لا تخف فلن أرهقك وإياي بالمعادلات الرياضية والنظريات المملة. بل ما أود فعله هو تعليمك كيفة الاستعمال فقط، فإن تمكنت من استعمالهما بشكل جيد فيمكنك حينها دراستها بشكل معمق إن أردت...

إن تعلمك استعمال هذين المركبين الإليكترونيين إليكترونيا وبرمجيا سيسهل عليك الكثير من المشاريع بل وقد يلهمك بالتفكير في اختاراعات جديدة.

هذا المقال مهم لأنه سيكون داعما أساسيا لنا في إنجاز مقالات أخرى لتعليمك كيفية صنع مروحيات وطائرات وروبوتات متوازنة بنفسك.

ما علينا إلا أن نريك كيف تستعملهما وما عليك إلا أن ترينا ما تفكر فيه!

عندما تقلع الطائرة في السماء، يكون ذيلها متجها إلى الأرض ورأسها نحو السماء. بعد 15 دقيقة تقريبا يقوم ربان الطائرة بإعادتها إلى مستواها الأفقي تقريبا. وحيث أن الربان لا يرى مستوى الأرض حتى يوازي الطائرة به فكيف يعرف درجة زاوية الميلان بدقة إذن؟ 

لاشك أن الطائرة مجهزة بجهاز يقيس زاوية الميلان في الأبعاد الثلاثة. هذا الجهاز وبكل بساطة إنما هو الجيروسكوب.

نفس الشيء لو كنت تملك أحد الهواتف الذكية كالآيفون مثلا، فستجد أن بعض تطبيقاته تستجيب لتحريك الهاتف بزاوية محددة. أبسط مثال هو مسألة قلب الصورة حتى تراها أنت بشكل أفقي أو عمودي.

وبالتالي يمكنك الاستنتاج أن دور الجيروسكوب هو تحديد زاوية الميلان في معلم ثلاثي الأبعاد.

الجهاز بشكله الميكانيكي.

أما إليكترونيا فله شكل مغاير تماما.

أحيانا نحتاج إلى قياس سرعة السيارة في الطريق. فنقول أن هذه السيارة تمشي بسرعة 10 كلم/الدقيقة مثلا. لكن لو كانت هذه السيارة تزيد من سرعتها بمقياس 5 كلم/الدقيقة خلال كل دقيقة. ففي خلال الدقيقة الأولى تكن سرعة السيارة هي 15 كلم/الدقيقة وخلال الدقيقة الثانية تصبح سرعتها هي 20 كلم/الدقيقة وهكذا... نقول إذن بأن تسارع السيارة هو 5 كلم/(الدقيقة × الدقيقة) وهو تسارع موجب.

أما إذا كانت السرعة تنقص بمقدار معين فسنقول بأنه تسارع سالب (يعني تآخر). وفي حالة كانت السرعة ثابتة طوال الوقت فسنقول بأن التسارع منعدم.

ما قلناه يتعلق بمحور واحد فقط، لكن ماذا عن التسارع في كل الاتجاهات؟

لا شك أنك تعرف المعلم الممنظم ثلاثي الأبعاد (x,y,z). أليس كذلك؟

في هذه الحالة باستعمال مقياس التسارع يمكننا قياس التسارع في محور الأفاصيل x، ومحور الأراتيب y وكذلك في المحور z.

الهواتف الذكية

Galaxy Nexus 

و 

iPhone

الدراجات والروبتات المتوازنة

"Segway"

المروحيات

الغواصات

الطائرات

 /*  معرفة زاوية الانحناء بالنسبة لمحور واحد فقط

 * Analog Pin 0 إيصال الجيروسكوب بالمربط التناظري

 * eric barch / ericbarch.com :تأليف

 * ترجمة: السهلي محمد*

  */

int gyroPin = 0;                        // الجيروسكوب متصل بالمربط التناظري 0

float gyroVoltage = 5;              //5V التيار الذي يحتاجه الجيروسكوب هو

float gyroZeroVoltage = 2.5;   //2.5V قيمة التيار المنعدم

float gyroSensitivity = 0.007;  //7mV/deg/sec الحساسية

float rotationThreshold = 1;    //deg/sec الحد الأدنى بـ

float currentAngle = 0;            //لحساب الزاوية في الوضع الحالي

void setup(){

  Serial.begin (9600);

}

void loop(){

  //بعد قراءة قيمة الجيروسكوب نقوم بتحويلها من المجال 0-1023 إلى المجال 0-5 فولط

  float gyroRate = (analogRead(gyroPin) * gyroVoltage) / 1023; 

