مجلة النور للتقنيات الإلكترونية

نتوجه في هذه السلسلة إلى القراء الأعزاء المبتدئين في طريق الهندسة الإلكترونية آملين في إيصال المعلومات الأساسية حول العناصر والدارات الإلكترونية التي ستساعد في بناء أساس علمي يمكن القارئ من متابعة الاطلاع على بقية المواضيع والمشاريع في المجلة، وقد سعينا للتقليل قدر الإمكان من العلاقات والاستنتاجات الرياضية، رغبةً منا في إيصال الفكرة المفيدة من وجهة النظر العملية؛ لذلك ستقتصر بعض الفقرات على التعاريف والمفاهيم الأساسية فقط.

تعتبر المتحكمات الصغرية أو الـ Microcontrollers من أهم المحاور التي يدور حولها اهتمام العاملين في مجال التقنيات الإلكترونية بمختلف فروعها واختصاصاتها فضلا عن الهواة والطلاب، لكنها في نفس الوقت تمثل حجر العثرة أمام المبتدئين رغم كل الكتب والمقالات التقنية التي تقدمها الشركات المصنعة لهذه (الكائنات) إلى جانب تدريسها في الجامعات والمعاهد، وستكون هذه السلسلة من المقالات إضافة أخرى للمواد التعليمية الموجهة للمبتدئين، وباللغة العربية، وبالرغم من كل الظروف ومن الشح الذي نعاني منه في المواد العلمية باللغة العربية، سأحاول في هذه السلسلة أن أبسط المفاهيم وأدفع القارئ الكريم إلى عمق هذه التقنية بأسرع وقت وبأقل جهد، ودون الانشغال بتفاصيل قد تعقد الموضوع بلا فائدة تذكر، وأبشركم من الآن، لن تروا مخططا للذاكرة أو شرحا لنواة المتحكم أو حتى شيئا من لغة التجميع قبل أن تتمكنوا من تشغيل المتحكم وبرمجته واستخدامه في تطبيقات أظنها لا تخطر على بالكم الآن... فأهلا بالجميع..

المتحكم المنطقي القابل للبرمجة PLC هو جهاز إلكتروني رقمي مبني على معالج صغري، يستخدم ذاكرة قابلة للبرمجة لتخزين تعليمات التشغيل، ويستطيع تنفيذ مختلف الوظائف اللازمة لتصميم أنظمة التحكم كالعمليات المنطقية، والمؤقتات، والعدادات، والعمليات الحسابية، وغيرها، ويستطيع قراءة الحساسات والتحكم بالأحمال بفضل المداخل والمخارج المصممة بشكل يناسب الأنظمة المتحكم بها. ومن الملاحظ أن كل هذه الميزات قابلة للتحقيق باستخدام المتحكمات الصغرية التي أصبح استخدامها اليوم أسهل بكثير من ذي قبل، لذلك سنقوم في هذا العدد بصناعة متحكم PLC مبسط مبني على المتحكم الصغري PIC16F877A وسنتعلم سوية كيفية برمجته بالمنطق السلمي.

تحوِّل المحركات الكهربائية الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية. وفي عصرنا الحالي بات استخدام المحركات الكهربائية أمراً حتمياً مع ظهورها في عدد غير محدود من التطبيقات بدءاً بالتطبيقات المنزلية (الثلاجات، الغسالات، المراوح..) والتجارية (التدفئة، التهوية، التكييف.. ) وصولاً إلى التطبيقات الصناعية (المشغلات، خطوط الإنتاج.. ).
يدرك القليل من الناس فقط العدد الحقيقي للمحركات الكهربائية الموجودة في العالم، ومدى تأثيرها على البيئة. في الحقيقة، أكثر من عشرين مليون محرك يتم تصنيعها يومياً في أنحاء العالم ! أي ما يعادل سبعة مليارات محرك جديد سنوياً ! لسوء الحظ، فإنَّ الغالبية العظمى من هذه المحركات تكون صغيرة لا تتجاوز استطاعتها بضعة كيلووات، وهذه المحركات تكون عادة ضعيفة المردود إذ يصل مردودها إلى 50% فقط، وهذا يعني أن نصف الاستطاعة المستهلكة في المحرك تتحول إلى عمل مفيد. وهذا يمثل تهديداً للبيئة وزيادة كبيرة في التكاليف، خاصةً إذا علمنا أن نصف الطاقة المستهلكة في العالم تبتلعها المحركات الكهربائية. ومن هنا كان من الضروري تطوير نظريات جديدة للتحكم بالمحركات الكهربائية، فظهرت نظريات التحكم الشعاعي Vector Control التي تتيح تشغيل المحرك بأداءٍ عالٍ عند السرعات والعزوم المختلفة وبأقل قدر ممكن من الطاقة.

