تكرار لما هو معروف وقديم.

سيتم النظر في الملخصات المرسلة واختيار الأنسب والموافق للشروط. 

ملاحظة: إن هذا النشر لا يغني عن النشر في مجلة علمية، هو فقط لنشر المعلومات بين العرب ورفع الوعي العلمي العربي.  


إرسال المقال 

عندما تقرر النشر على اصنعها قم بإرسال مقالك إلى العنوان التالي:

article@isna3ha.com  

من فضلك ارسل لنا رسالة بها المعلومات التالية أيضا:

الإسم الكامل: .........................
المدينة: ................................
البلد: ...................................
التخصص:.............................
اسم المؤسسة:..........................


 

]]>
admin@isnaha.com (إدارة إصنعها) مشاريع التخرج Mon, 16 Jul 2012 00:00:00 +0000
تأثير هول http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/725-تأثير-هول http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/725-تأثير-هول

تأثير هول

image001

في هذا المشروع سوف ندرس تأثير المجال المغناطيسي على التيار الكهربائي المار في موصل، وسندرس تأثير هول بأبسط الطرق الممكنة


تقديم

 

في سنة 1879 اكتشف ايدوين هول (Edwin Hall) ما يعرف الآن بتأثير هول (Hall effect) حينما كان يقوم ببحث نظرية سريان الالكترونات الذي اقترحه كلفن قبل 30 سنة.
اكتشف
ايدوين هول انه اذا وضع مغناطيسا بشكل عمودي على وجه شريحة من الذهب يمر بها تيار كهربائي فانه سيظهر فرق في الجهد على حدي الوجه الاخر، ووجد ان هذا الفرق في الجهد يتناسب مع التيار المار في الشريحة وكثافة الفيض المغناطيسي العمودي على وجه الشريحة.

لكن، لم يتم استخدام هذه الظاهرة الا في آخر خمسة عقود، فكان اول تطبيق عملي له خارج المختبر هو المستشعر إليكتروني (أو حساس) للتيار المغناطيسي سنة 1950. بالتوسع في صناعة المواد اشباه الموصلات اصبح من الممكن استخدام تطبيقات لانهائية لتأثير هول وأول تطبيق صناعي كان مكبر صوت يطلق عليه اسم the solid state keyboard بالإنجليزية.

image002


نظرية تأثير هول

 

حينما يوضع موصل يمر به تيار كهربائي في مجال مغناطيسي، سيتولد فرق جهد عمودي على كلا من التيار الكهربائي والمغناطيسي وهذا ما يعرف بتأثير هول. الصورة رقم 1 توضح مبدأ تأثير هول حينما يمر تيار كهربائي في شريحة من اشباه الموصلات فإن فرق الجهد العمودي على التيار يساوي 0 (في حاله عدم وجود مجال مغناطيسي).

image003

الصورة 1: توضح انعدام تأثير هول عند غياب المجال المغناطيسي

image004

الصورة 2: توضح تأثير هول بوجود مجال مغناطيسي

 

حينما يتواجد مجال مغناطيسي فإن تأثيرا قويا لورانتز ينطبق على التيار الكهربائي المار في العينة وتجعل المركبات الكهربائية تنحرف ولا تصبح مرتبة مما يؤدي لظهور فرق جهد بين وجهي العينة. هذا الفرق في الجهد يسمى بفرق جهد هول ويرمز له بـ VH، ويتناسب اطرادا مع حاصل ضرب التيار المار في العينة والمجال المغناطيسي ليساوي: VH=I×B

 

{youtube}_ATDraCQtpQ{/youtube}

 


خطوات التجربة


الأجزاء الرئيسية

العربية

ملاحظة

قطعة معدنية

شفرة حلاقة مثلا.

فولتمتر

 

مقاومة متغيرة

 

مولد للمجال المغناطيسي

معناطيس أو جهاز لتوليد تيار كهرمغناطيسي.


التركيب

في هذه التجربة نريد حساب قيمتي الجهد VH ومعامل هول RH عندما يتعرض التركيب للمجال المغناطيسي.


1- يجب لحم الاسلاك بالانصهار لا ينفع اللحم بالقصدير لأن نقطه اللحام ستكون كبيره.
2- يوصل السلكين 1 و2 بمصدر التيار. أما الأسلاك 3 و4 و5 فستبقى للقياس فيما بعد.

3- نصل السلكين 4 و 5 بالمقاومة المتغيرة حتى يمكننا ضبط الجهد للصفر في المجال المغناطيسي.

4- نضبط التيار الكهرمغناطيسي بمستوى 1.5 أمبير.

image005

نضع العينة بين قطبي المغناطيس يجب ان يكون قويا في حالة اذا كانت العينة من المعدن حيث انه سيتبين لنا لاحقا ان التيار الناشئ (تيار هول) سيكون بالمليفولت.

 

نثبت التيار الكهربائي ونغير المجال المغناطيسي ونعين فرق الجهد من العلاقة:

image006 

image007

حيث أن:

 

        W: سمك العينة

     VH: فرق الجهد الناتج من العينة عند وضعها في مجال مغناطيسي (فرق جهد هول)

       JX: التيار المار في العينة

       BZ: المجال المغناطيسي

 

النتائج

 

كانت النتائج كالتالي:

I  (A)

0.5

1

1.5

2

2.5

(V)

0.0365

0.072

0.107

0.1445

0.183

 

image009

نجد ان العلاقة (1) تحققت عمليا ونتج لنا خط مستقيم يمر بنقطة الاصل ومن ميل الخط يمكن استنتاج معامل هول حيث ان الميل يساوي العلاقة (2) وبمعلومية التيار المغناطيسي وسمك العينة وهم ثوابت نعين معامل هول في الصلب.

(1)    image010

(2)  image011


مستشعر هول

 

تقديم

هو مستشعر إليكتروني (أو حساس) قادر على بعث فرق جهد VH حينما يتعرض لمجال مغناطيسي ويساوي حاصل ضرب التيار الكهربائي الداخل والمجال المغناطيسي وزاوية التعرض للمجال.

 

وبتثبيت التيار الكهربائي من الممكن استخدام مستشعر هول كمقياس للمجال المغناطيسي.

 

في هذا التطبيق سنستعمل مستشعر هول ذي الصيغة التالية:

image012

Allegro Microsystems A1120EUA Hall Effect Switch

 

تركيب

سنستعمل مستشعر هول من أجل تشغيل وإيقاف الصمام الضوئي لبطاقة أردوينو UNO.

قم بإيصال الأطراف كما يلي:

* صل المربط 1 للمستشعر بالمربط 5V+ لبطاقة أردوينو (السلك الأحمر)

* صل المربط 2 بالمربط 0V (السلك الأسود)

* صل المربط 3 بمربط المدخل 12 (input pin) لبطاقة أردوينو (السلك البرتقالي).

قم أيضا بجعل مقامة كهربائية بين المربط 1 والمربط 3 للمستشعر.

image013

عندما تقوم بتقريب المغناطيس للمستشعر سيتم تغيير حالة الصمام الضوئي.

 

برمجة

/* زر باستعمال مفعول هول

     Hall Effect Switch

 

  في هذا المثال سنقوم بتشغيل صمام ضوئي وإطفاءه عن طريق المربط الرقمي 13 للبطاقة، عندما يحدث مفعول أو لنقل تأثير هول عن طريق تقريب مغناطيس لمستشعر مفعول هول لمرتبط بالمربط 2. هذا المثال هو نموذج عام لكل من يريد أن يستخدمه. 

 http://www.hobbytronics.co.uk/arduino-tutorial8-hall-effect

*/

 

// تعريف الثوابت

const int hallPin = 12;     // رقم المربط الذي سيوصل بالمستشعر

const int ledPin =  13;     // رقم المربط الذي سيوصل بالصمام الضوئي

// تعريف المتغيرات

int hallState = 0;          // سيستعمل لقراءة القيمة المتولدة من المستشعر

 

voidsetup()

{

  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // تهيئة مربط الصمام الضوئي على أنه سيكون مخرجا

  pinMode(hallPin, INPUT);  // تهيئة مربط المشتشعر على أنه سيكون مدخلا

 

}

 

voidloop()

{

  hallState = digitalRead(hallPin); // قراءة القيمة المتولدة من المستشعر

 

  if (hallState == LOW) digitalWrite(ledPin, HIGH); // إشعال الصمام الضوئي

  else                 digitalWrite(ledPin, LOW);   // أطفاء الصمام الضوئي

  }

}

 

تجربة

{youtube}Rka1pwBkRmg{/youtube}


تطبيقات أخرى

 

محركات DC اللامفروشة

Brushless DC Motors

مستشعر السرعة الدورانية

Rotary Speed Sensors

image014

image015

رأس قارئ الأشرطة المغناطيسية (المذياع)

Magnetic Tape Heads

قارئ البطاقات المعناطيسية

Magnetic Card Readers

image016

مستشعر التيار

Current Sensors

image018

مقياس الطاقة الكهربائية

Watt-hour Meters

مقياس القدرة الكهربائية

Electrical Power Measurements

مقياس غوص

Gauss-meters

image019

image020

أنظمة الإشتعال

Ignition Systems

مقياس المجال المعناطيسي

Magnet Field Measurements

image021

image022

مستشعر الإقتراب

Proximity Sensors

 

Flux Leakage Measurements

image023

image024

مضاعفات

Multipliers

 

Linear/Angular Transducers

image025

image026

مقياسات المغناطيس الدائم

Permanent Magnet Measurements

أنظمة التوجيه

Guidance Systems

 

 

 

Air Gap Measurements

تصميم الدارة المغناطيسية

Magnetic Circuit design

 

 

 

Nondestructive Memory Readouts

 

 


مقاطع مصورة

{youtube}AcRCgyComEw{/youtube}

 


معلومات عن مشروع التخرج

 

الجامعة

جامعة طنطا

كلية العلوم

شعبة الفيزياء

2012

image027

المؤلف

أحمد عبده المناوي

البريد

Egyhero_2010@windowslive.com

المشرف

الدكتورة سامية أحمد سعفان

الملفات

النسخة الأصلية 

تلخيص بصيغة pdf

تلخيص بصيغة doc

نوع البحث

إجازة للحصول على البكالوريوس

 

  


المراجع

 

 

HALL EFFECT SENSING AND APPLICATION
Internet material, http://britneyspears.ac/physics/halleffect/hall.htm.

R. P. Feynman, Feynman Lectures on Physics, 3 , ch. 14

http://www.hobbytronics.co.uk/arduino-tutorial11-hall-effect


]]>
egyhero_2010@windowslive.com (احمد المناوي) مشاريع التخرج Tue, 07 Aug 2012 08:28:47 +0000
اختبارات التآكل (الصدأ) http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/724-اختبارات-التآكل-الصدأ http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/724-اختبارات-التآكل-الصدأ

اختبارات التآكل (الصدأ)

image001 

التآكل أو الصدأ ظاهرة منتشرة جدا في المعادن تتسبب في تقليص قوتها أو تلفها. نتطرق في هذا البحث إلى تفصيل أنواع التآكل وطرق الحماية منها مع اختبارات إضافية حول إحدى أنجع الطرق لحماية الفولاذ المسلح من التآكل.


التآكل

يعرف التآكل بأنه التلف (الجزئي أو الكلي) الذي يصيب الفلز/السبيكة سواء من حيث المظهر أو الأداء، فهو الهجوم على المعدن الذي يسبب تدهور خواصه إثر التفاعلات الكيميائية أو الكهركيميائية مع الوسط المحيط. يعتبر التآكل إحدى أبرز المشاكل التي تعاني منها الكثير من المنشآت والقطاعات مما ينجم عنه تكاليف ضخمة تتمثل بالخسائر التي تصرف لإعادة تصنيع التصاميم التالفة أو وسائل الحماية من التآكل، وكذلك أضرار في الإنتاج وبالتالي انخفاض في الكفاءة والأداء، وخسائر أخرى يصعب تحديدها بدقة.

image002

 


أهم أنواع التآكل

 

 

النخر: في هذا النوع من التآكل تتكون حفر على أجزاء من سطح المعدن دون غيرها. يعد من أكثر أنواع التآكل خطورة، وذلك لكونه يؤدي إلى حصول الفشل في الأجزاء المعدنية بثقبها دون فقدان شيء يذكر من وزنها وكذلك لكونه يصعب قياس درجة حدته كمياً. مثال هذا النوع من التآكل: هو تآكل المعادن من النوع (النشط-الخامد) مثل: الألمنيوم والصلب المقاوم في محاليل الهالوجينات. image003
التشققي: هو تآكل موضعي شديد يصيب الأجزاء المعدنية في مناطق الشقوق والمناطق المغطاة، سواءً أكان هذا الغطاء على هيئة مواد معدنية أو كان على هيئة مواد غير معدنية مثل الأقمشة، المواد البلاستيكية، المطاط، الزجاج، الترسبات الطينية، الطحالب أو الأوساخ. ولحدوث هذا النوع من التآكل يجب توفر محلول راكد (الكتروليت) بين الغطاء والمادة المعدنية، ويسمى هذا النوع أحياناً بأسماء أخرى مثل تآكل الحشوات وتآكل الترسبات. image004

الخيطي: يحدث هذا النوع من التآكل تحت الأسطح المدهونة أو المصفحة عندما تخترق الرطوبة الطلاء.  الدهانات سريعة الجفاف هي الأكثرعرضة لهذه المشكلة. يجب أن يبدي الطلاء خصائص نفوذية منخفضة لبخار الماء، وخصائص التصاق ممتازة. يجب أن تؤخذ الطلاءات الغنية بالزنك بعين الاعتبار لحماية الفولاذ الكربوني وذلك لحماية المعدن مهبطياً. يبدأ التآكل الخيطي الشكل عادًة بعيوب صغيرة، وتكون أحيانًا ميكروسكوبية فيالطلاء. يتم تفادي التآكل الخيطي الشكل بالتحضير الجيد لسطح المعدن قبل عملية الطلاء وباستعمال طلاءات مقاومة لهذا الشكل من التآكل وبالاختيار الدقيق للطلاءات لنكفل تخفيض الانقطاعات أوالفتحات في الطلاء للحد الأدنى.

image005

image006

 الغلفاني: التآكل الغلفاني يحدث عندما يتصل زوج من المعادن او الخلائط كهربائيا مع معدن آخر أو ناقل غير معدني بنفس الالكتروليت والعناصر الثلاثة الرئيسية هي: 

*مواد تملك كمون سطحي مختلف. 

*الكتروليت مشترك. 

*إلكترونات مشتركة. 

 image007

التعرية الانتقائي
image008 image009
   

 


تصنيف اختبارات التآكل

 

حسب نوع الاختبار

الاختبارات الكهروكيميائية: جميع عمليات التآكل هي عمليات كهروكيميائية ناتجة عن تفاعلات الأكسدة، حيث أن الالكترونات تتحرر من المعدن (الأكسدة)، وتستقبلها عناصر أخرى تكون السبب في التآكل.

التآكل هو عملية تدفق للالكترونات (التيار)، وبالتالي يمكن التحكم بتدفق هذه الالكترونات وقياس كمية التدفق بواسطة جهاز الكتروني. يمكن استخدام الطرق التجريبية الكهروكيميائية لتوصيف تآكل المعدن في ظل الالكتروليت المتواجد.

image010

 

الاختبار في كبينة (خزانة): يشير هذا الاختبار إلى الاختبارات التي تتم في خزانات مغلقة، حيث يتم التحكم في ظروف التعرض. معظم هذه الخزانات مصممة لخلق محاكاة سريعة لعملية التآكل.

image011

اختبار الغمر: يجرى هذا الاختبار لتقييم تآكل المعادن في المحاليل المائية، حيث تغمر العينة في محلول التآكل لفترة معينة ومن ثم يتم فحصها. يعتبر هذا الاختبار من الاختبارات البسيطة نوعاً ما، ولكن هناك معايير محددة يجب توافرها أثناء الاختبار (التهوية – درجة الحرارة – أسلوب الغمر – مدة الاختبار – إعداد السطح) حتى نضمن عملية المحاكاة بشكل كامل.

 image012

الاختبار عند درجة حرارة وضغط مرتفعين: يستخدم في مثل هذه الحالة اختبار الأتوكلاف للتآكل، حيث يعتبر هذا لاختبار وسيلة مريحة في تأمين محاكاة لعدد كبير من بيئات الخدمة، ويتميز بوثوقية عالية في حال الحرارة والضغط المرتفيعين.يستخدم غاز الآزوت من أجل تامين الضغط ويتم التسخين الكهربائي.

 

الاختبار الجوي: في هذا النوع من الاختبار يتم وضع العينات المراد دراسة ظاهرة التآكل عليها في الهواء الطلق، وتترك لمدة معينة.

 

image013

 image014

الاختبار في ماء البحر: كما هو الحال في البيئات الأخرى فإن الاختبار في ماء البحر يعتمد على محاكاة الظروف البيئية الفعلية التي تمر بها المادة، هذه الظروف البيئية متغيرة بشكل واسع، حيث تتحكم بها درجة الحرارة، كمية الأوكسجين المذاب، نوع ومقدار التلوث البيولوجي، التكاثر الطبيعي للميكروبات...

image015

image016

الاختبار في المياه العذبة: يتم إجراء هذا الاختبار من أجل تحديد خصائص التآكل للمياه، ومن أجل تقييم سلوك المواد المختلفة عند تعرضها للمياه، ولمعرفة الطرق التي تساعدنا في التخفيف من ظاهرة التآكل.

image017

 

حسب نوع التآكل

اختبار التآكل بالنخر: يتم تطبيق اختبار ASTM G48، حيث تنظف العينات وتوضع في محلول 6% FeCl3))، وتترك لفترة معينة، ومن ثم تخرج ويتم تنظيفها بعناية، ويتم مراقبة السطح للكشف عن النخر. لا ينصح باستخدام طريقة فقدان الوزن، فالخسارة قد تكون صغيرة جداً من أجل حفر عميقة.

image018

اختبار التآكل التشققي: يتم الاختبار بنفس الطريقة السابقة باستخدام الاختبار ASTM G48، حيث تنظف العينات كذلك وتوضع في نفس المحلول السابق وتترك لفترة معينة، ثم تخرج ويتم تنظيفها بعناية، ويتم بعدها حص السطح لمراقبة التشققات.

