مدخل إلى الدرس
أسئلة تمهيدية للطلاب:
- كيف يعرف المكيف أن الغرفة تحتاج تبريدًا؟
- لماذا تنفتح أبواب المول تلقائيًا عند اقترابك؟
- كيف تعمل إشارات المرور بدقة دون تدخل إنساني مباشر؟
هذه المواقف تعمل عبر أنظمة المراقبة والتحكم التي تعتمد أساسًا على المستشعرات.
مفهوم المراقبة والتحكم
المراقبة (Monitoring)
عملية جمع المعلومات من البيئة باستخدام أجهزة أو مستشعرات لقياس قيم مثل درجة الحرارة أو الضغط أو شدة الإضاءة.
التحكم (Control)
اتخاذ إجراء بناءً على القيم التي تمت مراقبتها، مثل تشغيل المكيف عند ارتفاع الحرارة أو إطفاء الإنارة عند شروق الشمس.
باختصار: يراقب النظام أولًا، ثم يتحكم لاحقًا وفقًا للمعلومات التي جُمعت.
أمثلة من الحياة اليومية
مكونات أنظمة المراقبة والتحكم
| المكوّن | الوظيفة |
|---|---|
| المستشعرات (Sensors) | اكتشاف التغيرات في البيئة (حرارة، ضوء، صوت، ضغط...) |
| وحدة المعالجة (Processor) | استقبال البيانات من المستشعر واتخاذ القرار المناسب |
| أجهزة التنفيذ (Actuators) | تنفيذ الأوامر، مثل تشغيل مروحة أو إضاءة مصباح |
أنماط أنظمة التحكم: مفتوح الحلقة ومغلق الحلقة
التحكم مفتوح الحلقة (Open-Loop)
ينفّذ النظام الإجراء دون الاعتماد على تغذية راجعة من ناتجه. لا يقيس إذا كان الإجراء حقق الهدف أم لا.
- مثال: مؤقّت ري يفتح المضخة 10 دقائق يوميًا بغض النظر عن رطوبة التربة.
- المزية: بسيط ورخيص.
- العيب: أقل دقة؛ لا يتكيّف مع التغيّرات.
التحكم مغلق الحلقة (Closed-Loop)
يعتمد على التغذية الراجعة؛ يقيس الناتج ويقارن الهدف بالقيمة الفعلية ثم يصحّح الإجراء.
- مثال: منظم حرارة المكيّف يقيس درجة حرارة الغرفة ويشغّل/يطفئ التبريد للوصول إلى الدرجة المطلوبة.
- المزية: دقة أعلى وتكيّف مع الظروف.
- العيب: أعقد وأعلى تكلفة.
| الخاصية | مفتوح الحلقة | مغلق الحلقة |
|---|---|---|
| التغذية الراجعة | غير موجودة | موجودة |
| التعقيد | منخفض | أعلى |
| الدقة | أقل | أعلى |
| أمثلة | مؤقّت إنارة ثابت | ترموستات التكييف |
المستشعرات (Sensors)
تعريف: جهاز يكتشف التغيرات الفيزيائية أو البيئية (كالضوء أو الحرارة أو الصوت أو الضغط)، ويحوّلها إلى إشارات كهربائية يمكن للحاسب أو النظام الذكي فهمها والتعامل معها.
أنواع المستشعرات واستخداماتها
| نوع المستشعر | الوظيفة | أمثلة من الحياة اليومية |
|---|---|---|
| مستشعر الحرارة 🔥 | قياس درجة الحرارة | الثلاجات، المكيفات، موازين الحرارة |
| مستشعر الضوء 💡 | كشف شدة الإضاءة وتنظيم السطوع | الجوالات، إنارة الشوارع، التلفاز |
| مستشعر الصوت 🎤 | التقاط الموجات الصوتية وتحليلها | المساعدات الصوتية، الأنظمة الأمنية |
| مستشعر الضغط 🌬️ | قياس ضغط السوائل أو الغازات | السيارات، الطائرات، محطات الطقس |
| مستشعر اللمس 🤚 | الاستجابة للمس | شاشات الهواتف، مفاتيح السيارات، الأجهزة المنزلية |
| مستشعر التسارع ⚙️ | اكتشاف حركة الجهاز واتجاهه | الهواتف الذكية، عدادات الخطوات |
خلاصة الدرس
- أنظمة المراقبة والتحكم تجعل الأجهزة تعمل تلقائيًا بكفاءة.
- المستشعرات تمكّن النظام من الإحساس بالبيئة المحيطة.
- كلما زادت دقة المستشعرات تحسّنت قرارات النظام وأداؤه.
نشاط صفّي بالصور
قم بحل التدريبات التالية مستعينًا بكتاب الطالب، وإن لم يكن متوفرًا لديك فقم بحلها على ورقة خارجية. ✍️