مضخم عمليات مثالي !... كل ما أريده هو مضخم يعمل، وبأقل جهدٍ ممكن.. فما السبيل إلى ذلك؟؟ هذا في الحقيقة ما يقوله معظم الناس عندما تطرح عليهم السؤال السابق، ولكننا -لحسن الحظ- لا نحتاج دائماً إلى مضخم عمليات مثالي، وإنما نحتاج إلى إعادة النظر في بعض المبادئ الأساسية.

سأحاول في هذه المقالة والمقالات القادمة أن أقدّم للقارئ باقة من المفاهيم الأساسية وأحدث التطورات التي طرأت على بعض فروع الهندسة الطبية، مستعيناً بمجموعة من أحدث المقالات التي نشرها معهد IEEE وجمعيته EMBS، وسأتطرق إلى عدة علوم كمعالجة الإشارة الطبية BMSP، ونظم التصوير الطبي، ونظم التوزيع الدوائي Drug Delivery System. كما سأتطرق لبعض القضايا المتعلّقة بنظم الرعاية الصحيّة Healthcare Systems، وهدفي الرئيسي في طرحي لهذه المواضيع أن أصل بالقارئ إلى تصور واضح عن مدى أهمية الاختصاص، ومدى إمكانية التطوير وحل المشاكل والمشاركة في تقدم هذا العلم، وكاختصاص تعود بداياته إلى عصور الفراعنة والإغريق، لا يجد علماؤه وباحثوه حرجاً من الاعتراف بأننا ( ما زلنا في بداية الطريق..)

ضيفنا الأول في هذا القسم من المجلة هو الكتاب الشهير Electronic Devices and Circuit Theory بإصداره التاسع لمؤلفيه Robert L. Boylestad و Louis Nashelsky، والذي يعد - من وجهة نظري على الأقل - أفضل المراجع في الهندسة الإلكترونية وتحديداً في نظرية الدارات الإلكترونية. وأفضليته تأتي من عدة أمور أهمها الطرح العلمي المتسلسل منطقيا (وهو ما نفتقر إليه في جامعاتنا وكتبنا) إضافة للقدر المناسب من العلاقات الرياضية والتطبيقات المباشرة عليها وغناه بالأشكال التوضيحية والأمثلة المحلولة، ما يجعل منه كتابا دراسيا بامتياز ومرجعاً بآن معاً.

بدأت مسيرة المسرى التسلسلي العام USB عام 1996 بهدف تأمين طريقة سهلة لربط مختلف الطرفيات إلى الحاسوب ، ومنذ ذلك الوقت غدت منافذ USB الطريقة الأكثر شعبية للربط مع الحاسوب لتزيح المنافذ التقليدية القديمة عن مضمار السباق (المنفذ RS-232 التسلسلي و Centronics التفرعي) ، وخلال هذه السنين طرأت الكثير من التغييرات و التحسينات على هذه التقنية ، وآخرها كان إصدار مواصفات النسخة الثالثة منها ، و هو ما سنستعرضه بقليل من التفصيل من خلال هذه المقالة ...