 

اختبار التآكل الغلفاني: الطريقة الأكثر شيوعاً في اختبار التآكل الغلفاني هي وصل مادتين مع بعضهما بواسطة كبل وتعريضهما للظروف الخارجية، وتطبيق محاكاة أقرب ما تكون لظروف العمل. يجب الربط بعناية لضمان تحقق الربط الكهربائي بين المادتين، وأحياناً يمكن استخدام جهاز مقاومة مناسب. بعد فترة يتم الكشف عن السطح وملاحظة مقدار التآكل ومن أجل تفاصيل أكثر حول هذا الاختبار يمكن الرجوع إلى ASTM G71.

 

اختبار التآكل التقشري: طريقة الاختبار حسب ASTM G34، حيث يستخدم هذا الاختبار لأغراض البحث والتطوير وتتلخص فكرة الاختبار في تعريض السبائك والمواد إلى الهواء الطلق المشابه للظروف البحرية والصناعية، وتركها مدة معينة من الزمن ومن ثم فحصها جيداً من أجل كشف التقشرات الحاصلة أو التي يتوقع حصولها.

 

اختبار التعرية والاحتكاك: في هذا الاختبار يتم تمرير تيار من الماء أو الهواء المحمل بالجسيمات الصلبة التي قد تكون (رمل، جسيمات معدنية، شوائب متعددة الابعاد .....الخ) والتي تكون عندها هذه الجسيمات تمثل الجسيمات المحمولة في وسط العمل حيث تعمل هذه الجزيئات على إزالة أجزاء من السطح.

 

image019

اختبار التآكل الانتقائي: يجري هذا الاختبار في السبائك والتي تكون مكونة من عدة معادن حيث يحدث هذا التآكل وذلك من أجل الكشف المبكر عن التآكل الانتقائي وحيث يحدث بشكل كبير في الأوساط الرطبة. والتآكل الانتقائي هو انحلال احدى مكونات السبيكة وهو العنصر الأكثر نشاطا وبقاء العنصر أو العناصر الأخرى نتيجة تشكل أزواج غلفانية موضعية صغيرة في مناطق متعددة من المعدن وهذا يؤدي الى فشل موضعي. يتم تعريض السبائك لظروف العمل وبعد مدة يتم فحص السبيكة وملاحظة التآكل الانتقائي.

 

اختبارات التآكل في الصناعة

السيارات: لعبت اختبارات التآكل دورا رئيسياً في تطوير مقاومة للتآكل للسيارات.الاختبارات عموماً تصنف إلى الاختبارات المعملية أو الاختبارات الميدانية والفرق ينطوي على طبيعة البيئة التي يجري فيها لاختبار.

image020

image021

الطائرات التجارية: يجرى عادة اختبارات شاملة للطائرات للكشف عن مشاكل التآكل للطائرات في بيئات الخدمة المختلفة واعطاء تقنيات متعددة لمكافحة التآكل والاختبارات الأكثر استخداماً هي الاختبارات اللاإتلافية بواسطة الأمواج فوق الصوتية.

 

الطائرات العسكرية والمعدات المرتبطة بها: خلال أداء الطائرات العسكرية لمهمتها فإنها من المحتمل أن تتعرض لكثير من البيئات القاسية مثل درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة (60 درجة فهرنهايت – 140 فهرنهايت) /(-51.1الى 60 درجة مئوية) والظروف الرطبة بالكامل كذلك الأمطار وندى الصباح والهجوم البيولوجي لذلك فإن اهم الاختبارات التي تجرى على المقاتلات العسكرية هي: اختبار الصدمة الحرارية، نمو الفطر (الفطريات)، الضباب الملحي، انخفاض الضغط، الاشعاع الشمسي، المطر، الرمال و الغبار.

image022

خطوط الأنابيب: ويتم اختبار تآكل خطوط الأنابيب لأسباب عدة اولاً هو لتقييم حالة خط الأنابيب لتحديد سواء كانت آمنة أم غير آمنة للعمل. إذا كان هناك حاجة لإصلاحات، يتم إجراء اختبار لتحديد ما إذا كان الإصلاح ممكناً أو إذا هناك حاجة إلى استبدالها. سبب آخر لاختبار الأنابيب هو لتقييم فعالية تدابير مكافحة التآكل، مثل مثبطات لأسطح الأنابيب الداخلية أو الحماية الكاثودية للأسطح الداخلية أو الخارجية.

image023

اختبارات التآكل في خطوط نقل الطاقة الكهربائية: تستخدم الاختبارات على كافة الموصلات المستخدمة في نقل القدرة الكهربائية و خطوط النقل الهوائية مثل الاختبارات التي تحدد مقاومة العنصر التشققي الإجهادي. العديد من العناصر مثل النواقل، الأبراج الكهربائية الفولاذية والبراغي يجب إجراء اختبارات التآكل عليها بشكل روتيني واضافة العديد من التحسينات ومع ذلك يجب ادخال التحسينات لهذه العناصر لمقاومة التآكل.

image024

اختبارات التآكل في مجال الاتصالات السلكية واللاسلكية: إن اختبارات التآكل لكابلات الاتصالات بدأت تتوفر بشكل مبكر حيث تهدف اختبارات التآكل الى إنشاء مقاومة التآكل في العناصر المعدنية المكشوفة في بيئة عملها. كما تهدف اختبارات التآكل الى تقييم التوافق الغلفاني للمكونات المصنوعة من أكثر من سبيكة ومدى فعالية التغليف والطلاء بواسطة المعدن النبيل ومعادن التضحية كما تستخدم اختبارات التآكل لوضع الاستعداد لـ SCC والتشقق الإجهادي الهيدروجيني.

     

اختبارات التآكل حسب الوسط المحيط

ماء الصناعة: يشير مصطلح ماء الصناعة إلى المياه المستخدمة في محطات التشغيل. وعادة ما تكون المياه القادمة إلى المصنع من مصدر سطحي (الأنهار-البحيرات...الخ) أو من مصدر جوفي (الآبار). تستخدم الاختبارات في مختبر التآكل من أجل فهم التآكل وآليات التثبيط وتطويرها، وهي مفيدة لتحديد طرق العلاج لنظام ما. طريقة الاختبار الأكثر شيوعاً هي غمر العينة، وهناك أساليب أخرى أقل استخداماً وهي طريقة تدوير الأقطاب الكهربائية. الاختبارات والدراسات الكهروكيميائية تستخدم في المقام الأول لتسليط الضوء على آلية التآكل، كما تستخدم كذلك طريقة التحليل.

image025

الصناعات الكيميائية: اختبارات التآكل يمكن أن تقسم إلى اختبارات كهروكيميائية واختبارات لا كهروكيميائية. من بين التقنيات الكهروكيميائية التي استخدمت بنجاح هي طريقة الماسح الاستقطابي، طريقة المقاومة الكهروكيميائية، طريقة مقاومة التآكل المتوقعة، وطريقة المهابط والمصاعد. يتم استخدام رسوم تخطيطية تساعد على فهم النتائج. طريقة الاختبار المختارة يجب أن تحقق محاكاة جيدة لظروف العمل.

image026

النفط: إنتاج النفط يخلق تحد فريد من نوعه في مجال اختبارات التآكل وذلك لعدم وجود بيئة كيميائية ثابتة، وإنما يخضع لبيئة طبيعية. هذه البيئة الطبيعية تحوي على مركبات وعناصر كيميائية مختلفة ومتنوعة، وبالتالي فإن بيئات انتاج النفط هي بيئات معقدة ومتغيرة. تصنف اختبارات التآكل في هذا المجال حسب المراحل التي تمر بها عملية إنتاج النفط (سائل-غاز-صلب).

image027

إن الجهاز المستخدم في اختبار أجزاء المنشآت النفطية هو جهاز التحليل الكيميائي XRF.

 

غازات ذات درجة حرارة مرتفعة: الأجواء الغازية ذات درجة الحرارة المرتفعة هي: الأكسدة والكربنة والكبرتة والهلجنة.

 

المحاليل العضوية: تستخدم السوائل العضوية بشكل واسع في الصناعة، ويمكن تعريفها على أنها السوائل التي تحوي ذرة كربون واحدة أو أكثر مرتبطة مع ذرات أخرى عن طريق الرابطة التساندية. الذرات المشتركة الموجودة في المحاليل العضوية هي ذرات الأوكسجين والهيدروجين والنتروجين والكبريت والهالوجينات. أنواع التآكل التي يمكن أن تحدث في المحاليل العضوية هي نفسها التي تم ملاحظتها في المحاليل المائية. يمكن أن يكون هناك اختلاف في التركيب الكيميائي و الكهربائي بين المحاليل العضوية والمحاليل المائية ولكن آليات التآكل هي ذاتها. إن الاختبارات التي يمكن إجراؤها هي اختبار الكوبون والموصف وفق المواصفة ASTM G 31وكذلك الاختبارات الكهروكيميائية.

 

الأملاح المصهورة: يمكن ملاحظة الأملاح المصهورة على الأسطح المعدنية والسيراميكية بارتفاع درجة الحرارة. من أجل إجراء اختبارات التآكل على الأملاح المصهورة يجب توفير محاكاة لهذه الأملاح ولكن لسوء الحظ فإنه من الصعب إجراء المحاكاة في هذا النوع من التآكل. إن اختبارات التآكل في هذا النوع يصعب التحكم بها لصعوبة ضبط المتغيرات.

 

التآكل في الوسط الخارجي: يقصد بهذا النوع من الاختبارات للتآكل هو التآكل الحاصل في الأوساط الخارجية اي خارج الأبنية والمنشآت والمعرضة لتأثير الوسط الخارجي حيث يختلف التآكل حسب الوسط المحيط بها ومكان هذا الوسط على الأرض.

 

التآكل في الأوساط الداخلية: أهم الاختبارات الميدانية: الرطوبة ودرجة الحرارة ورصد الندى + قياسات تركيز الغازات الآكلة + الاختبارات اللازمة لمعرفة تركيز الجسيمات الناعمة والخشنة.

 

التآكل في التربة: القياسات المباشرة والغير مباشرة والتقنيات المستخدمة لقياس سلوك التآكل لهيكل معدني مدفون تحت التربة يحتاج أن يتحكم به بشكل غير مباشر أو المراقبة لتحديد الوقت للاختبار المباشر عندما تكون الاصلاحات ضرورية والبحث عن الأسطح المتآكلة عادة ما يكون مكلفاً وتكون عمليات الفحص مقبولة في حالات خاصة من التآكل ومع ذلك فإن تقييم حالة السطح الخارجي لابد منها في بعض الاحيان.

 

الإسمنت: أفضل بيئة يمكن فيها اختبار قضبان التسليح هي الإسمنت و هناك عدد من الطرق المتاحة.

image028

image029

     

التآكل في فولاذ التسليح

تقديم

تآكل فولاذ التسليح هو السبب الرئيسي للإضرار في الخرسانة. والسبب هو تشبع الخرسانة بثاني اوكسيد الكربون أو وجود أملاح الكلوريدات.

image030

 

طرق مختلفة للحماية

1.       استخدام الحديد المجلفن.

2.       دهان حديد التسليح بالإيبوكسي.

3.       حديد ستنلس ستيل.

4.       حماية أسطح الخرسانة من النفاذية: وذلك إما باستخدام مادة سائله يتم رشها أو دهانها أو ألواح وطبقات من المطاط أو البلاستيك

image031

 

الطريقة القياسية لاختبار نصف الخلية المحتملة لفولاذ التسليح الغير مغلف في البيتون

مبدأ الاختبار

قياس فرق الكمون بين القضيب والسطح البيتوني ومن تم تحديد مقدار التآكل.

image032

image033

 

الأدوات

مقياس فولت

مسرى نحاسي

صبة بيتونية تحوي ثلاث قضبان تسليح

 image034

image035 

image036 

أسلاك التوصيل

image037 

 

طريقة الاختبار

تبليل سطح الصبة بالماء وبعد مدة معينة تتشرب جيداً بالماء.

1.        تحضير محلول كبريتات النحاس.

2.        ملئ المحلول ضمن أنبوب مغلق من أحد طرفيه بإسفنجة لتحقيق تسرب بطئ.

3.        وصل القطب الموجب مع الفولاذ والسالب مع مسرى النحاس.

4.        تحريك المسرى على عدة نقاط متباعدة.

5.        القراءات.

6.        تكرر العملية من اجل كل قضيب ونعيد الاختبار من اجل وسط ملحي.

image038

image039

 image040

 

النتائج

الوسط المائي

الوسط الملحي

 image041

 image042

بعد الحصول علي قيم الكمونات لقضبان التسليح الثلاثة والتي تتراوح في الوسط المائي بين 0.354V)0.149V-) وبعد تمثيل هذه القيم على مخطط بيربكس عند قيمة pH=12-11 وهي قيمة pH الإسمنت، وجد أن هذه الكمونات محصورة في منطقة التخامل وهي المنطقة التي يكون فيها المعدن لم يتآكل بعد.

 

أما بالنسبة للوسط الملحي NaCl تراوحت قيم الكمونات للقضبان الثلاثة بين (-0.463V، -0.193V) وبعد التمثيل هذه القيم عند pH=12-11 وجد أن هذه الكمونات محصورة في منطقة التخامل، ولكنها أقرب إلى منطقة التآكل نتيجة تأثير شوارد الكلور.

 

يعزى تركز قيم الكمونات في منطقة التخامل إلى أن صبة البيتون لم يمضِ عليها وقت كافي لحدوث التآكل.

image043

 

اختبار التآكل في كبينة

يشير اختبار الكبينة إلى التجارب التي تجرى في خزائن مغلقة، حيث يتم التحكم في ظروف التعرض داخل الخزانة من أجل تسريع التآكل في اختبار ما.

image044

أنواع اختبار الكبينة:

التحكم بالرطوبة.

التآكل الغازي.

الرذاذ الملحي.

image045

 

مبدأ الاختبار

عينات لها نفس النوع والمواصفات ?الاختلاف في طريقة الحماية ?وضعها في الكبينة ضمن جو محدد ?ملاحظة التغيرات مع الزمن.  

image046

image047

 

طريقة الاختبار

يتم طلاء خمس عينات فولاذية كالتالي:

عارية بدون أي حماية

زيرقون فقط

طلاء عضوي فقط

image048

image049

image050

زيرقون + طلاء عضوي

زيرقون + طلاء عضوي + خدش

 

image051 

image052 

 

وضع العينات في الأماكن المخصصة لها وملئ الجهاز بالمحلول الملحي 5%NaCl.

image053

image054

يتم ضبط بارامترات الجهاز (35°C رذاذ ملحي) حسب الاختبار B117.

 image055

تترك العينات لفترة محددة ومن ثم إخراجها وملاحظة النتائج.

       

النتائج

بعد 78 ساعة تم ملاحظة النتائج التالية:

 

نلاحظ أن العينة العارية والتي لم يتم حمايتها بأي طبقة طلاء قد تعرضت للتآكل بشكل كبير جداً وتشكلت عليها كميات كبيرة من الصدأ الأحمر وبالتالي لا يمكن استخدام هذا النوع من المعدن في مثل هذه الظروف بدون طبقة حماية

 

image056

العينة التي تم طلاؤها بطبقة من الزيرقون فقط قاومت التآكل بشكل جيد خلال مدة الاختبار، لكنها فقدت خواصها الميكانيكية وأصبحت طبقة هشة يمكن إزالتها بسهولة باليد.

 

 image057

العينة التي تم طلاؤها بطبقة من الطلاء العضوي فقط وبدون طبقة أساس قاومت التآكل بشكل جيد، ولكن آثار التآكل ظهرت بشكل طفيف عند الزوايا مع حدوث انتفاخات، وبالتالي فإنه وفي حال التعرض لهذه الظروف لفترة طويلة سوف تنهار طبقة الطلاء ويتآكل المعدن.

 

 image058

العينة التي تم طلاؤها بطبقة من الزيرقون (الأساس) والطلاء العضوي مع إحداث خدش ميكانيكي فيها، نلاحظ أن الـتآكل قد تركز بشكل كبير في منطقة الخدش وكان هذا الخدش بداية لتشكل تآكل خيطي في السطح البيني الفاصل بين الطلاء والمعدن.

 

 image059

العينة المطلية بطبقة من الزيرقون والطلاء العضوي قاومت التآكل بشكل ممتاز ولم تبدي أي استجابة للتآكل أو تغير في الخواص الميكانيكية للطلاء.

 

 image060

استنادا الى نتيجة هذا الاختبار ينصح عند استخدام هذا النوع من المعادن ان يستخدم الزيرقون كطلاء اساس ومن ثم الطلاء العضوي.

 


معلومات عن مشروع التخرج

المؤسسة

جامعة حلب

كلية الهندسة الميكانيكية

علم المواد الهندسية

2012م - 1433هـ

 image061

المؤلفين

المهندس محمد زكريا مشاعيل + المهندس إياد العبود

البريد

zakaria.engineer@gmail.com

المشرف

الدكتور مازن عزيزي

الملف

النسخة الأصلية
تلخيص بصيغة  pdf

تلخيص بصيغة  doc

نوع البحث

إجازة في الهندسة الميكانيكية

 

]]>
zakaria.engineer@gmail.com (محمد زكريا مشاعيل) مشاريع التخرج Fri, 10 Aug 2012 00:00:00 +0000
التحكم بسرعة واتجاه دوران محركات التيار الثابت http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/723-التحكم-بسرعة-واتجاه-دوران-محركات-التيار-الثابت http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/723-التحكم-بسرعة-واتجاه-دوران-محركات-التيار-الثابت

 التحكم بسرعة واتجاه دوران محركات التيار الثابت

00

في هذا المشروع سيتم تصميم دارة للتحكم بالمحرك بشكل كامل من خلال الحاسوب.


تقديم

بسم الله الرحمن الرحيم. نحتاج في العديد من المشاريع و التطبيقات الى استخدام محرك DC، فيتوجب علينا التحكم بسرعته واتجاه دورانه، ونظراً لتوجه التطبيقات نحو الأتمته (Automatic systems) يجب علينا التفكير بطرق غير الطرق اليدوية.