  //الفرق بين الوضع الحالي والقيمة في الحالة المنعدمة للجيروسكوب

  gyroRate -= gyroZeroVoltage;   

  gyroRate /= gyroSensitivity;  //نقسم على قيمة الحساسية

  //نتجاهل الوضع إذا كانت القيمة أكبر أو تساوي الحد الأدنى أو أصغر من قيمتها السالبة

  if (gyroRate >= rotationThreshold || gyroRate

    //(1000ms/10ms) نقسمها على 100 لأن هذه الدالة تنفذ خلال كل 10 ميليثانية

    gyroRate /= 100;

    currentAngle += gyroRate;

  }

  //لنحافظ على زاويتنا بين 0 و 359

  if (currentAngle < 0)          currentAngle += 360;

  elseif (currentAngle > 359)  currentAngle -= 360;

  Serial.println(currentAngle);

  delay(10); //تنفذ خلال كل 10 ميليثانية

}

توجد عدة مستشعرات اليكترونية لقياس التسارع. سنستعمل في هذا المثال مقياس التسارع Memsic 2125.

تجد خصائصه في الملف التالي: http://www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/memsickit.pdf

مقياس التسارع Memsic 2125 قادر على قياس التسارع في محورين فقط (أي ليس في فضاء ثلاثي الأبعاد).

حملق في الصورة جانبه جيدا وستجد مثلثا مطبوعا على ظهر المستشعر. يساعدنا هذا المثلث على معرفة أسماء مرابط المستشعر وطريقة تركيبه.

يتكون المستشعر من 6 مرابط وهي كالتالي:

سنستعمل بطاقة أردوينو للتبيان فقط. ويمكنك استعمال أي ميكروكنترولور آخر بطبيعة الحال.

قم بإيصال المربط +5V والمربطين GND للمستشعر بمثيلاتهم في البطاقة أردوينو.

ثم صل المربط المنطقي 2 للبطاقة أردوينو بمربط المحور X للمستشعر،

والمربط المنطقي 3 بمربط المحور y للمستشعر. الصورة التالية توضح ما نقصده.

عمليا ستكون النتيجة هكذا:

في حالة استعمال ميكروكنترولور آخر، توضح لك الصورة التالية طريقة إيصال المستشعر بالميكروكنترولور الخاص ببطاقة Arduino

/*  Memsic2125 شيفرة لقراءة التسارع باستعمال مستشعر التسارع
 ( التي تساوي 1/1000 من ثقالة الأرض )milli-g's أولا يجب تحويل القيمة المقروءة من كل مربط إلى

   ثم نقوم بإظهار القيمتين على شاشة الحاسوب.
   
   :الدارة الكهربائية
    * X المربط المنطقي 2 يوصل بمربط المحور
    * Y المربط المنطقي 3 يوصل بمربط المحور
    * +5V  بـ+5V
    * GND  بـGND
  
   http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Memsic2125
   
  أنشئت هذه الشيفرة بتاريخ 6 نوفمبر 2008    

   David A. Mellis من طرف
   وتم تعديلها بتاريخ 30 غشت 2011

   Tom Igoe من طرف
   وتمت ترجمتها وتعديلها بتاريخ 22 مارس 2012

    من طرف محمد السهلي
   
   هذه الشيفرة مجانية ومفتوحة للكل
 */

// أرقام المرابط المنطقية للبطاقة
const int xPin = 2;     // X توصل بالمحور
const int yPin = 3;     // Y توصل بالمحور
int pulseX, pulseY;  // لقراءة قيمتي التذبذبات لمربطي المستشعر 

int accelerationX, accelerationY;   // متغيران لحساب التسارع بالنسبة لكل محور

void setup() {     // التهيئة

  Serial.begin(9600);

  pinMode(xPin, INPUT);
  pinMode(yPin, INPUT);
}

void loop() {   
  // قراءة القيمتين من مربطي المستشعر
  pulseX = pulseIn(xPin,HIGH);  
  pulseY = pulseIn(yPin,HIGH);
  
  //تحويل الذبذبات إلى التسارع

  // 1000 milli-g's أو o ثقالة الأرض هي 1g 
  accelerationX = ((pulseX / 10) - 500) * 8;  // milli-g'sالتحويل باعتبار وحدة القياس هي

  accelerationY = ((pulseY / 10) - 500) * 8;   // milli-g'sالتحويل باعتبار وحدة القياس هي

  // قم بإظهار قيمة التسارع على الشاشة
  Serial.print(accelerationX);

  Serial.print("\t");
  Serial.print(accelerationY);
  Serial.println();

  delay(100);
}