التحكم بالأجهزة عبر منفذ LPT هو أسرع الحلول لربط الأجهزة الكهربائية المختلفة بالحاسوب و أقلها تكلفة ، وهذا المشروع هو أبسط التصاميم الممكنة للتحكم بثمانية أجهزة عبر هذا المنفذ ، وعلى الرغم من هذه البساطة الشديدة في التصميم إلا أنه يعد حلا فعالا و خيارا سهلا خاصة بالنسبة للمبتدئين ، فثلاثة عناصر إلكترونية فقط تكفي لتأمين أوامر التحكم المناسبة من المنفذ إلى الحواكم التي ستقوم بوصل الأحمال وفصلها عن منبع التغذية الخاص بها ، تعرف عن قرب إلى هذا التصميم بقراءة تفاصيله ..

الدارة المتكاملة DS1307 هي ساعة زمن حقيقي تسلسلية ذات استهلاك منخفض للطاقة ، و تؤمن بيانات عن الزمن و التاريخ بنمط BCD أو العشري المرمز إثنانيا ، كما تحتوي على 56 بايت من ذاكرة NV SRAM الداخلية يمكن استخدامها كذاكرة تسلسلية . و يتم التخاطب معها عبر مسرى I2C الذي يتطلب خطي اتصال فقط مع المتحكم الصغري .

توجهت الأنظار مؤخرا إلى شبكات Ethernet بشكل كبير من قبل مصممي أنظمة التحكم و الأتمتة ، وذلك بسبب انتشارها على نطاق واسع ، فلا يكاد يخلو بناء منها (بالطبع في الدول المتقدمة) ، و استخدامها في هذه التطبيقات سيغني عن إنشاء شبكات كهربائية لأنظمة التحكم ..

سنتعلم في هذه الجولة طريقة ربط المتحكم PIC18F252 مع شبكة محلية LAN ، كما سنتعرف على كيفية استخدام أساليب التخاطب المختلفة UDP و TCP و غيرها لاستخدامها في تصميم الأنظمة الخاصة بنا ، أو تطوير الأنظمة الحالية ...

سنتعلم سوية في هذا الدرس كيفية الانتقال من المخطط النظري للدارة الإلكترونية إلى محرر Layout Editor لرسم الدارة المطبوعة ، فأهلا بكم مجددا ..

سنناقش في هذا الدرس كيفية رسم المخطط النظري في محرر Schematic Editor الذي يشكل الخطوة الأولى في تصميم أي دارة إلكترونية ، فأهلا بكم ..

يعد برنامج Eagle الأداة الأكثر شعبية لتصميم الدارات الإلكترونية سواء من قبل الهواة أو المحترفين وذلك بسبب سهولة استخدامه إضافة لمرونته الكبيرة ، و إمكانية تصميم دارات مطبوعة شديدة التعقيد بدقة عالية و عدد طبقات يصل إلى 16 طبقة ( في النسخة الكاملة ) .

ما يميز Eagle أيضا هو وجود نسخة مجانية ، حددت فيها بعض الإمكانيات ، لكنها قادرة على تغطية متطلبات الطلاب و الهواة ، و قد يظن البعض أن Eagle هو برنامج ( خاص ) بالهواة ، لكن الكثير من الشركات تستخدمه في تصميم دارات إلكترونية ذات استخدام تجاري ، و في مقالة منشورة على موقع SparkFun يقول الكاتب أنه رأى بعينه دارة مطبوعة ضمن تجهيزات شبكية عالية السرعة مؤلفة من ثمانية طبقات ، و قد تفاجأ كما تفاجأت أنا تماما عندما علم بأنها مصممة ببرنامج Eagle .
لذلك ، و بسبب أهمية تصميم الدارات المطبوعة لمهندس الإلكترونيات ، قررت تدشين قسم الدروس الإلكترونية بدورة سريعة و مبسطة لشرح طريقة استخدام Eagle لتصميم الدارات المطبوعة فأهلا وسهلا بكم ....