الأجزاء الرئيسية

العربية
إنجليزية
فرنسية

القيمة أو الصيغة

مقاومة
Resistor
Resistance

كيلوأوم

صمام ثنائي 
Diode


 

مقحل (ترنزستورTransistor
TIP121 أو TIP120
 للتحكم بسرعة المحرك
محرك DC
DC Motor
Moteur DC
فولط

متحكم بالمحرك
Motor Controller
Controleur de Moteur

L293D

للتحكم باتجاه الدوران

اردوينو
Arduino

أيا كانت

اسلاك
Wires
Cables

بطاقة التجارب
Breadboard

برنامج لابــڤـيو
Labview Software
​Logiciel de Labview


القنطرة الإليكترونية L293D

هي شريحة متكاملة، عبارة عن قنطرة H (أي H-Bridgeتمكننا من تطبيق جهد وعكسه على حمل ما، وبالتالي ينعكس التيار المار بالحمل (كـما هو الشأن إذا أردنا عكس اتجاه دوران المحرك مثلا).

تتحمل هذه القطعة جهدا كهربائيا يصل الى 36 فولـط وشدة كهربائية تساوي 600 ميليأمبير. صمم هذا المركب الإليكتروني للتحكم في محركين كأقصى حد من خلال اشارات رقمية.

يوضح الشكل جانبه صورة هذا المركب وأسماء مرابطه، وفي ما يلي شرح لوضائف بعضها:

01

  • مصدر فرق الجهد للمحرك (0v إلى 36v) يتم توصيله بالمربط Vs.

  • الطرف Vss مسئول عن تغذية الشريحة، ويجب ان يكون الجهد الداخل على الشريحة منتظماً لتعمل بشكل سليم. كما أننا لن نهتم بمسألة تنظيم الجهد لأننا سوف نصله من خلال بطاقة اردوينو التي تحتوي على منظم جهد داخلي (built-in voltage regulator).

  • يتم وصل جميع اطراف GND ومصدر الجهد لهذا المركب بمثيلاتها على بطاقة اردوينو.

  • يوصل المحرك على الخرجين 6 و3.

  • يتم التحكم باتجاه الدوران من خلال المرابط 1 و2 و7.

سوف نصل هذا المركب الإليكتروني ببطاقة اردوينو من خلالالمرابط 12 و11 و10، وستكون وظائفها حسب الجدول التالي:

المربط 1

المربط 2

المربط 7

حالة المحرك

مرتفع

منخفض

مرتفع

دوران في اتجاه عقارب الساعة

مرتفع

مرتفع

منخفض

دوران عكس اتجاه عقارب الساعة

مرتفع

منخفض

منخفض

يتوقف المحرك

مرتفع

مرتفع

مرتفع

يتوقف المحرك

منخفض

لا يهم

لا يهم

يتوقف المحرك

ملاحظة 1: كلمة مرتفع تعني High و Haut بالإنجليزية والفرنسية على التوالي. وتعني رقميا القيمة 1 وكهربائيا جهدا كهربائيا مختلفا عن 0 فولط.

ملاحظة 2: كلمة منخفض تعني Low و Bas بالإنجليزية والفرنسية على التوالي. وتعني رقميا القيمة 0 وكهربائيا الجهد الكهربائي 0 فولط في الغالب.


الدارة الكهربائية

بما أننا سنستخدم محركا صغيرا يتطلب جهدا كهربائيا بقيمة 5 فولط، فـسيكون مصدر فرق الجهد من بطاقة أردوينو نفسه (مخرج 5 فولط)، وتكون الـدارة الكهربائية النهائية كما في الخطاطة التالية:

02

اصبحت دارة التحكم باتجاه الدوران جاهزة. لكن سيبقى السؤال هو كيف سنتحكم بسرعة المحرك؟

للتحكم بسرعة المحرك سوف نتحكم بمقدار التيار الكهربائي المار فيه (المار في الدراة كاملة) من خلال المقحل (الترانزستور). يجب وصل قاعدة هذا الأخير بالمربطPWM لبطاقة اردوينو.

03

وسيبقى السؤال في لم لا يتم وصل المحرك مباشرة مع المربط PWM الموجود في بطاقة اردوينو؟

الجواب هو أنه في حال تغيير المحرك بـمحرك آخر اكبر، فإنه قد لا يمكن التحكم به من خلال بطاقة اردوينو مباشرة لأن الجهد الكهربائي محدود بالقيمة5 فولط. لكن، مع اضافة المقحل (الترانزستوريمكننا اضافة محرك (او اي جهاز آخر) بجهد حتى 60 فولط وتيار يصل الى 5 امبير. ويتم توصيله (كما في الشكل) مع اضافة مقاومة بين قاعدته (Baseوالمربط PWM لبطاقة اردوينو. وسيكون الشكــل النهـائــي للدارة كما يلي:

04


التركيب

بالإعتماد على الدارة الكهربائية الأخيرة يمكن إنجاز المشروع كما يلي:

05


استخدام

سوف نستخدم برنامج لابــڤيو (Labviewلعملية التحكم بالمحرك. لكن في حالة اذا لم ترغب باستخدام البرنامج،فيمكنك حينئذ استخدام ازرار كهربائية ومقاومة متغيرة للتحكم ببطاقة اردوينو او أي طريقة اخرى (كـاستخدام اجهزة التحكم عن بعد مثلاً). سنحتاج مع البرنامج ما يلي: 

  • زر كهربائي لإيقاف وتشغيل المحرك: سيتم هذا من خلال المربط 12 لبطاقة أردوينو المتصل مع المربط 1 للـقنطرة الإليكترونية L293D. 

  • زر كهربائي لعكس اتجاه دوران المحرك: سيتم هذا من خلال المربطين11و10لـبطاقة أردوينو المتصلينبالمربطين 2 و7 في للـقنطرة الإليكترونية L293D. 

  • مقاومة متغيرة لتحديد سرعة المحرك: سيتم هذا من خلال المربط 9 لبطاقة أردوينو المتصل مع قاعدة المقحل (الترانزستور). 

  • مؤشر لقياس سرعة المحرك (ليس ضروريا):لم نستخدم اي مجسات لقياس سرعة المحرك في المشروع، لكن يمكن اضافته بسهولة.

بعد تحويل الـشيفرة البرمجية (الكود،Firmwareلـبطاقة أردوينو، نكتب البرنامج كما في المخطط التالي:

06

وتكون واجهة البرنامج كالتالي:

07

 


تحميل Firmware

لتحميل Firmware الخاص باللابفيو على بطاقة اردوينو من خلال تتبع المسار التالي :


C:\Program Files►National Instruments►LabVIEW 2010►vi.lib►LabVIEW Interface for Arduino►Firmware►LVIFA_Base

08

 


معلومات عن المشروع

 

الجامعة

الجامعة الهاشمية،

قسم هندسة الميكاترونيكس،

مادة الآلات الكهربائية،

الفصل الأول 2012/2013

09

المؤلف

علي الهضابين (البلقاء - الاردن)

البريد

ali.hadabeen@yahoo.com

المشرف

الدكتور محمد صلاح

نوع البحث

مشروع نهاية المادة

الملفات

النسخة الأصلية بصيغة docx


المراجع

http://bildr.org/2011/03/high-power-control-with-arduino-and-tip120/
http://luckylarry.co.uk/arduino-projects/control-a-dc-motor-with-arduino-and-l293d-chip/
http://www.arduino.cc/
https://decibel.ni.com
http://www.alldatasheet.com

 
]]>
ali.hadabeen@yahoo.com (علـي حلمـي الهضابين) مشاريع التخرج Tue, 05 Mar 2013 00:00:00 +0000
قارب مراقبة رقمي بدون قبطان (الجزء 1) http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/722-قارب-مراقبة-رقمي-بدون-قبطان-الجزء-1 http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/722-قارب-مراقبة-رقمي-بدون-قبطان-الجزء-1

 قارب مراقبة رقمي بدون قبطان (الجزء 1)

image001 

الهدف من المشروع هو تصميم ودراسة نموذج لقارب مراقبة يتم التحكم به لاسلكياً عن طريق الحاسوب من خلال تغيير سرعته واتجاهه، إضافة إلى التحكم بحركة كاميرا المراقبة الملحقة به. نبدأ في هذا الجزء بتقديم عام حول المشروع وكذا التطرق إلى التصميم الميكانيكي للقارب.


تقديم ملخص

المشروع هو مشروع فصلي مخصص للسنة الثالثة من قسم هندسة الميكاترونيك. نسعى من خلال هذا المشروع أن نحقق اساس لمشروع تخرج مميز في مجال تصنيع قارب مراقبة مع تطبيق نظام تحكم كامل بالسيطرة على  القارب من بعد مع امكانية ارسال بيانات استكشاف الى مركز المراقبة.

 

نرى أنه من المجدي أن تتبنى الشركات الخاصة أو أي جهة مهتمة مشروعاً أكاديمياً كهذا المشروع وبإشراف الخبرات الأكاديمية والصناعية والتجارية ليتم تعميم هذا النموذج الأولي وتصنيعه بمواصفات قياسية، وهذا سيعود بالنفع على جميع المشاركين بسبب عدم الحاجة لشراء النموذج بالسعر المرتفع كما هو الحال في العادة، من أجل ذلك فإن باب التواصل مفتوح من خلال وسائل الاتصال المذكورة لاحقاً.

 image002

 


محتويات الفصول

يقع التقرير في ستة فصول، كل فصل من الفصول يفتتح بمقدمة فيها مفاتيحه ويختتم بخاتمة فيها مضامينه. فيما يلي نورد الخطوط العريضة لموضوعات الفصول:

ü    الفصل 1: يتضمن مقدمة عن المشروع والهدف منه ومراحل العمل بحيث يصبح لدى القارئ فكرة كافية عن ماهية المشروع.

ü    الفصل 2: يتضمن لمحة عن البنية الأساسية للمشروع بكياناته المختلفة وتم التعريف بكل جزء وما هو التوجه العام لهذه الأجزاء.

ü    الفصل 3: عبارة عن شرح مفصل للتصميم الميكانيكي وتشكيل القارب.

ü    الفصل 4: عبارة عن شرح مفصل لتصميم الدارات الالكترونية ودارات التحكم.

ü    الفصل 5: عبارة عن شرح مفصل للجزء البرمجي من المشروع.

ü    الفصل 6: يتضمن مناقشة لكل ما ورد في المشروع وخاتمة تتضمن أهم الأفكار والمقترحات المستقبلية على المشروع.

 

هذا الجزء يتطرق إلى ثلاث فصول الأولى بينما ننهي الفصول الثلاث الأخيرة في الجزء الثاني من المشروع.

 

 


ملفات المشروع

 

قم بالضغط على الرابط التالي لتحميل جميع الملفات المخصصة لصنع الدارات الكهربائية:

 

تصاميم الدارات الكهربائية

 

المخططات التدفقية البرمجية

 


 


الفصل 1: مدخل إلى المشروع

 

1-1 تمهيد

 

تتسارع وتيرة التطور التكنولوجي في أنحاء العالم قاطبة ولا نزال نعـدو محاولين اللحاق بركب العلـم وإننا نشهد أن غراس المتفائلين تورق وتثمر رغم كلام المثبطين، ورغم الواقع المتردي الذي تعيشه المؤسسات الأكاديمية العربية على وجه العموم؛ فإننا نأمل أن تثمر جهودنا لتحويل الواقع والانتقال إلى مراحل أفضل في مضمار السباق التكنولوجي.

 

ومن يتتبع مجالات الهندسة التقنية يلاحظ أن هندسة الميكاترونيك هي فرع جديد من فروع الهندسة ولكن تعريف هندسة الميكاترونيك اختلف منذ نشأة هذا الفرع الهندسي حتى يومنا الحالي بسبب التقدم المستمر والمطرد فيتكنولوجيا المعلومات والاتصالات. ويجب العلم أن هندسة الميكاترونيك هي فرع قائم بحد ذاته وليست تابعة للهندسة الميكانيكية أو الهندسة الكهربائية، وقد تطور علم الميكاترونيك باطراد وبشكل مذهل منذ نشأته في اليابان في ستينات القرن الماضي.

 

وفي سوريا وبعد دخول فرع الميكاترونيك إلى كليات الهندسة في الجامعات السورية ظهر جلياً التفاعل الكبير من قبل الطلبة الجدد في هذا المجال الهندسي التطبيقي فشهدنا مشاركات عدة في معارض تقنية ومشاريع متميزة ساهمت في إثراء المحتوى الهندسي الأكاديمي السوري.

 

وفي السنتين الأوليين من دراستنا في الكلية فقد تعلمنا المبادئ الأساسية وبعض المواد التي تؤهلنا للقيام بمشاريع أولية.. وها نحن في السنة الثالثة بصدد تنفيذ أول مشروع تطبيقي فعلي.


يعتمد المشروع على فكرة التحكم بمتغيرات فيزيائية عن طريق منافذ الحاسب وبناء الدارات الالكترونية اللازمة لعملية التحكم واستخدام لغة برمجة معينة لتنفيذ المشروع، وكل هذا بحدود المعلومات التي تعلمناها في المرحلة السابقة وذلك لخلق التكافؤ والتنافس بين جميع الطلاب على اختلاف مستوياتهم.

 

 


1-2 التعريف بالمشروع

 

هناك من يتساءل، ما هو قارب مراقبة الشواطئ؟ أولاً تجدر الإشارة إلى أننا سعينا في المشروع لتجسيد الجوانب المتعددة في أنظمة الميكاترونيك بالحدود العلمية التي وصلنا لها في المرحلة الأكاديمية الجامعية؛ فعملنا على  تصميم الهياكل الحركية والأجزاء الميكانيكية اللازمة للمشروع.

 

إن المشروع هو عبارة عن قارب تم تصميمه لمهمة المراقبة في الأحواض المائية التي يمنع بها الصيد أو مناطق السباحة الخطرة، فمن خلال منظومة المراقبة والتحكم اللاسلكي يمكن للقارب التعويض عن العامل المتواجد في المكان والذي أصبح يجلس في غرفة تحكم بمساعدة القارب ويراقب الحالة من خلال نافذة العرض التي تتلقى بث الفيديو بشكل مباشر من البيئة المحيطة بالقارب بواسطة الكاميرا الملحقة بالقارب، واعتماداً على ما تبثه الكاميرا إلى غرفة التحكم يقوم بالتدخل عند الحاجة أو الحالات الخطرة.

 image003

 


1-3 مراحل الدراسة والعمل

 

1- أولاً اخترنا نواة فكرة المشروع بعد تفكير وتمحيص مسبق وحددنا الخطوط العريضة للفكرة.

 

2- مع بداية تحضيرنا للعمل بالمشروع قمنا بتحضير الأدوات اللازمة بالعمل واخترنا مكاناً مناسباً  للاجتماع والعمل.


كان المخبر الصغير الذي جهزناه كفيلاً إلى حد ما بتوفير الأدوات اللازمة وورشة العمل الحاضنة لجميع نشاطات واجتماعات المشروع المتتابعة. وهذه صورة للأدوات التي رتبناها بطريقة تؤمن أريحية نسبية في العمل:

 image004

الشكل (1-1) تجهيزات العمل

 

3- قمنا بعد ذلك بوضع النقاط الأساسية للمشروع من أجل التخطيط الأمثل للعمل وأخذ عامل الوقت بالحسبان إضافة إلى عامل الجودة في التصنيع وتحقيق متطلبات نجاح المشروع والتميز به.

 

4- بدأنا بوضع المخططات الصندوقية لمراحل المشروع المتعاقبة وتم تقسيم العمل في مخبرنا الصغير حسب مهارات كل عضو في الفريق بما يضمن سير العمل بالشكل الأكثر كفاءة.

 

5- جرت الكثير من عمليات البحث المتواصل خلال تصميم المشروع وتم تغيير عدة تصاميم حتى الوصول إلى التصميم الأفضل خلال الزمن المحدد والتقنيات المستخدمة.

 

6- تقييم الأداء خلال كامل فترة العمل على المشروع وبعد تنفيذ المشروع لتلافي الأخطاء في المشاريع القادمة والتعريج على كافة السلبيات والإيجابيات ونقاط الضعف والقوة التي ظهرت خلال عملنا كفريق في تنفيذ المشروع.

 


1-4 التحديات التي واجهت المشروع

 

من المعروف أن العمل لكي يسير نحو النجاح فلا بد له من مواجهة عقبات جمة وصعوبات مختلفة ولكن من الأهمية بمكان عدم الشعور بالإحباط ومواجهتها بحافز التحدي والإصرار.


إن من أولى التحديات التي واجهتنا هي عدم تمكننا من استخدام بعض التقنيات التي لو أتيح لنا استخدامها لوفرت علينا تصميم دارات متعددة لأداء غرض يمكن للمتحكمات الصغرية مثلاً أن تقوم به بسهولة ويسر أكبر وزمن اقل.

 

إن التحدي الأكبر الذي واجهنا هو ضخامة المشروع وتعدد الأفكار وأننا قمنا بتصميم مجمل المشروع بأنفسنا (في مخبرنا) ومن المعروف أن التصميم الميكانيكي يحتاج إلى وقت وتقنيات دقيقة ولكن تم التغلب على هذه المشاكل بامتياز.

 

إن نظام التحكم المبني في المشروع يعتمد على التحكم اللاسلكي ولاحظنا قلة توافر المرسلات والمستقبلات اللاسلكية الجيدة (اقتصر وجودها على الألعاب) ورأينا في السوق مرسل ومستقبل سريع يعرف بـ "RF Module" ولكن بسبب الحاجة إلى ربطه مع متحكم صغري (غير الـمسموح استخدامه) فقد تعذر تضمينه في نظام التحكم؛ تم التغلب على جميع هذه المشاكل والقيام بنفس الوظائف المخطط لها.

 

كان أيضاً من المشاكل الأساسية عدم توافر جميع المستلزمات والقطع الالكترونية في السوق وهذه السمة غالبة على الأسواق العربية خلال عمل هذا المشروع.

 

 


1-5 ميزات المشروع

 

نحن نحاول من خلال هذا المشروع أن نقدم نموذجاً جديداً في مشاريع الميكاترونيك يكون فيه كل شيء من تصميمنا وليس بمساعدة خبراء أو استقدام أجزاء أو تصاميم جاهزة ونرى أن هذا من شأنه دعم المحتوى الأكاديمي من المشاريع التطبيقية الطلابية.

 

سعينا إلى أن يكون هدف المشروع هو الأول من نوعه بين المشاريع المقدمة في السنة الثالثة من قسم الميكاترونيك وأن يكون مختلفاً عما سبق تقديمه في هذا المجال.

 

حاولنا أن نقدم نموذجاً جديداً من القوارب تشبه إلى حد ما "الطائرة بدون طيار" بحيث يكون القارب "قارب بدون ربان". ويمكن تطوير هذا القارب مستقبلياً ليندرج تحت مسمى القوارب الذكية. إذا مضينا قدماً في هذا المجال فإنه يفتح باباً واسعاً في مجالات المراقبة والتحكم والمجالات العسكرية التي هي السباقة في أي مجال تقني. بعد تنفيذ هذا المشروع سيصبح نواة لأي قارب سيجري العمل عليه لأغراض تكنولوجية أو تطويره ليدخل الصناعة المحلية ويُسوَّق للجهات التي تحتاجه.

 

نرى أنه من المجدي أن تتبنى الشركات الخاصة أو أي جهة مهتمة مشروعاً أكاديمياً كهذا المشروع وبإشراف الخبرات الأكاديمية والصناعية والتجارية ليتم تعميم هذا النموذج الأولي وتصنيعه بمواصفات قياسية، وهذا سيعود بالنفع على جميع المشاركين بسبب عدم الحاجة لشراء النموذج بالسعر المرتفع كما هو الحال في العادة، من أجل ذلك فإن باب التواصل مفتوح من خلال وسائل الاتصال المذكورة لاحقاً.

 


 


الفصل 2: بنية المشروع

 

2-1 مقدمة

 

اعتماداً على مقدمة المشروع في الفصل السابق لاحظنا أن المشروع مكون من عدة كيانات تتكامل مع بعضها لتكون المشروع ككل. تم تنظيم بنية المشروع وفق ثلاث فروع أساسية وهي:

1.    التصميم الميكانيكي والتشكيل.

2.    التصميم الالكتروني والتحكم.

3.    التصميم البرمجي.

 


2-2التصميم الميكانيكي والتشكيل

 

2-2-1 هيكل القارب

إن أهم جزء في المشروع والذي بنجاحه يتم قطع نصف الطريق نحو نجاح المشروع هو هيكل القارب الذي يجب أن يطفو بشكل نظامي وفق الوزن الذي سيُحمَّل به القارب.

 

من الجدير بالذكر أننا كنا نستطيع أن نأتي بهيكل جاهز للقارب وتركيب ما يلزمنا من دارات وهياكل حركية عليه ولكننا فضلنا أن نعول على ما لدينا من معلومات ومهارات وبحثنا بجد حتى وصلنا إلى التصميم الأفضل الذي نفذناه وعدلنا عليه بما يخدم المشروع وراعينا الناحية الجمالية حتى ظهر بحلته النهائية.

 

قمنا بتصميم القارب من معدن التنك (Tin). وهو معدن أبيض خفيف الوزن ومتوفر بكثرة وقد استخدمنا علبة سمن كبيرة فارغة وقصصنا الأجزاء الزائدة منها واستخدمنا اللوح المعدني المتبقي في تصميم القارب.

 

من أجل تحريك القارب فقد استعملنا محركات تيار مستمر مع علبة سرعة وقمنا بتصميم الرفاصات بأنفسنا أيضاً من أجل دفع المياه وتحريك القارب؛ تم تصميم الرفاصات من معدن الصاج واخترناه بسماكة كبيرة نوعاً ما من أجل تقوية الرفاصات وعدم تأثرها بالصدمات خلال حركتها في الماء.

 

2-2-2 هيكل تحريك الكاميرا

كما أسلفنا فإن مهمة القارب الرئيسية هي المراقبة ما يفرض وجود كاميرا لنقل الصورة والفيديو إلى غرفة التحكم، وجود هذه الكاميرا وضلوعها في مهمة المراقبة يعني ضرورة حركتها بالاتجاهات المختلفة من أجل مسح البيئة المحيطة بالقارب.

 

قمنا بتأمين حركة الكاميرا في جميع الاتجاهات:

-         أعلى، أسفل

-         يمين، يسار

-         أعلى يمين، أعلى يسار

-         أسفل يمين، أسفل يسار

 


2-3 التصميم الالكتروني والتحكم

 

من أجل تأدية الوظائف المطلوبة من القارب والتحكم به لا بد من دارات قيادة وتحكم تقوم بهذا الغرض بدءاً من الإرسال والاستقبال اللاسلكي الذي يجري من خلال مرسل ومستقبل - للعبة أطفال لاسلكية – موصول إلى منفذ الطابعة في جهاز حاسوب يلعب دور الرأس من الجسم في عملية التحكم بالقارب حيث ترد جميع المعلومات من جهاز الحاسوب هذا إلى منفذ المتوازي LPT ومن ثم إلى المرسل اللاسلكي الموصول معه ومنه إلى المستقبل ثم إلى الدارات الموصولة مع المستقبل للتحكم بالقارب وتأدية الوظائف المختلفة. احتوى نظام التحكم الالكتروني على عدد من الدارات سنوجزها تباعاً.

 

2-3-1 دارة مسجل إزاحة 4 أزواج (Shift Register-4bits)

هذه الدارة هي عبارة عن دارة مسجل إزاحة مهمتها تحويل البيانات من تسلسلية إلى تفرعية. إن دارة المرسل اللاسلكي هي دارة محدودة المخارج وبالتالي فهي لا تكفي لإرسال إشارات التحكم إلى الدارات الالكترونية.

باستخدام هذه الدارة تُرسَل البيانات المطلوبة تسلسلياً على المرسل اللاسلكي من قبل الحاسوب ومن ثم تخرج هذه البيانات على مخارج المستقبل اللاسلكي ومنه إلى دارة مسجل الإزاحة التي تحول البيانات المرسلة تسلسلياً إلى بيانات تفرعية ترسل إلى الدارات المطلوبة بالشكل المناسب.

 

يكون خرج هذه الدارة عبارة عن 4 أزواج (4bits) ترسل إلى محركي التحكم بهيكل تحريك الكاميرا. حيث يرسل زوجين (2bits) منها من أجل تحديد اتجاه الدوران الأفقي (يمين أو يسار) وذلك عن طريق التحكم بدارة محرك خطوي المسؤولة عن هذه الحركة. الـزوجين (2bits) الأخريين يرسلا من أجل التحكم بالحركة العمودية للكاميرا (أعلى أو أسفل) وذلك من خلال التحكم بالمحرك المستمر الذي يرتبط مع علبة سرعة مسؤولة عن الحركة العمودية.

 

2-3-2 دارة مسجل إزاحة 8 أزواج (Shift Register-8bits)

هذه الدارة لها نفس وظيفة الدارة السابقة غير أن عدد مخارجها مختلف وهو 8 أزواج (8bits) بدلاً من 4 أزواج (4bits). تستخدم هذه الدارة لإرسال إشارات التحكم إلى محركات القارب للتحكم بحركتها سرعةً واتجاهاً.

 

نستخدم من 8 أزواج (8bits) ستة فقط، كل ثلاثة منها تستخدم للتحكم بمحرك من محركي القارب المسؤولين عن تحريكه.

 

يرسل زوجين (2bits) إلى مفكك إليكتروني (decoder) موجود في دارة التحكم بمحرك القارب، وذلك من أجل تحديد حالة من أربع حالات لسرعة المحرك حيث لدينا حالة التوقف و3 سرعات أخرى. الزوج (bit) الثالث يرسل من أجل التحكم باتجاه دوران المحرك ويرسل مباشرة إلى جسر H في دارة التحكم بمحرك القارب. مثل هذه 3 أزواج (3bits) ترسل إلى دارة التحكم الأخرى بالمحرك الثاني للقارب.

 

2-3-3 دارة التعديل العرضي النبضي للتحكم بمحرك القارب (PWM)

هذه الدارة معنية بالتحكم بسرعة واتجاه أحد المحركين المسؤولين عن حركة القارب ويوجد دارتين منها لأن القارب يحوي محركين اثنين.

 

تعتمد الدارة في تعديل السرعة على مبدأ التعديل العرضي لنبضة الجهد والمعروف اختصارا بـ PWM في اللغة الإنجليزية، وتؤمن ثلاث سرعات مختلفة للمحرك (50% و75% و100%) إضافة إلى إمكانية إيقاف المحرك وعكس اتجاه دورانه.

 

2-3-4 دارة قيادة محرك خطوي لتحريك الكاميرا أفقياً

نستخدم في تحريك الكاميرا بالاتجاه الأفقي (يمين ويسار) محرك خطوي يحتاج من أجل التحكم به إلى دارة قيادة. من خلال دارة الخطوة سنقوم بالتحكم باتجاه الدوران وبإيقاف وتشغيل المحرك ويتم هذا التحكم عن طريق إشارات التحكم المرسلة من دارة مسجل الإزاحة الآنفة الذكر.

 

2-3-5 دارة قيادة محرك تيار مستمر لتحريك الكاميرا عمودياً

هذه الدارة ستؤمن التحكم بالمحرك المسؤول عن حركة الكاميرا بالاتجاه العمودي (أعلى وأسفل). سيتم التحكم بجهة الدوران وإيقاف وتشغيل المحرك، إضافة إلى وجود قاطعي نهاية شوط عند وصول الحركة إلى نقطة معينة في كلا الاتجاهين فعندها يعكس اتجاه الحركة تلقائياً عن طريق تفعيل أحد قاطعي نهاية الشوط.

 


2-4 التصميم البرمجي

تمت برمجة المشروع باستخدام البيئة البرمجية Matlab وذلك من أجل إرسال إشارات التحكم إلى منفذ الطابعة الذي يمثل صلة الوصل بين جهاز الحاسوب والمرسل اللاسلكي وبالتالي جميع دارات نظام التحكم الالكتروني.

عند القيام بعملية البرمجة تم ترتيب جميع الدارات وإشارات التحكم اللازمة لكل منها من أجل معرفة ما هو مطلوب إرساله على منفذ LPT.

 


 


الفصل 3: التشكيل والتصميم الميكانيكي

 

3-1 مقدمة

إن التصميم الميكانيكي هو القاعدة الأساسية التي يبنى عليها المشروع فبدون بنية ميكانيكية ناجحة ومتينة فلن يفيد عمل النظام الالكتروني في شيء، وإن التصميم الهندسي للهيكل أو التشكيلهام جداً في التصنيع الهندسي فهو الذي يعطي الانطباع العام للمنتج المصنع وهذا ما يظهر جلياً في عالم تصميم السيارات حيث ينحصر التنافس أحياناً في جمالية تشكيل السيارة فقط.

 

سعينا إلى تصميم مجسم القارب بأنفسنا بعد الاطلاع على عدة نماذج اخترنا أفضلها وقد تم إطلاع قسم الهندسة البحرية - الذي يعتبر مرجعاً في هذا المجال ضمن جامعة تشرين – على التصميم الذي نجريه فأبدوا التعاون وأفادونا برأيهم بشأن التصميم وقد عدلنا جزئية من هيكل القارب لاحقاً بناء على اقتراح من القسم.

 


3-2 تصميم هيكل القارب

 

3-2-1 تمهيد

توجد اعتبارات عدة لتصميم القارب حاولنا أخذها بعين الاعتبار، منها أن يكون التصميم بأقل وقت وكلفة ممكنة مع مراعاة المواصفات المطلوبة.

image005

الشكل (3-1) التمثيل النظري للقارب

 

من أهم الموضوعات التي تعتبر منطلقاً لبناء القوارب هي رسم المخطط النظري لبدن القارب وحساب الحمل الأعظمي الذي يمكن للقارب حمله من دون أن يقترب من مرحلة الخطر أي دون أن يتجاوز الجزء الغاطس الحد المسموح به إضافة إلى وجوب تحقيق التوازن في الماء. يبين الشكل 3-1 تمثيلاً نظرياً تقريبياً للقارب الذي قمنا بتصميمه ويبين الشكل 3-2 تمثيلاً جانبياً للقارب.

 image006

الشكل (3-2) التمثيل الجانبي للقارب

 

3-2-2 مبدأ الطفو

كيف تطفو السفينة على الماء؟ ولماذا لا تغرق؟

 

إن السفينة مهما كبرت أو صغرت عندما تضعها في البحر سوف تزيح من الماء ما يعادل وزنها. والسفينة قد تغرق اذا لم تستطع إزاحة ما يعادلها وزنا من الماء، اي عندما تكون صغيرة الحجم ووزنها كبير.

image007

 

دافعة أرخميدس: هي قوة شاقولية تتجه إلى الأعلى وتؤثر على الأجسام غير الذوابة في السائل، وتساوي أيضاً وزن السائل المزاح، وتمثل بالعلاقة التالية:

f = ρ.v.a

حيث أن:

·       ρ : يمثل كثافة السائل (الماء).

·       a : يمثل تسارع الجاذبية الأرضية.

·       v : يمثل حجم الجسم المغمور في السائل.

·       f : يمثل قوة ضغط السوائل (دافعة أرخميدس).

 

قد يتساءل المرء عن حاجة السفن إلى الجسم المغمور. ويأتي الجواب من ملاحظة أن دافعة أرخميدس تزداد بزيادة حجم الجسم المغمور في الماء، لذلك يكون حجم السفينة كبير، وهو شرط من شروط توازنها.

 

الحجم: تزداد دافعة أرخميدس بزيادة الحجم ويزداد الحجم بزيادة السطح، وبالتالي تزداد قوة الضغط لأن الضغط يتناسب عكسياً مع السطح وفق العلاقة التالية:

p = f/s

حيث أن:

·       p : يمثل الضغط.

·       f  : يمثل القوة الضاغطة.

·       s : يمثل سطح الجسم الذي تؤثر عليه القوة.

 

مع العلم أن القوارب تصنع مجوفة لكي يزداد حجمها وبالتالي تقل كثافتها عن كثافة الماء فتطفو، فكيف تتم عملية طفو السفينة إذن؟

-       إذا كان وزن جسم السفينة أقل من وزن الماء المزاح بحجم القسم المغمور منها في الماء فإن كثافة الجسم أقل من كثافة الماء المحيط، وبالتالي فإن السفينة ستطفو إلى أن يصبح وزن السفينة مساوياً لوزن الماء المزاح. ذلك بسبب أن القوة الناشئة من وزن السفينة أقل من قوة رد فعل الماء الممانعة لها فتطفو على سطح الماء.

-       أما إذا كان وزن السفينة أكبر من وزن الماء المزاح الناتج عن المساحة المغمورة من السفينة، فإن كثافة السفينة سوف تصبح أكبر من كثافة الماء مما يؤدي إلى غرق الجسم في الماء المحيط بسبب أن قوة وزن السفينة أصبحت أكبر من قوة رد فعل الماء الممانعة لغمر جسم السفينة غير القابل للذوبان أو الانتشار.

-       أما إذا كانت السفينة مصنوعة من مادة ذات كثافة أعلى من كثافة الماء، كالحديد مثلا، فإن باستطاعتها الطفو في حال كان لها شكل مناسب، بحيث تحتفظ بحجم كافٍ من الهواء فوق سطحها. وفي هذه الحالة، فإن معدل كثافة السفينة، متضمنة الحديد والهواء، سوف يصبح أقل من كثافة السائل وبالتالي تطفو على سطحه. وهذا يفسر كيف أن المسمار يغطس ولا يطفو على الماء لأن وزنه بالنسبة لحجمه كبير واكبر من كثافة الماء.

 

3-2-3 توازن السفينة

إن قانون التوازن يقضي بأن السفينة يجب أن تتوازن على الماء لكي لا تنقلب. وهناك حالات للتوازن تدرس في ميكانيك السوائل، وقد استغرق اكتشاف قوانين هندسة السفن أكثر من مئة سنة. وتبين بأن هناك قوانين دقيقة جداً تتحكم في السفينة أثناء رحلتها. فتصميم السفينة له دور كبير في توازنها وتحملها للصدمات المفاجئة. وكذلك نوع المعدن الذي تصنع منه السفينة له دور مهم أيضاً، وهناك دور للمحركات وقدرتها على تحمل الأوزان وقدرتها على مواجهة الأمواج.

 

3-2-4 تنفيذ التصميم

 

3-2-4-1 إجراءات التصميم

في بادئ الأمر كان هنالك عدة اقتراحات للمادة التي سنصنع منها هيكل القارب وهي:

1.    الزجاج الليفي (Fiber Glass)

2.    الخشب

3.    المعدن

 

وقد وقع الاختيار على معدن التنك (Tin) وهو معدن أبيض خفيف قابل للثني والتشكيل بسهولة متوفر عادة؛ وقد اعتمدنا على فكرة إعادة الاستعمال، ما يشكل عاملاً اقتصادياً مهماً لأننا لم نضطر إلى البحث عن المعدن وشراء الكمية المطلوبة، بل كل ما فعلناه هو جلب علبة معدنية فارغة وقمنا بقص الجزء المطلوب واستخدامه كمادة أساس في صناعة هيكل القارب. يبين الشكل 3-3 اللوح المعدني المأخوذ من علبة سمن فارغة وذلك قبل تسويته.

image008

الشكل (3-3) اللوح المعدني

بعد ذلك تم رسم المخطط التصميمي على اللوح المعدني ومن ثم قصه وثنيه في الأماكن المناسبة. بعد الثني تم تثبيت الأجزاء الحرة ببعضها بوساطة مرابط معدنية ومن ثم تعبئة أماكن الربط بمعجون حديد، وهو مادة سريعة الجفاف تستعمل لتثبيت المعادن أو إخفاء عيوبها بملء الفراغات لصقل السطح المتعرج. تبين الصورة 3-4 مخطط تصميم بدن القارب والذي تم رسمه على التنك:

image009

الشكل (3-4) مخطط تصميم بدن القارب

حيث:

-         الخط المنقط يعبر عن الخطوط الواجب قصها.

-         الخط المحوري يعبر عن الخطوط الواجب ثنيها.

 

بعد أن قمنا بالخطوات اللازمة حصلنا على بدن القارب وكان يحتاج إلى غطاء خلفي عند قطعة تثبيت المحرك فقمنا بقص هذا الغطاء وتركيبه، بعد ذلك تمت تعبئة جميع الفراغات بمعجون الحديد من أجل منع تسرب المياه إلى الداخل وزيادة متانة الهيكل.

ملاحظة: إن عملية التصنيع تمت خلال مرحلتين. المرحلة الأولى كان الجسم فيها يمثل نموذجاً أولياً استفدنا منه في التدرب على العمل مع أدوات التصميم وعرضناه على المختصين لأخذ بعض الآراء المفيدة ووجهات النظر الجديدة، وقد أخذنا ببعض هذه الآراء وأضفنا إليها من جعبتنا بعض الأفكار الجديدة وقمنا بتصميم النموذج النهائي في المرحلة الثانية للهيكل.

 

يبين الشكل 3-6 النموذج الأولي لهيكل القارب الذي قمنا بتصنيعه.

image010

الشكل (3-6) نموذج أولي لهيكل القارب

من أجل إكمال تصميم الهيكل والأجزاء الملحقة به يجب أن يتم إغلاق البدن من الأعلى بغطاء لكي تُحمل عليه الدارات والكاميرا وما إلى ذلك.

 

عند تنفيذ النموذج النهائي (بعد تعديل تصميم الـنموذج الأولي) أصبح حجم المجسم أكبر وقمنا باختبار توازن القارب في الماء وحساب الوزن الأعظمي عند التحميل.

 

يبين الشكلين 3-8 و 3-9 هيكل القارب بالنموذج النهائي.

image011

الشكل (3-7) غطاء القارب

image012

 image013

الشكل (3-8) نموذج الهيكل النهائي

الشكل (3-9) صورة من زاوية أخرى

 

يبين الشكل 3-10 صورة للقارب عند إجراء اختبار التوازن في الماء وقد تم تحميل القارب بوزن معين من الحديد الصب لتحديد خط مستوى الجزء الغاطس:

 image014

الشكل (3-10) توازن القارب في الماء

       

 

3-2-4-2 دراسة الوزن الأعظمي للقارب مع الحمل

من أجل حساب أعظم وزن يتحمله القارب نستخدم القانون:

 

P = ɣ.V

حيث أن:

-         Ɣ: يمثل الوزن النوعي للماء العذب ويساوي 1000kgf/m3.

-         V: يمثل حجم الجزء الغاطس ويقدر بالمتر مكعب (m3).

-         P: يمثل الوزن الإجمالي ويقدر بالوحدة kgf.

 

تم تحميل القارب بالحمولة الأعظمية وعندها تمت ملاحظة مستوى وصول الماء من سطح القارب، إن الجزء الغاطس يتحدد بين هذا الخط وأسفل القارب أي جميع ما يغطس في الماء من الجسم.

 

من أجل حساب حجم الجزء الغطس لاحظنا أنه هندسياً يمكن أن يحسب من العلاقات التكاملية، ولكن لصعوبة ذلك وجدنا أن نقسم الجزء الغاطس إلى ثلاثة أشكال هندسية شهيرة وحساب حجم كل جزء على حدى. هذه الأجزاء هي شبه المنحرف، والهرم ومتوازي مستطيلات. تصبح المعادلة التي تعبر عن الحجم الكلي للجزء الغاطس هي:

 

v = v1+v2+v3

حيث أن:

-         v1: يمثل حجم متوازي المستطيلات.

-         V2: يمثل حجم الهرم.

-         V3: يمثل حجم شبه المنحرف.

 

ملاحظة: جميع الحسابات أجريت بالقياس ومن ثم تطبيق القوانين وهي قابلة للخطأ لأن القياس كان يدوياً وهذا ما يجعل الدقة غير كبيرة ولكنها مقبولة.

 

حساب حجم متوازي المستطيلات:

v1 = L1.B.T

حيث أن:

-         l1:يمثل طول متوازي المستطيلات وتساوي بالقياس 33 سنتمتر.

-         B:يمثل عرض متوازي المستطيلات وتساوي بالقياس 21 سنتمتر.

-         T:يمثل ارتفاع الجزء الغاطس وهو ثابت لكل الأجزاء ويساوي بالقياس 9 سنتمتر.

 

V1 = 33 × 21 × 9 = 6237 × 10-6 [m3]

 

حساب حجم الهرم:

v2 = b.l2.t.1/2

حيث أن:

-         b:يمثل طول قاعدة المثلث (قاعدة الهرم) وهو نفسه B السابق.

-         L2:يمثل ارتفاع الهرم ويساوي بالقياس 16 سنتمتر .

-         T: يمثل ارتفاع الجزء الغاطس.

V2 = 21 × 16 × 9 × 1/2 = 1512 × 10-6[m3]

 

حساب حجم شبه المنحرف:

V3 = l4.t.(l3+b)/2

حيث أن:

-         B وt : نفسها من الطلبات السابقة.

-         l3 : يمثل ارتفاع شبه المنحرف الفراغي ويساوي بالقياس 11 سنتمتر.

-         L4: يمثل القاعدة الصغيرة لشبه المنحرف وتساوي بالقياس 23 سنتمتر.

 

ملاحظة: bهي القاعدة الكبيرة لشبه المنحرف.

 

V3 = (23+21)/2 × 11 × 9 = 2178 × 10-6 [m3]

 

نعود للقانون الرئيسي والذي ينص على أن الحجم الكلي هو مجموع هذه الحجوم الثلاثة، أي أن الحجم الكلي أصبح يساوي:

V = 9927 × 10-6 [m3]

نطبق القانون:

 P = ɣ.V

 

وبتعويض قيمة الحجم الكلي الأخيرة وتعويض الوزن النوعي للماء العذب ويساوي 1000kgf/m3، نحصل على قيمة الوزن الأعظمي للقارب مع تحميله.

 

3-2-4-3 لمسات على التصميم

كما أسلفنا في المقدمة أنه من العوامل الهامة جداً في التشكيل والتصميم الميكانيكي مراعاة الناحية الجمالية والمتانة التي تعتبر معياراً من معايير جودة التصنيع.

 

إن نوع المعدن الخفيف الذي صنعنا منه وطريقة التصنيع اليدوية خلقت بعض العيوب في الهيكل وهذا شيء طبيعي. من أجل ذلك كنا بحاجة إلى تمليس جسم القارب وصقله وتم ذلك باستخدام معجون الحديد. وهذه العملية كانت على مرحلتين:

 

المرحلة الأولى كانت عبارة عن معجون أولي ودهان أساس، والصورة 3-11 تبين شكل القارب بعد هذه المرحلة.

 image015

الشكل (3-11) القارب بعد المعجون ودهان الأساس

 

المرحلة الثانية تم فيها التمليس بالمعجون لعدة أدوار أخرى من أجل الحصول على الشكل الانسيابي الأمثل الذي من شأنه أن يزيد من انسيابية الحركة من جهة وإضفاء الصبغة الجمالية على هيكل القارب. بعد ذلك تم بخ القارب بالألوان المناسبة وتم تحديد الجزء الغاطس باللون الأحمر كما في جميع نظم تصميم السفن العالمية المعروفة.

الصورة 3-12 تبين شكل القارب بعد إتمام هذه المرحلة وقد صممنا له قواعد تثبيت خشبية من أجل وضعية العرض المناسبة.

 image016

الشكل (3-12) القارب بالشكل النهائي

 

3-2-5 تحريك القارب

كما أسلفنا سابقاً فإن حركة القارب تنتج عن حركة محركين وبدون وجود دفة، التفاوت بين سرعة المحركين هو العامل الأساس في توجيه حركة القارب. تم اختيار محركين متماثلين مع علبة سرعة لكل منهما تحتوي على ثلاث مسننات:

1.     مسنن قائد متصل مباشرة مع المحرك.

2.     مسنن وسيط.

3.     مسنن منقاد وهو المتصل بمحور طويل في نهايته شفرة ثلاثية.

 

تبين الصورة 3-13 علبة السرعة مع محورها والمحرك المستخدم.

 image017

الشكل(3-13) علبة السرعة مع محرك القارب

إن المسنن المنقاد أكبر من المسنن القائد مما يجعل السرعة الواصلة إلى المحور الطويل أصغر من السرعة الاسمية للمحرك. إن المسنن الوسيط لا يؤثر على نسبة السرعة للمسننين القائد والمنقاد ولكنه يستخدم فقط في تغيير اتجاه حركة المسنن المنقاد. الصورة 3-14 توضح ما ذكر عن المسننات.

 image018

الشكل (3-14) المسننات

تبين العلاقة الموضحة بالشكل النسبة بين سرعتي المسنني القائد والمنقاد وعلاقتها بنسبة قطري المسننين وعلاقتها بنسبة عدد أسنان المسننين القائد والمنقاد.

حيث:

-         n: تعبر عن السرعة.

-         n: تعبر عن عدد الأسنان.

-         D: تعبر عن قطر المسنن.

 

بعد اختيار المحركات قمنا بتصميم الشفرات التي تضطلع بمهمة دفع الماء من أجل تحريك القارب بالاتجاه المناسب. قمنا بتصميم الشفرات بأنفسنا من مادة الصاج وكانت بسماكة كبيرة نسبياً من أجل تحمل الصدمات وتأمين قوة الدفع المناسبة للماء. وقد انتبهنا إلى جعل ميل الشفرات متماثلاً من أجل الحركة الصحيحة. تبين الصورة 3-15 الشفرات الثلاثية التي قمنا بتصميمها. وتبين الصورة 3-16 شكل خلفية القارب بعد تركيب المحاور والشفرات.

 image019

الشكل(3-15) الشفرات

 image020

الشكل (3-16) الخلفية بعد تثبيت المحاور والشفرات

     

 

3-2-6 عزل القارب والمحركات عن الماء

إن من أهم النقاط المفصلية في كامل عمل القارب هي عزله عن الماء. فلنتخيل تسرب الماء دون أخذه بالحسبان. ستكون كارثة بطيئة وستصل الماء إلى المحركات والتجهيزات الأخرى وتعطل عملها.

 

3-2-6-1 عزل جسم القارب

بداية عند تصميم هيكل القارب كان لا بد من عزله وقد تكلمنا مسبقاً عن استخدام مادة المعجون لتعبئة الأماكن الفارغة وسد الثغرات الناتجة عند التصميم، بعد ذلك قمنا بصب مادة الزفت العازلة في جميع الأماكن التي يمكن أن تتسرب الماء منها. يبين الشكل 3-17 صورة القارب عند صب الزفت في الأماكن اللازمة.

 image021

الشكل (3-17) صب الزفت من أجل العزل

 

3-2-6-2 عزل المحركات عن الماء

عند ثقب أماكن توضع محاور المحرك عمدنا إلى تقليل الخلوص بين المحور والثقب بحيث تتأمن حرية الحركة بدون وجود فراغ كبير يتسرب من خلاله الماء.

 

وعند العمل على تثبيت المحركات في أماكنها بشكل نهائي وضعنا على السطح الداخلي للقارب في أماكن دخول محاور المحركات قطعة مطاطية بحيث يخترقها المحور وتضغط على أطرافها بطبيعتها المطاطية ما يجعل تسرب الماء أمراً شبه مستحيل.

 

من الجدير بالملاحظة أننا بأساليبنا الشخصية التي نحاول أن نكتسب من خلالها خبرة عملية لا يمكننا أن نوفر الجودة التصنيعية العالية التي تحتاج لآلات خاصة لأداء هذه الوظائف.  وهذا ما جعل من البديهي وجود أخطاء في القياس وإن كانت لا تؤثر على العمل الكلي بشكل كبير فإننا نسعى لتلافيها قدر الإمكان.

 


3-3 هيكل حركية الكاميرا

كما أسلفنا سابقاً فإن الغاية من الكاميرا هي مراقبة البيئة المحيطة بالقارب ما يعني حركتها بالاتجاهات المختلفة لمسح البيئة المحيطة بشكل يخدم مهمة المراقبة. من أجل ذلك تم تجزئة الحركة إلى حركتين:

 

1-    حركة أفقية (دورانية في المستوي الأفقي): يستخدم لتنفيذ آلية الحركة هذه محرك خطوة على محوره بكرة ترتبط من خلال قشاط مع بكرة ذات نصف قطر أكبر، وبذلك تكون السرعة أقل ولكن نحصل على عزم أكبر وهو المطلوب لتدوير حامل الكاميرا بالمستوي الأفقي. يبين الشكل 3-18 محرك خطوي مع البكرة المساعدة والقشاط الواصل بينما يبين الشكل 3-19 تمثيل للبكرتين والسير الواصل بينهما:

 image022

 image023

الشكل(3-18) محرك خطوي والبكرة

الشكل (3-19) تمثيل البكرتين والسير

في بداية تصميم قمنا بعمل النموذج الأولي من الكرتون من أجل اختبار صحة التخيل للتصميم وكان التصميم ناجحاً، الشكل 3-20 يبين النموذج الأولي الكرتوني.

 image024

الشكل (3-20) نموذج أولي لهيكل تحريك الكاميرا

بعد ذلك قمنا بتصميم الشكل النهائي لهيكل الحركية واخترنا للتصميم معدن الصاج لأنه خفيف ومتوفر وسهل التشكيل، الصورة 3-21 تبين التصميم النهائي المعدني بعد تثبيت المحرك والبكرات أيضاً.

image025 

الشكل (3-21) هيكل تحريك الكاميرا

2-    حركة شاقولية: من أجل تأمين الحركة الشاقولية اعتمدنا استخدام هيكل حركية بمحرك تيار مستمر مع علبة سرعة ذات مسننات معدنية. إن ميزة هذا الهيكل الحركي أنه يستطيع العمل بعزم عالي فقد تم تجريبه على وزن كبير نسبياً ولم يتوقف المحرك بل بقي محافظاً على حركته. يقاد المحرك في هذا الهيكل الحركي بدارة قيادة لتغيير اتجاهه حسب ما نريد من الكاميرا أن تتحرك. الشكل 3-21 يبين صورة الهيكل الحركي مع علبة السرعة.

 image026

image027

الشكل (3-21) الهيكل الحركي مع علبة السرعة

       

قاموس المصطلحات

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

نموذج أولي

Prototype

Prototype

هندسة الميكاترونيك

Mechatronics Engineering

Mécatronique

الهيكل الحركي

Mechanism

Mécanisme

زوج

Bit

Bit

مفكك

Decoder

Décodeur

مسجل إزاحة

Shift Register

Registre à décalage

جسر H

H bridge

Pont H

التعديل العرضي النبضي

Pulse Width Modulation

(PWM)

Modulation de largeur d'impulsions (MLI)

 التشكيل

Shaping

Fonderie

زجاج ليفي

Fiberglass

Un plastique à renfort de verre

التصميمالبرمجي

Programming design

Conception de programmation

التشكيل والتصميم الميكانيكي

Forming & Mechanical Design

Conception mécanique

تحليل وتصميم النظام

System Analyze & Design

Analyse de systeme

التصميم والتحكم الالكتروني

Electronic design & Control

Conception Electronique

محركات تيار مستمر

DC Motors

Moteur à courant continu

مرحل إليكتروني

Relay

Relais

الـساعة

Clock

Horloge

 الخرج

Output

Sortie

إعادة ضبط (تبدئة)

Reset

Reset

الدوار

Rotor

Roteur

مادة فيرومغناطيسية

Ferromagnetic material

Matériau ferromagnétique

الراسم

Plotter

Traceur

الدارة المتكاملة

Integrated Circuit

Cicruit Integre

حساس

Sensor

Capteur

المخططات التدفقية

Flowchart

Organigramme

 


شعار المؤلفين

{ربِّ إنِّي لما أنزلت إليَّ من خير فقير}

 


معلومات عن المشروع

المؤسسة

جامعة تشرين،
كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية،

 

قسم الميكاترونيك،

السنة الثالثة 2011-2012.

 image028

المؤلفـين

بسام خويلد

أحمد صهيوني

أسامة ياسين

البريد

ahmed.sahyouni@gmail.com

المشرفـين

الـدكتور بسام عطية

المهندس أيمن امهيجة

نوع البحث

مشروع نهاية السنة الثالثة

الملفات

النسخة الأصلية بصيغة pdf

 

 


المراجع

 

المراجع العربية

 

1- م. أحمد عفيفي سلامة، دورة الماتلاب خطوة بخطوة، ملتقى المهندسين العرب، 2006

2- م. عماد الكردي، الربط باستخدام البوابات التفرعية، دار شعاع للنشر

3- د. سليم ادريس، الالكترونيات العملية للمبتكرين، دار شعاع للنشر

4- د. معروف أحمد، منشورات جامعة تشرين

5- د. معروف أحمد، نظرية السفينة 1، منشورات أكاديمية الأسد للهندسة العسكرية، حلب 2004.

 

المراجع الأجنبية

 

1- Matlab، Creating Graphical User Interfaces، Inc

2- Newton C.Braga، "Mechatronics for the Evil Genius"، McGraw-Hill، Inc، 2006

3- Stan Gibilisco،" Teach yourself Electricity and Electronics"، McGraw-Hill، Inc، 2002

4- Patrick Marchand and O.Thomas Holland، "Graphics and GUIs with Matlab"، CRC Press LCC، 2003

5- Brian R-Hunt and Ronald L.Lipsman and Jonathan M.Rosenberg، "A Guide to Matlab"، Cambridge University Press، 2001

 

المواقع الالكترونية

 

www.qariya.com

www.boosla.com

www.mikroe.com

www.4electron.com

www.expertvillage.com

www.qariya.com/vb/showthread.php?t=54606&page=1 Downloaded on 30/9/2011

 
]]>
ahmed.sahyouni@gmail.com (أحمد صهيوني) مشاريع التخرج Tue, 26 Mar 2013 00:00:00 +0000
قارب مراقبة رقمي بدون قبطان (الجزء 2) http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/721-قارب-مراقبة-رقمي-بدون-قبطان-الجزء-2 http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/721-قارب-مراقبة-رقمي-بدون-قبطان-الجزء-2

 قارب مراقبة رقمي بدون قبطان (الجزء 2)

image001 

الهدف من المشروع هو تصميم ودراسة نموذج لقارب مراقبة يتم التحكم به لاسلكياً عن طريق الحاسوب من خلال تغيير سرعته واتجاهه، إضافة إلى التحكم بحركة كاميرا المراقبة الملحقة به. نكمل في هذا الجزء ما تبقى لصناعة هذا القارب من تحكم إليكتروني وبرمجة.


تقديم ملخص

المشروع هو مشروع فصلي مخصص للسنة الثالثة من قسم هندسة الميكاترونيك. نسعى من خلال هذا المشروع أن نحقق اساس لمشروع تخرج مميز في مجال تصنيع قارب مراقبة مع تطبيق نظام تحكم كامل بالسيطرة على  القارب من بعد مع امكانية ارسال بيانات استكشاف الى مركز المراقبة.

 

نرى أنه من المجدي أن تتبنى الشركات الخاصة أو أي جهة مهتمة مشروعاً أكاديمياً كهذا المشروع وبإشراف الخبرات الأكاديمية والصناعية والتجارية ليتم تعميم هذا النموذج الأولي وتصنيعه بمواصفات قياسية، وهذا سيعود بالنفع على جميع المشاركين بسبب عدم الحاجة لشراء النموذج بالسعر المرتفع كما هو الحال في العادة، من أجل ذلك فإن باب التواصل مفتوح من خلال وسائل الاتصال المذكورة لاحقاً.

 image002

 


محتويات الفصول

يقع التقرير في ستة فصول، كل فصل من الفصول يفتتح بمقدمة فيها مفاتيحه ويختتم بخاتمة فيها مضامينه. فيما يلي نورد الخطوط العريضة لموضوعات الفصول:

ü    الفصل 1: يتضمن مقدمة عن المشروع والهدف منه ومراحل العمل بحيث يصبح لدى القارئ فكرة كافية عن ماهية المشروع.

ü    الفصل 2: يتضمن لمحة عن البنية الأساسية للمشروع بكياناته المختلفة وتم التعريف بكل جزء وما هو التوجه العام لهذه الأجزاء.

ü    الفصل 3: عبارة عن شرح مفصل للتصميم الميكانيكي وتشكيل القارب.

ü    الفصل 4: عبارة عن شرح مفصل لتصميم الدارات الالكترونية ودارات التحكم.

ü    الفصل 5: عبارة عن شرح مفصل للجزء البرمجي من المشروع.

ü    الفصل 6: يتضمن مناقشة لكل ما ورد في المشروع وخاتمة تتضمن أهم الأفكار والمقترحات المستقبلية على المشروع.

 

هذا الجزء يتطرق لثلاث فصول الأخيرة، وبالتالي فيمكنك الرجوع للجزء الأول لمعرفة ما تقدم فيه.

 


 


الفصل 4: التصميم والتحكم الالكتروني

 

4-1 نظام التراسل اللاسلكي

تأتي ألعاب التحكم اللاسلكي بتشكيلة كبيرة من النماذج تتضمن سيارات وشاحنات وطائرات ومروحيات ومراكب شراعية ومراكب ذات محركات رجال آلية وغيرها...

 

إن تقنية التشغيل تختلف بين الألعاب المختلفة ولكن لديها نفس المبدأ الأساسي وإن كلّ الألعاب الموجهة باللاسلكي لها أربعة أجزاء رئيسية:

1.     جهاز إرسال: يحمل جهاز الإرسال في اليد للسيطرة على اللعبة حيث يقوم بإرسال موجات التحكم إلى جهاز الاستقبال.

2.     جهاز استقبال: عبارة عن هوائي ولوحة إلكترونية داخل اللعبة يستقبلان الإشارات من جهاز الإرسال وينشّطان المحرّكات داخل اللعبة كما أمرت من جهاز الإرسال. 

3.     محرك: يمكن المحرّكات أن تدور العجلات وتحرك العربة وتشغّل المراوح...

4.     مصدر كهربائي: يرسل جهاز الإرسال إشارة سيطرة إلى جهاز الاستقبال باستخدام موجات التحكم.

 

جهاز إرسال التحكم اللاسلكي للألعاب هو جهاز صغير محمول باليد يتضمّن بعض مفاتيح التحكم والإرسال اللاسلكي حيث يقوم المرسل بإرسال إشارة إلى جهاز الاستقبال في اللعبة وإن لدى جهاز الإرسال مصدر كهربائي عبارة عن بطارية 9 فولط عادةً تؤمن الطاقة للجهاز.

 

وإنّ الاختلاف الرئيسي بين الألعاب الموجهة باللاسلكي والألعاب ذات التحكم عن بعد هو أن الألعاب ذات التحكم عن بعد لها سلك يوصل جهاز التحكم باللعبة بينما التحكم اللاسلكي يكون دائماً بدون أسلاك.

 

تعمل أكثر ألعاب التحكم اللاسلكي إما بـ 27 ميغاهيرتز أو 49 ميغاهيرتز، وأن النماذج الجديدة مثل الطائرات الأكثر تطوّراً، التي تعمل بالتحكم اللاسلكي، تستخدم ترددات 72 أو 75 ميغاهيرتز. وتصنف أغلب ألعاب التحكم اللاسلكي بمستوى مدى التردد الذي تعمل به. فعربة التحكم اللاسلكي التي استخدمناها أولاً على سبيل المثال لديها علامة تميزها كنموذج 27 ميغاهيرتز. إن أكثر منتجي ألعاب التحكم اللاسلكي يصنعون نسخ من كلّ نموذج ذات ترددات تتراوح بين 27 و49 ميغاهيرتز.

 

تتراوح أجهزة الإرسال من أجهزة التحكم ذات الوظيفة الوحيدة إلى أجهزة التحكم ذات الوظيفة الكاملة مع تشكيلة واسعة من الخيارات، وأن جهاز التحكم ذو الوظيفة الوحيدة يجعل اللعبة تتقدّم عندما يضغط على الزناد وترجع إلى الوراء عندما تزيل يدك عن الزناد ولإيقاف اللعبة يجب في الحقيقة أن تطفئ الجهاز.

 

إن أكثر أجهزة التحكم ذات الوظيفة الكاملة لديها ستة مفاتيح تحكم وهي كالتالي:

1-    مفتاح للتحرك للأمام.

2-    مفتاح للرجوع إلى الوراء.

3-    مفتاح للتحرك للأمام ولليسار معاً.

4-    مفتاح للتحرك للأمام ولليمين معاً.

5-    مفتاح للرجوع للوراء ولليسار معاً.

6-  مفتاح للرجوع للوراء ولليمين معاً.

 

وفي أكثر أجهزة التحكم ذات الوظيفة الكاملة إذا لم يتم الضغط على أيّة أزرار أو لم يدور أيّ مقبض فسيتسبّب ذلك بتوقّف اللعبة وانتظار الأوامر، وتستخدم أجهزة التحكم في أنظمة التحكم اللاسلكي الأكثر تقدماً مقابض تحكم ثنائية في أغلب الأحيان ذات عدّة مستويات للرد الدقيق على التحكم.

 

4-1-1 السيطرة اللاسلكية

لنلقي نظرة أقرب على عربة التحكم اللاسلكي التي رأيناها في الأعلى وسنفترض بأنّ التردد المستخدم فيها هو 27.9 ميغاهيرتز، فستكون سلسلة الأحداث التي تحدث عندما تستعمل جهاز إرسال التحكم اللاسلكي على الشكل الآتي:

1.     تضغط على الزناد لجعل الشاحنة تتقدّم.

2.     الزناد يسبّب تلامس زوج من الاتصالات الكهربائية وبالتالي إكمال دارة أوصلت إلى محور معيّن لدارة تكاملية. 

3.     تسبّب الدارة المتكاملة بأن تجعل جهاز الإرسال يرسل سلسلة محددة من النبضات الكهربائية. إن كلّ سلسلة تحتوي مجموعة قصيرة من نبضات التزامن تتبع بسلسلة النبض، وفي الشاحنة يكون قسم التزامن الذي ينذر جهاز الاستقبال بالمعلومات القادمة عبارة عن أربع نبضات وهي بطول 2.1 جزء من الألف من الثانية مع فواصل يبلغ طولها 700 جزء من مليون من الثانية، في حين أن قسم النبض الذي يخبر الهوائي بالمعلومات الجديدة يستخدم نبضات بطول 700 جزء من المليون من الثانية مع فواصل زمنية تبلغ 700 جزء من المليون من الثانية. يستعرض الشكل (4-4) جهاز إرسال إشاري نموذجي للتحكم اللاسلكي. تسلسل النبضات المستخدمة في قسم النبض:

·        نحو الأمام 16 نبضة.

·        نحو الوراء 40 نبضة.

·        نحو الأمام واليسار 28 نبضة.

·        نحو الأمام واليمين 24 نبضة.

·        نحو الوراء واليسار 52 نبضة.

·        نحو الوراء واليمين 46 نبضة.

 image003

الشكل (4-4) جهاز إرسال إشاري نموذجي للتحكم اللاسلكي

 

4.     يقوم جهاز الإرسال بإرسال موجات تحكم تتذبذب مع التردد 27900000 دورة في الثانية (أي 27.9 ميغاهيرتز).

5.     تراقب الحافلة بشكل ثابت التردد المحدد بـ 27.9 ميغاهيرتز للإشارة، وعندما يستقبل جهاز الاستقبال موجات التحكم من جهاز الإرسال يقوم بإرسال إشارة إلى مصفاة لحجب أي إشارة يلتقطها غير التردد 27.9 ميغاهيرتز.

6.     ترسَل سلسلة النبضات إلى الدارة التكاملية في الشاحنة التي تحلل السلسلة وتشغل المحرك. وفي المثال الذي استخدمناه تشكل سلسلة النبضات 16 نبضة (للأمام)، هذا يعني بأنّ الدارة التكاملية ترسل تيارا إيجابيا إلى المحرك الذي يدير العجلات، وإذا كانت سلسلة النبضات القادمة 40 نبضة (للوراء) ستعكس الدارة التكاملية التيار إلى نفس المحرك لجعله يسرّع في الاتجاه المعاكس، تستلم المحرّكات الكهربائية القوّة من البطاريات وإنّ تدفق القوّة منظّم من قبل الدارة التكاملية.

 

بسبب حاجتنا إلى أكثر من دارة إرسال واستقبال لاسلكية احتجنا لأخذها من ألعاب عدة بترددات مختلفة، فكان لدينا لعبة بتردد 34 ميغاهيرتز وأخرى بتردد 27 ميغاهيرتز وثالثة بتردد 49 ميغاهيرتز. استخدمنا كلا منها حسب حاجتنا.

 image004

الشكل(4-5) السيارات اللاسلكية المستعملة

 

تبين الصورة في الشكل 4-6 دارات الإرسال اللاسلكي المستعملة في المشروع وهي مجمعة على لوحة واحدة ومربوطة بوساطة ترانزستورات (تعمل كمفتاح تشغيل/إيقاف أو On/Off) إلى مخارج الـمنفذ الـمتوازي LPT.

 

نلاحظ الهوائيات المرسلة الموجودة في دارات الإرسال وهي الكفيلة بإيصال الإشارة بالتردد المعين إلى دارة الاستقبال الموجودة في القارب المتحكم به.

 image005

الشكل(4-6) دارات الإرسال اللاسلكية المستعملة

 


4-2 مسجل الإزاحة

 

4-2-1 الحاجة إلى الدارة ومبدأ العمل

كما ذكر سابقاً فإننا نحصل على عدة أزواج(Bits) على خرج المستقبل اللاسلكي. لنناقش الحالة عندما يعمل المستقبل للتحكم بالسيارة اللاسلكية، عندها تكون إشارات التحكم كما يلي:

 

نلاحظ أنه عند تفعيل الزوج (bit) الذي يحرك السيارة نحو اليمين يكون الزوج الذي يحرك السيارة نحو اليسار غير مفعل (لا يمكن تحريك السيارة نحو اليمين واليسار بآنٍ معاً) وكذلك يكون الأمر بالنسبة للحركة نحو الأعلى والأسفل.

 image006

من خلال ما سبق نجد أن مجموع الأزواج التي يمكن ان تكون مفعلة بآنٍ معاً على الخرج هي زوجين فقط (2Bits). إن الزوجين على الخرج من كل مستقبل لاسلكي غير كافية للتحكم بجميع الدارات الموجودة ضمن المشروع،فما العمل إذن؟

 

سنزيد عدد هذه المخارج من خلال تقنية تحويل دخل تسلسلي إلى خرج تفرعي (Serial In-Parallel Out) أو ما يسمى اختصاراً SIPO. هذه التقنية نعتمدها باستخدام مسجل الإزاحة 74HC595 وسنوجز شرحه فيما يأتي:

 

مسجل الإزاحة هو عبارة عن شريحة متكاملة لها منفذ لإدخال البينات تسلسلياً بالتزامن مع نبضات الـساعة (Clock بالإنجليزية وhorloge بالفرنسية) وإخراج هذه البيانات تفرعياً عبر منافذ خرج متعددة، ويمكن إعادة ضبط هذه المنافذ بحيث تعود إلى الحالة الابتدائية. تجدر الإشارة إلى أن عمل هذه الشريحة يكون من خلال إرسال البيانات على المنفذ التسلسلي وإمساكها إلى حين الحاجة لإخراجها عندئذٍ يجب إعطاء نبضة ساعاتية (Clock) على منفذ التخزين STCP والذي يجعل البيانات اللازم إخراجها تظهر على الخرج.

 image007

 image008

الشكل (4-7) المخطط الوظيفي لشريحة مسجل الإزاحة(Shift Register)

الشكل (4-8) الرمز المنطقي للشريحة

 image009

 image010

يبين الجدول أرقام ووظائف جميع الأرجل لشريحة مسجل الإزاحة.

الشكل (4-9) مخطط الشريحة

تم استخدام شريحة مسجل الإزاحة في دارتي تحكم هما دارة مسجل الإزاحة 4 أزواج، ودارة مسجل الإزاحة 8 أزواج وسيتم التعرض إلى كل منهما فيما يلي.

     

 

4-2-2 دارة مسجل الإزاحة 8 أزواج (Shift Register-8Bits)

 

 image011

الشكل (4-10) مخطط دارة مسجل الإزاحة 8 بت

SL6: تغذية للدارة (5 فولط).

 

SL7: مدخلي تحكم أحدهما لإعطاء نبضات الساعة (Clock) والآخر لتفعيل الخرج (Output Enable).

 

SL8: مدخلي تحكم أحدهما لإدخال البتات التسلسليةٌ والآخر لإعادة ضبط المسجل (Reset).

 

SL9، SL10، SL11، SL12: مخارج البتات التفرعية.

 

و الصورة 4-11 تبين المخطط العملي للدارة.

 image012

الشكل (4-11) المخطط العملي لدارة مسجل إزاحة 8 أزواج (Shift Register 8 bit)

 

 image013

الشكل (4-12) شكل الدارة بعد التركيب

 

4-2-3 دارة مسجل الإزاحة 4 أزواج (Shift Register-4Bits)

 

 image014

الشكل (4-13) مخطط دارة مسجل إزاحة 4 أزواج(Shift Register 4 bit)

هذه الدارة هي نفس الدارة السابقة مع اختلاف أننا نأخذ من الخرج أربعة مداخل عوضاً عن ثمانية، وهذا الأمر خاضع لحاجتنا إلى إشارات التحكم وعدد المخارج المطلوبة.

 

وتبين الصورة 4-14 المخطط العملي لدارة مسجل الإزاحة 4 أزواج.

 image015

الشكل (4-14) المخطط العملي لدارة مسجل الإزاحة 4 أزواج

 

 image016

الشكل (4-15) شكل الدارة بعد التجميع

 


4-3 دارة تنظيم سرعة محركات القارب

 

4-3-1 مقدمة

إن المحركات التي تسير القارب هي محركات تيار مستمر (DC Motors)، والقارب لا يحتوي على دفة لتوجيه حركته باتجاه معين؛ لذلك سنعتمد في توجيهه على طريقة تغيير السرعة بحيث أن المحركين إذا تحركا بنفس السرعة فيتحرك القارب بالاتجاه المباشر وإذا اختلفت سرعة المحركين عن بعضهما فإن القارب سينحرف بحسب جهة المحرك الأسرع وتعتمد زاوية الانحراف على الفرق بين سرعتي المحركين ودائما الانحراف بجهة المحرك الاسرع.

 

إن المحرك عند وصله بتغذية معينة فإنه يسير بسرعة ثابتة. إذاً، لتغيير سرعة المحركين نحن بحاجة إلى دارة تنظيم سرعة تكون نفسها لكلا المحركين. إن الطريقة المعروفة لتغيير السرعة هي تغيير الجهد ولكن عندما يكون مطال الجهد ثابت (بثبات منبع التغذية) فإننا نحتاج إلى طريقة أخرى.

 

سنتبع في تنظيم السرعة طريقة "التعديل العرضي النبضي" (يعرف بـ Pulse Width Modulation واختصاراً بـ PWM في اللغة الإنجليزية). تعتمد هذه الطريقة على توليد نبضات من الجهد عن طريق مولد نبضات (دارة 555 مثلاً) والتحكم بفترة التوصيل (أو التشغيل) وفترة الانقطاع (أو الإيقاف) لهذه النبضات (بالإنجليزية T On  وT Off). كلما كانت فترة التوصيل أكبر من فترة القطع نحصل على جهد لفترة أطول وبالتالي يجعل هذا الجهد المحرك يسير بسرعة أكبر.

 

4-3-2 العناصر المستخدمة

-         L298

-         المؤقت NE555

-         مقاومات مختلفة القيم

-         3 ترانزستورات BC337

-         Not Gates) 74LS04N)

-         المفكك Decoder) 74154N)

 

4-3-3 دارة 555

يتم التحكم بفترة التوصيل من خلال التحكم بثابت الشحن والتفريغ للمكثف الموجود في دارة 555. يعطى ثابت الشحن بالعلاقة:

t = R2.C

حيث أن:

·        C : يمثل سعة المكثفة.

·        R2 : يمثل المقاومة التي يشحن خلالها المكثف.

 

وبنفس الطريقة نتكلم عن ثابت التفريغ. نلاحظ من دارة 555 وجود مقاومة مشتركة بين حالتي الشحن والتفريغ وهي المقاومة R2. وبالتالي، عند تغيير قيمة هذه المقاومة سوف تتغير فترتي التوصيل والقطع معاً. الفكرة الاساسية إذن تكمن في تغيير قيمة هذه المقاومة لتعديل عرض النبضة. وسيتم تغيير قيمة هذه المقاومة من خلال عدة مقاومات مختلفة القيمة موصولة على التفرع (أي على التوازي) ومع كل مقاومة هناك ترانزستور على التفرع (أي على التوازي) وعند تفعيل هذا الترانزستور ستدخل المقاومة ضمن الدارة. ومن خلال إدخال مقاومات مختلفة القيمة في الدارة فعند كل مقاومة ستكون السرعة مختلفة عنها في حالة مقاومة أخرى وهكذا.

 image017

الشكل (4-16) دارة 555

 

4-3-4 مخطط الدارة

 image018

الشكل (4-17) مخطط دارة تنظيم سرعة محركات القارب

تبين الصورتين 4-18 و4-19 المخطط العملي للدارة وشكل الدارة بعد التجميع.

 image019

الشكل (4-18) المخطط العملي لدارة الـPWM

 

 image020

الشكل (4-19) شكل الدارة بعد التجميع

 


4-4 دارة قيادة محرك خطوي

 

4-4-1 مقدمة عن المحرك الخطوي

هو محرك يتم التحكم به رقميًا ويدور عددًا محددًا من الدرجات (خطوات) في كل مرة تطبق فيها نبضة ساعاتية (clock) على دارة خاصة تستخدم للتحكم به.

 

إن عدد الدرجات في الخطوة الواحدة للمحرك الخطوي يمكن أن يكون صغيرًا إلى حد °0.72 في الخطوة الواحدة، أو كبيرًا يصل إلى °90 في الخطوة الواحدة. في المحركات العامة التي تستخدم في تطبيقات متعددة الأغراض يتراوح عدد الدرجات في الخطوة بين °15 و °30. وعكس المحرك سيرفو فإن الـمحرك الـخطوي يدور °360، ويمكن جعله يدور بشكل دائم كالـمحرك DC (ولكن سرعة دورانه الأعظمية أقل من سرعة محركاتDC).

 image021

تؤمن المحركات الخطوية عزمًا كبيرًا عند سرعات دوران منخفضة مما يجعل هذه المحركات مفيدة جدًا في التحكم بالموضع بدقة عالية وسرعات منخفضة. تستخدم المحركات الخطوية في الطابعات للتحكم بتغذية الطابعة بالورق كما تستخدم في المناظر الفلكية (أو التيليسكوبات) التي تلاحق النجوم. تستخدم المحركات الخطوية أيضًا في الراسمات (Plotters). وفي تطبيقات أخرى عديدة منها تحديد الموضع أو الدوران إلى موضع باستخدام الحساسات. يبين الشكل 4-20 نموذجًا بسيطًا لمحرك خطوي يدور °15 في الخطوة الواحدة.

يتكون القسم الثابت في هذا المحرك من ثمانية أقطاب متباعدة عن بعضها بمقدار °45. يصنع القسم المتحرك والذي يسمى الدوار (rotor) من مادة فيرومغناطيسية (Ferromagnetic material) وله ستة أسنان، والزاوية بين كل سنين هي °60. يطبق التيار على قطبين متقابلين أو على ملفين متقابلين في آنٍ واحد كي يدور المحرك خطوة واحدة. يؤدي تطبيق التيار إلى مغنطة الأقطاب المتعاكسة وهذا يجعل أسنان القسم الدوار تصبح على نفس استقامة الأقطاب المغذاة.

 

لتدوير الدوار °15 باتجاه عقارب الساعة (ابتداءً من الوضع الحالي) فإن التغذية تفصل عن الملف 1 (أي الوشيعة 1) وتوصل إلى الملف 2 وإذا فصلت التغذية عن القطب 2 ووصلت بالقطب 3 يدور المحرك °15 أخرى، وتستمر عملية التدوير بنفس الطريقة. يعكس تتالي تغذية الملفات عند الرغبة بتدوير المحرك بعكس عقارب الساعة.

 image022

الشكل (4-20) نموذج لمحرك خطوي

     

 

4-4-2 أنواع المحركات الخطوية

يعتمد الـمحرك الـخطوي المبين في الشكل السابق على الممانعة المغناطيسية المتغيرة، وكما هو واضح فإن النموذج السابق غير كامل لأنه لا يوضح التوصيلات الداخلية للمحرك الـخطوي ذي الممانعة المغناطيسية المتغيرة. كما أن النموذج السابق لا ينطبق على نموذج آخر من المحركات الخطوية ذات المغناطيس الدائم، وسنتعرف الآن على المحرك الخطوي المستخدم في دارة القيادة التي نفذناها.

 

المحركات الخطوية ثنائية القطبية:

هذه المحركات تشبه المحركات وحيدة القطبية ولكن أزواج ملفاتها (وشيعاتها) ليس لها فرعة وسطى، وهذا يعني أنه بدلاً من تطبيق جهد تغذية ثابت على ناقل (سلك) كما كانت الحال في المحركات وحيدة القطبية (كان جهد التغذية يوصل بشكل دائم مع الفرعات الوسطى)، يجب أن يطبق جهد التغذية بشكلٍ متعاقب على نهايات ملفات (وشيعات) مختلفة. وبنفس الوقت فإن  النهايات المعاكسة لزوج الملفات (الوشيعات) يجب أن توصل مع الأرض. يدور المحرك بمقدار °3 في الخطوة بتطبيق القطبيات المبينة في جدول التتابع، وتطبق القطبيات على أطراف (أسلاك) المحرك.

 image023

الشكل (4-21) المحرك ثنائي القطبية

 

تعتبر قيادة المحركات الخطوية ثنائية القطبية أكثر صعوبة من قيادة المحركات وحيدة القطبية والمحركات ذات الممانعة المغناطيسية المتغيرة، ولكن خاصيتها الفريدة في إزاحة القطبية تعطيها نسبة حجم إلى عزم أفضل. تصمم المحركات ثنائية القطبية ذات زاوية الدوران الأصغر في الخطوة بعدد أسنان أكبر.

 

4-4-3 دارات القيادة L297 وL298

تعد الدارتين L297 وL298  الأكثر استعمالاً في تصاميم قيادة المحركات الخطوية. إذ توفر هاتان الدارتان  إمكانية قيادة المحركات الخطوية أحادية القطبية أو ثنائية القطبية. كما تستطيعان تأمين تغذية محركات تستهلك بضع عشرات الميلي أمبيرات وحتى عدة أمبيرات. وقد تم تصميم هاتين الدارتين بحيث تعملان معاً، ومع ذلك يمكن استخدامها بشكل منفصل في بعض التصاميم. نقدم فيما يلي تصميماً لدارة تستخدم كلا الدارتين معاً.

 

4-4-3-1 توصيف الدارة المتكاملة L297

لقد تم تصميم الدارة المتكاملة L297، وهي متحكم بالمحركات الخطوية، بحيث تعمل مع الدارة المتكاملة L298.

المواصفات الأساسية لهذه الدارة هي كالتالي:

·  دخل تفعيل للدارة.

·  دخل تبدئة (reset).

·  عدد العناصر الخارجية اللازمة قليل.

·  نمط عمل خطوة كاملة أو نصف خطوة.

·  تحديد جهة الدوران مع أو عكس عقارب الساعة.

 

لقد تم تصميم الدارة L297 لكي تعمل مع دارة قيادة متكاملة ذات جسر مضاعف، أي شبكة مكونة من أربعة ترانزستورات دارلنغتون استطاعية أو مع عناصر مفردة. إذ يكفي تأمين اشارات ساعاتية (Clock) (تقدم الخطوة) وتحديد نمط الاتجاه لكي تقوم الدارة بالتحكم بالمحرك الخطوي. تقوم الدارة بدورها بتوليد تتابع الأوامر إلى مرحلة الاستطاعة. يبين الشكل 4-22 توزيع أرجل الدارة L297 ومخططها الداخلي بينما يبين الجدول (4-1) وظائف جميع أقطابها.

 image024

 image025

الشكل (4-22) شريحة L297

 image026

الجدول (4-1) وظائف أقطاب الشريحة L297

 

4-4-3-2 توصيف الدارة المتكاملة L298

تعد الدارة المتكاملةL298 متممة للدارة L297، وهي توفر تبسيطا لمرحلة القيادة الاستطاعية للمحرك الخطوي. كما أنها ليست أكثر من جسر قيادة مضاعف يحوي مخارج لقياس التيار المستهلك في المحرك، بالإضافة إلى مداخل تفعيل. وبالتالي لا تتطلب هذه الدارة إلا القليل جدا من العناصر الخارجية، فـهي إذن سهلة الاستخدام كثيراً.

 

تصنع هذه الدارة على شكل وحدة ذات 15 رجلا(وفق التعليب Multiwatt)كما هو مبين في الشكل 4-23 في حين يبين الجدول (4-2) وظائف أرجل هذه الدارة.

 

تتيح الدارة L298 استعمال تغذية مرتفعة نسبيا للمحرك. كما يمكنها تقديم تيار مرتفع نسبيا، وهذا ما يجعلها مناسبة للمحركات الخطوية التي تحوي ملفات (وشيعات) ذات مقاومة أومية غير مرتفعة.

 

يمكن استعمالها لقيادة المحركات الخطوية وأيضا الحواكم الكهروميكانيكية والسيلونويد ومحركات التيار المستمر.

 image027

الشكل (4-23) تعليب شريحة L298

 image028

 

الجدول (4-2) يبين وظائف جميع أرجل الشريحة L298

 

4-4-4 مخطط دارة القيادة

 image029

الشكل (4-24) مخطط دارة محرك خطوي

SL1 : مدخل طاقة 5 فولط

 

SL2 : مدخل طاقة 12 فولط

 

SL3 : مدخلي تحكم بالدارة أحدهما للتحكم باتجاه دوران محرك خطوي والآخر لتشغل وإطفاء المحرك.

 

JP1 : خرج الدارة التي يوصل إليها أقطاب محرك خطوي.

مع العلم بأنه تم تثبيت محرك خطوي ليعمل بنظام النصف خطوة.

 image030

الشكل (4-26) المخطط العملي لدارة الخطوة

 


4-5 دارة قيادة محرك التيار المستمر الذي يحرك الكاميرا شاقولياً

 

4-5-1 مبدأ عمل الدارة

استخدمنا في قيادة المحرك المستمر الذي يتحكم بحركة الكاميرا بالاتجاه العمودي دارة دفع – جذب ترانزستورية كما في الشكل (4-28). تحوي هذه الدارة على ترانزستورين أحدهما NPN والآخر PNP لهما نفس معدل الاستطاعة ونفس عامل تكبير التيار.

عند تطبيق جهد 5+ فولط (أي مرتفع أو high) على القواعد ينتقل الترنزستور NPN إلى حالة تنشيط (أي ON) ويمر تيار من موجب التغذية عبر الترانزستور إلى المحرك ثم الأرضي ليدور المحرك في جهة معينة.

 

وعند تطبيق 0 فولط (أي منخفض أو low) على القواعد ينتقل الترانزستور PNP إلى حالة تنشيط (أي ON) ويمر تيار من الأرضي عبر المحرك والترانزستور PNP إلى سالب المصدر Vcc– ويدور المحرك بجهة معاكسة للجهة الأولى.

 image031

الشكل (4-28) دارة دفع-جذب ترانزستورية

نحن نحتاج في دارتنا إلى التحكم بالاتجاه وإيقاف وتشغيل المحرك فقط ولكن بظروف مختلفة؛ فلدينا تحكم بالاتجاه عند بدء التشغيل ولدينا قواطع نهاية شوط بحيث يفعل قاطع عند وصول الحركة إلى حد معين وعند الوصول إلى هذه الزاوية من الحركة يتم عكس اتجاه الدوران بوساطة تفعيل هذا القاطع. استخدمنا قاطعي نهاية شوط في موضعين متناظرين وكل منهما يلعب نفس الدور ولكن باتجاهين متعاكسين.

 

4-5-2 المخطط النظري لدارة التحكم

 image032

الشكل (4-29) مخطط دارة قيادة محرك التيار المستمر

 

·        SL1 : مداخل التحكم بإيقاف وتشغيل المحرك وباتجاه دوران المحرك.

·        SL2 : المداخل الموصولة مع قواطع نهاية الشوط.

·        SL3 : توصل إلى طرفي المحرك.

·        SL4 : مداخل التغذية الموجبة والسالبة والخط الأرضي.

 

تمت إضافة مرحل إليكتروني (Relay, Relais) إلى الدارة من أجل التحكم بتوصيل إحدى التغذيتين إما الموجبة أو السالبة إلى قواعد الترانزستورين وبالتالي التحكم بجهة الدوران كما أسلفنا سابقاً.

 

أيضاً تم وضع صمام ثنائي (ديود) على طرفي ملف المرحلالإليكتروني لحمايته من التيارات العكسية التي يمكن أن تحدث مشاكل لدى مرورها في الدارة.

 image033

 

الشكل (4-30) المخطط العملي لدارة قيادة محرك التيار المستمر.

 


4-6 التغذية العكسية

إن تأمين التغذية العكسية للقارب سيتم عن طريق حساس مستوى الماء الذي سيثبت على جسم القارب في مكان لا يصل إليه الماء عادة. عند وصول الماء لهذا الحساس سيشير هذا الأخير إلى وجود خطر غرق أو عدم توازن لأن الماء وصل المستوى المحظور وعند ذلك سيرسل لاسلكياً قيمة واحد منطقي إلى المستقبل الموجود في غرفة التحكم وبهذا يتم التعرف على الحالة.

 

حساس المستوى:

يعتمد هذا الحساس على استخدام سلكين في ارتفاعين مختلفين على جسم القارب حيث يجب قياس مستوى الماء. يثبت أحد السلكين بالقرب من أسفل القارب ويثبت الآخر حيث يعتبر مستوى النقطة المرجعية. عندما يرتفع الماء إلى النقطة التي تغمر السلك فإن تيارا معينا يتحرض في الماء. هذا التيار يكشف بواسطة دارة إلكترونية والتي تفعل مفتاح الإرسال اللاسلكي الموجود في القارب. وعندما ينخفض مستوى الماء فلا يمر تيار بين السلكين ولا ترسل أي قيمة إلى المستقبل.

 


 


الفصل 5: التصميم البرمجي

 

5-1 مقدمة

إن المطلوب هو أن يتم التحكم عن طريق الحاسوب ويتحقق ذلك بالربط مع أي من منافذ الحاسوب. توجد ثلاثة أنواع من بوابات الحواسيب الشخصية القياسية، والتي يمكن استخدامها لوصل الدارات الالكترونية وهي:

·       البوابة التسلسلية أو المنفذ المتتالي (بالإنجليزية Serial Port).

·       البوابة التفرعية أو بوابة الطابعة أو المنفذ المتوازي (بالإنجليزية Printer/Parallel Port).

·       البوابة التشابهية أو بوابة الألعاب أو المنفذ التناظري (بالإنجليزية Game/Analogue Port).

 

على الرغم من أن البوابة التفرعية تبدو للوهلة الأولى محدودة الاستخدام، إلا أنها في الحقيقة متعددة الاستخدامات. تعتبر بوابة الطابعة التفرعية بوابة للخرج الرقمي (Digital Output). ولكن لحسن الحظ بالإضافة إلى الأزواج (bits) الثمانية المتوفرة كمخارج رقمية فإنها تمتلك العديد من خطوط المصافحة (Handshake Lines) والتي لا يقل عددها عن تسعة خطوط: خمسة مداخل وأربعة مخارج. ومن الممكن استخدام خطوط المصافحة هذه لأغراض الإدخال والإخراج الرقمي العامة.

 

إن استخدام البوابة التفرعية سيمكن من القراءة أو الكتابة بمعدلات أسرع بكثير مما يمكن أن تقدمه البوابة التسلسلية. أضف إلى ذلك أنه ستبقى بعض خطوط المصافحة غير مستخدمة ويمكن استغلالها في الدارات الالكترونية المصممة، إذ يمكننا استخدام هذه الخطوط لتوفير ثمانية أزواج (bits) أخرى من المخارج أو المداخل الرقمية.

تظهر الصورة 5-1 منفذ الطابعة والمعروف بمنفذ LPT ودلالة كل قطب فيه:

 

D0 … D7: ثمانية خطوط بيانات.

In 3 … In 7: خمسة خطوط دخل.

Out 0 … Out 3: أربعة خطوط خرج.

 

ستتم برمجة المشروع من خلال برنامج Matlab والذي يعتبر بيئة برمجية قوية تستخدم بشكل واسع في كافة المجالات التكنولوجية نظرا لتنوع مكتباته التي شملت جميع هذه المجالات.

 image034

الشكل (5-1) منفذ الـ LPT

يتم إرسال الأوامر البرمجية إلى المنفذLPT وعلى هذا الأساس يتم إخراج البيانات على خرج المنفذ ومن ثم تنتقل إلى دارة المرسل اللاسلكي ومنها عبر المستقبل إلى باقي الدارات التي تشكل نظام التحكم المشروح سابقاً.

 


5-2 المخططات التدفقية

إن تحليل النظام وتمثيله بواسطة المخططات التدفقية (بالإنجليزية flowchart) من شأنه تسهيل فهم النظام ومراحل عمله ويختصر الشرح الطويل للنظام في المشروع إلى أشكال بسيطة والمخططات التدفقية هي عملية هامة عملنا على استخدامها في عملية البرمجة. نبين فيما يلي المخطط التدفقي لحالات التحكم بحركة الكاميرا.

 

المخطط التدفقي التالي يعبر عن العملية البرمجية للتحكم بمحركات القارب:

 image035

وهذا المخطط التدفقي الثاني يعبر عن العملية البرمجية التي جرت للتحكم بمحركي الكاميرا:

 image036

يبين المخطط التدفقي التالي انتقال البينات داراتياً للتحكم بحركة الكاميرا بعد وصول البيانات إلى مسجل الإزاحة4 أزواج:

image037

يبين المخطط التدفقي التالي انتقال البيانات للتحكم بحركة القارب بعد وصول البيانات إلى مسجل الإزاحة 8 أزواج:

image039

 

 


5-3 الواجهات الرسومية

عند تنفيذ العملية البرمجية كان لا بد لنا من تصميم واجهات تخاطبية مع المستخدم لتسهيل التفاعل مع عملية التحكم وتوضيح الهدف من كل عملية.

 

تظهر الصورة 5-6 الواجهة الترحيبية التي تظهر في بداية تشغيل البرنامج وهي عبارة عن تعريف باسم القارب وبداية دخول إلى نظام التحكم كما سيلي.

image039

 

الشكل (5-6) الواجهة الترحيبية

عند اختيار زر Exit  من الواجهة السابقة سيتم الخروج من الواجهة وإنهاء العملية، أما عند اختيار زر Let's sail فسيتم الانتقال إلى واجهة تخاطبية أخرى تكون مرتبطة بها وفيها بدء عملية التحكم بالنظام.

 

تظهر الصورة 5-7 الواجهة التخاطبية التي تظهر بعد الواجهة الأولى في حال اختيار الاستمرار بنظام التحكم.

 image041

 

الشكل (5-7) واجهة اختيار التحكم

كما هو موضح في الواجهة السابقة فهنالك خياران لعملية التحكم وهما إما التحكم بحركة القارب أو التحكم بحركة كاميرا المراقبة أو كليهما.

 

عند اختيار زر التحكم بحركة القارب سيتم الانتقال إلى الواجهة التالية :

 image042

 

الشكل (5-8) واجهة التحكم بمحركات القارب

يتضح من خلال الواجهة السابقة كيفية التحكم بحركة القارب من خلال المحركين وذلك باختيار سرعة واتجاه كل منهما لتوجيه القارب حسب الحاجة.

 

أيضاً نلاحظ وجود أزرار للعودة إلى الواجهة السابقة وللخروج النهائي من البرنامج إضافة إلى زر sensor الذي يتيح قراءة الحساس للتعرف على الحالة.

 

في حال الدخول إلى واجهة التحكم بالكاميرا تكون النافذة بالشكل التالي:

 image043

 

الشكل (5-9) واجهة التحكم بالكاميرا

تبين الواجهة السابقة جميع خيارات التحكم بحركة الكاميرا بجميع الاتجاهات، أيضاً نلاحظ وجود الأزرار التي أشرنا إليها من ز العودة والخروج وزر الحساس.

 

من خلال هذه الواجهات نكون قد حققنا الربط بين الحاسوب والقارب اللاسلكي عن طريق الوسيط الذي هو النظام الداراتي الالكتروني.

 


 


الفصل 6: المناقشة والخاتمة

 

6-1 الخلاصة

تم في هذا التقرير تسليط الضوء على مشروع "قارب مراقبة شواطئ" لطلاب السنة الثالثة من هندسة الميكاترونيك في جامعة تشرين، في البداية تم شرح البنية الأساسية للمشروع ومن بعد ذلك أسهبنا في الشرح عن البنية التفصيلية للمشروع بطريقة تضمن فهم الهدف من المشروع وكيفية تصميمه.

 

تعرفنا على التصميم الهندسي للقارب ودراسته التصميمية والتجريبية، كذلك فقد مررنا على نظام التحكم الالكتروني الذي يضمن أداء القارب للمهمات المنوطة به. وبعدها فصلنا العملية البرمجية التي أجريت لتنفيذ المشروع وربطه بالحاسب.

 


6-2 المناقشة

عند مناقشة ما تم إنجازه في هذا المشروع سنقوم أولاً بالتأكيد على أن هذا المشروع طلابي بامتياز ولم تدخل الصناعة الآلية في أي من أجزاءه رغم إمكانية ذلك؛ ولكن جوهر الفائدة يكمن في الشعور بالمسؤولية وتحمل أعباء العمل والسير بخطى واثقة لتحقيق النجاح الطلابي الأكاديمي في جامعاتنا المحلية التي لطالما عانت من شح في الجانب التطبيقي لأسباب عديدة.

 

التعويل الأساسي على عملنا كطلاب وليس كمختصين أو خبراء جعل مهمتنا من الصعوبة بمكان لعدم توافر كافة المستلزمات والعدد التصنيعية التي حاولنا أن نحويها أحياناً أو أن ننقل عملنا في بعض الأحيان إلى الورشات التخصصية في كلية الهمك، ولكن كل هذا ألقى بظلاله على زمن تنفيذ المشروع وكلفته وموثوقيته.

 


6-3 المقترحات المستقبلية

إن هذا المشروع كما أسلفنا هو نواة لمشروع أكبر، المشروع الأكبر ستجري عليه تعديلات وتقنيات كثيرة أخرى. من أهم الأفكار التي يمكن أن يطور المشروع من خلالها هي كما يلي:

 

1-    ربط مجموعة قوارب مراقبة مع بعضها البعض بوساطة شبكة من الحساسات اللاسلكية وخلق نوع من التواصل الذكي بين القوارب لتوزيع المهام بينها حسب الخوارزميات المناسبة.

 

2-    التحكم بالقارب من خلال ربطه مع نظام تحديد المواقع العالمي GPS وسيقدم ذلك خدمة كبيرة إلى مركز التحكم.

 

3-    تطوير أنظمة التحسس في القارب ليرصد تغيرات البيئة المحيطة بشكل اكبر.

 

4-    زيادة كفاءة وسرعة العمل من خلال استخدام المتحكمات الصغرية على سبيل المثال.

 

5-    استغلال التقنيات المتقدمة كمعالجة الصورة لتطوير منظومة المراقبة بحيث تضمن التعرف على الأجسام أو المناطق.

 


 


كلمة شكر

نشكر الله جل وعلا على ما حبانا وأكرم علينا بإتمامنا لمشروعنا ونحمده أن أرضانا بما قدمت أيدينا ونحسبه خيراً عنده جل جلاله.

 

قيل: " من لم يشكر الناس لم يشكر الله ". لا بد أن نتقدم بأزكى رسائل الشكر والعرفان بالجميل لكل من مد لنا يداً أو كان لنا عوناً في إخراج هذا المشروع إلى الوجود.


نتقدم بشكرنا إلى د. بسام عطية الذي تفضل مشكوراً بالإشراف على هذا المشروع وكان لنا مؤنساً ومعيناً وسار معنا في هذا المشروع حتى بلغنا ما بلغناه.


نتقدم بالشكر أيضاً للمهندس أيمن مهيجة الذي كان مشرفاً على خطوات عملنا في المشروع فله جزيل الامتنان.
ولا ننسى من كان لاقتراحاته على المشروع ما يوجب الثناء والشكر، نشكر هنا المهندس عبد اللطيف داود جزيل الشكر.


كما نتوجه بالشكر لكل من الدكتور ميشيل بربهان رئيس قسم الهندسة البحرية في جامعة تشرين، والمهندس عبد الرزاق دبور، وكيف لنا أن ننسى إخوة لنا نحبهم ونشكر فضلهم قد تعلمنا في مدرستهم أبجديات العلوم فسطعت في سماءنا النجوم، جزاكم الله جميعاً عنا كل خير...

 


 


قاموس المصطلحات

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

نموذج أولي

Prototype

Prototype

هندسة الميكاترونيك

Mechatronics Engineering

Mécatronique

الهيكل الحركي

Mechanism

Mécanisme

زوج

Bit

Bit

مفكك

Decoder

Décodeur

مسجل إزاحة

Shift Register

Registre à décalage

جسر H

H bridge

Pont H

التعديل العرضي النبضي

Pulse Width Modulation

(PWM)

Modulation de largeur d'impulsions (MLI)

 التشكيل

Shaping

Fonderie

زجاج ليفي

Fiberglass

Un plastique à renfort de verre

التصميمالبرمجي

Programming design

Conception de programmation

التشكيل والتصميم الميكانيكي

Forming & Mechanical Design

Conception mécanique

تحليل وتصميم النظام

System Analyze & Design

Analyse de systeme

التصميم والتحكم الالكتروني

Electronic design & Control

Conception Electronique

محركات تيار مستمر

DC Motors

Moteur à courant continu

مرحل إليكتروني

Relay

Relais

الـساعة

Clock

Horloge

 الخرج

Output

Sortie

إعادة ضبط (تبدئة)

Reset

Reset

الدوار

Rotor

Roteur

مادة فيرومغناطيسية

Ferromagnetic material

Matériau ferromagnétique

الراسم

Plotter

Traceur

الدارة المتكاملة

Integrated Circuit

Cicruit Integre

حساس

Sensor

Capteur

المخططات التدفقية

Flowchart

Organigramme

 


شعار المؤلفين

{ربِّ إنِّي لما أنزلت إليَّ من خير فقير}

 


معلومات عن المشروع

الجامعة

جامعة تشرين،
كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية،

 

قسم الميكاترونيك،

السنة الثالثة 2011-2012.

 image044

المؤلفين

بسام خويلد

أحمد صهيوني

أسامة ياسين

البريد

ahmed.sahyouni@gmail.com

المشرفين

الدكتور بسام عطية

المهندس أيمن امهيجة

نوع البحث

مشروع نهاية السنة الثالثة

الملفات

النسخة الأصلية بصيغة pdf

 

 


المراجع

 

 

المراجع العربية

 

1- م. أحمد عفيفي سلامة، دورة الماتلاب خطوة بخطوة، ملتقى المهندسين العرب، 2006

2- م. عماد الكردي، الربط باستخدام البوابات التفرعية، دار شعاع للنشر

3- د. سليم ادريس، الالكترونيات العملية للمبتكرين، دار شعاع للنشر

4- د. معروف أحمد، منشورات جامعة تشرين

5- د. معروف أحمد، نظرية السفينة 1، منشورات أكاديمية الأسد للهندسة العسكرية، حلب 2004.

 

المراجع الأجنبية

 

1- Matlab، Creating Graphical User Interfaces، Inc

2- Newton C.Braga، "Mechatronics for the Evil Genius"، McGraw-Hill، Inc، 2006

3- Stan Gibilisco،" Teach yourself Electricity and Electronics"، McGraw-Hill، Inc، 2002

4- Patrick Marchand and O.Thomas Holland، "Graphics and GUIs with Matlab"، CRC Press LCC، 2003

5- Brian R-Hunt and Ronald L.Lipsman and Jonathan M.Rosenberg، "A Guide to Matlab"، Cambridge University Press، 2001

 

المواقع الالكترونية

 

www.qariya.com

www.boosla.com

www.mikroe.com

www.4electron.com

www.expertvillage.com

www.qariya.com/vb/showthread.php?t=54606&page=1 Downloaded on 30/9/2011

 
]]>
ahmed.sahyouni@gmail.com (أحمد صهيوني) مشاريع التخرج Wed, 27 Mar 2013 00:00:00 +0000
ملخص بحث – الألمنيوم الرغوي http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/1036-ملخص-بحث-–-الألمنيوم-الرغوي http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/1036-ملخص-بحث-–-الألمنيوم-الرغوي

ملخص بحث – الألمنيوم الرغوي

المعادن الرغوية صنف جديد من المواد ذات الكثافة المنخفضة والخواص الصوتية والكهربائية والحرارية والفيزيائية والميكانيكية غير المألوفة.


أنواع المعادن الرغوية

يمكن أن تقسم المعادن الرغوية إلى صنفين أساسيين:

  • المعادن الرغوية ذات المسامات المغلقة.

  • المعادن الرغوية ذات الخلايا المفتوحة.

  • وحديثاً صممت بنى رغوية جديدة تعرف باللوتس.

شكل (1): تمثيل شكل البنى الرغوية ذات الخلايا المغلقة والمفتوحة و اللوتس.

  • تحاط الخلايا في النوع الأول والذي يظهر في الشكل (1 – أ) بجدار معدني وتكون المسامات مغلقة ومعزولة عن بعضها.

  • أما في النوع الثاني والذي يظهر في الشكل (1 – ب) فتندمج المسامات مع بعضها وتترابط لتشكل البنية ذات الخلايا المفتوحة.

  • والنوع الثالث والذي يظهر في الشكل (1 – ج) تتألف البنية فيه من مسامات أسطوانية طويلة مرتبة في اتجاه واحد.

على أي حال سوف نتعامل في هذا البحث فقط مع البنى ذات الخلايا المفتوحة والمغلقة.

 

يمكن استعمال المعادن الرغوية من أجل الإنشاءات خفيفة الوزن لامتصاص الطاقة والإدارة الحرارية في معظم الحالات. إن وظائف مثل امتصاص الصوت والتبادل الحراري تتطلب بنى ذات خلايا مفتوحة وبالتالي فالبنية الرغوية ذات الخلايا المفتوحة له مجال واسع من التطبيقات.


طرق التصنيع

 

طريقة الحوامل الفراغية

من بين طرق الإنتاج الحالية تقانة (الحوامل الفراغية) المناسبة لإنتاج الرغوات مفتوحة الخلايا المنتظمة. لكن يوجد بعض القيود على البنى التي يمكن الحصول عليها بهذه التقانة، حيث يجب أن تكون للحوامل الفراغية نقطة انصهار عالية وسهلة الإزالة بالمذيبات، لذا يفضل استخدام المعادن ذات نقاط انصهار منخفضة مثل الألمنيوم.

 

صمم العالمان زاهو وسن من اليابان حديثاً تقنية واعدة لتصنيع قوالب الألمنيوم الرغوي مفتوح الخلايا بتقانات المساحيق معروفة بعملية التلبيد والانحلال. لكن الألمنيوم الرغوي المصنع بتلك الطريقة يمكن أن يملك خواص ميكانيكية رديئة.

 

استعملت طريقة الحوامل الفراغية لتصنيع الرغوات العشوائية مفتوحة الخلايا من التيتانيوم، الفولاذ المقاوم للصدأ، الخلائط الفائقة. يمكن التحكم في هذه الرغوات بشكل المسامات بالدرجة الأولى بالتحكم بالشكل البدائي للجزيئات الحاملة الفراغية التي تستعمل لإنجاز مسامات الرغوة حيث تنطوي على الشكل البدائي لهذه الجزيئات. تغيير شكل الجزيئات المستعملة لإنتاج الشكل إذاً يؤمن الممر لاكتشاف العلاقات (خاصية - مكروية) في رغوات الألمنيوم مفتوحة الخلايا.

شكل (2): استخدام الألمنيوم الرغوي في صدامات السيارة من أجل امتصاص الطاقة.

 

طريقة القوالب الملحية

أما في الوطن العربي وبشكل خاص في جامعة حلب فقد تم تصنيع الألمنيوم الرغوي باستخدام طريقة القوالب الملحية من قبل المهندس سامي انطكلي وتحت إشراف الدكتور أحمد المنصور والدكتور محمد جميل الشحنة. في هذه العملية تم تلبيد الملح الصخري الخشن (Na-Cl) في الهواء لعدة ساعات لإذابة الحبيبات مع بعضها مشكلة قالب رغوي مفتوح الخلايا. ومن ثم تم سكب المعدن المصهور لينفذ في المسامات ويتم إذابة الملح لإنتاج بنية رغوية مفتوحة الخلايا بحجم مسامات من (3-4 mm). إن تسخين جدار القالب يخفض ميل المعدن للتصلب قبل إنجاز الإنفاذ الكامل. وقد مكن استخدام مجموعة من مضخات الفاكيوم والضغط العالي المطبق خلال عملية الإنفاذ حديثاً من إنتاج بنى ذات خلايا ناعمة جداً. فخلايا الرغوات المنتجة هكذا لها أحجام أصغر من (400 µm) مع ρ*/ρs=0.2-0.3.

شكل (3): إنتاج المعادن الرغوية مفتوحة الخلايا مع تلبيد القالب الملحي.

 

1- بوتقة مملوءة بحبيبات Na-Clالتي تلبد مع بعضها لتشكل كتلة مسامية.

 

2- سكب مصهور الألمنيوم على الكتلة المسامية.

 

3- نفاذ الألمنيوم المصهور ضمن الكتلة الملحية المسامية.

 

4- إذابة الملح في الماء ليتشكل بنية رغوية مفتوحة الخلايا مع مسامية مطابقة للبنية الملحية

 

النتائج

تم الحصول على ثلاث بنى تختلف عن بعضها البعض بحجم الخلايا:

شكل (4): تغير حجم المسامات مع تغيير حجم الحبيبات الملحية  (حقوق النشر، جامعة حلب)

أ(3-4 ملم)، ب (2-3 ملم)، ج (1-2 ملم)

 


خاتمة

حقل الأبحاث في الألمنيوم الرغوي جديد جداً والعديد من الأسئلة سيجاب عنها في المستقبل وحتى هذه اللحظة أنجزت العديد من الدراسات والمتضمنة كأمثلة:

  • إنتاج الرغوة بالقياس الصناعي.

  • تحسينات أكبر لخواص الرغوة.

  • تحديد خواص الرغوة لعدة خلائط.

  • تحليل تكاليف إنتاج الرغوة.

  • البحث عن تطبيقات جديدة.

ومن الواضح أن الاستعمال التجاري للألمنيوم الرغوي سيصبح حقيقي ضمن السنوات العشر القادمة.

 


معلومات عن المشروع

المؤسسة

جامعة حلب

كلية الهندسة الميكانيكية

قسم علم المواد الهندسية

سنة 2013

تأليف

المهندس سامي نبيل أنطكلي

البريد الإليكتروني

eng.samientakly@hotmail.com

إشراف

الدكتور أحمد المنصور

نوع البحث

مشروع أعد لنيل درجة الماجيستير


 

]]>
eng.samientakly@hotmail.com (سامي نبيل أنطكلي) مشاريع التخرج Sun, 04 Aug 2013 00:00:00 +0000
سكب المعادن بالضغط (الجزء 1) http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/1027-سكب-المعادن-بالضغط-الجزء-1 http://www.isnaha.com/isnaha_new/مشاريع-التخرج/item/1027-سكب-المعادن-بالضغط-الجزء-1

ب المعادن بالضغط (الجزء 1)

نقدم في هذا المشروع دراسة تصميمية وهيدروليكية لآلة الحقن بالحجرة الباردة.


المقدمة

تُزاول عملية سكب المعادن منذ أكثر من 6000 سنة، وهذا يعني أن هذه الصناعة ليست جديدة فهي ضاربة في القدم وهي من أول الصناعات التي قام بها الإنسان على مر العصور حيث بدأ باستخدام النحاس والبرونز أولا ثم جاء الحديد والذي أصبح عصب العصر، والآن سبائك الزنك والمعادن الأخرى.

 

لقد كانت السباكة طوال حقبة طويلة من الزمن تعتمد اعتمادا يكاد يكون كليا على العمل اليدوي، إلا أنه خلال بضع عشرات من السنين الأخيرة أمكن إجراؤها بالوسائل الميكانيكية بدرجة متزايدة وبكفاءة أعلى.

 

وعملية سكب المعادن هي تشكيل جسم معدني عن طريق صهر المعدن ثم صبه في القالب المحضر وتركه يتجمد وليبرد ليأخذ بعد تجمده شكل فجوة القالب.

 

والطريقة التقليدية لسكب المعادن هي طريقة السباكة برمال السباكة، وهذه الطريقة كانت بدائية ومكلفة من الناحية الاقتصادية لولا التطورات التي طرأت على طرائق إصلاح الرمال وإعادة استعمالها حيث تستخدم في الوقت الحالي محطات تحضير وإصلاح الرمال واستعمال الآلات نصف الآلية والآلية في صناعة القوالب الرملية واستخدام الخطوط الإنتاجية في إخراج المسبوكات من القوالب وتنظيفها.

اكتشف أثناء تطور علم السباكة عدد من الأساليب الحديثة منها: طريقة السكب بالشمع المهدور، وطريقة السكب في القوالب القشرية، وطرائق الصب بالضغط، والنموذج المتبخر وغيرها...