[F.Abdelaziz]

الدورة الجديدة 12-3 إجهزة إستشعار المسافة Distance sensors : هام

تستخدم أجهزة إستشعار المسافة فى قياس طول المسافة من موقع نقطة موقع الجسم العائق obstacle إلى موقع المستشعر (الحساس) . تنفيذ هذا النوع من الأجهزة مفيد فى أنظمة التحكم وفى مشاريع الروبوتات robotics.
وكحالة محددة فأنه فى هذا الفصل سوف يتم العمل بالحساس GP2D12 , هذا الحساس يستخدم استراتيجية الشعاع الضوئى للأشعة تحت الحمراء وإنعكاسها لتحديد المسافة . الشكل التالى يبين المظهر الطبيعة والأطراف والرمز فى برنامج إيزيس لهذا الحساس :

[F.Abdelaziz]

مثل هذا الحساس له سلوك غير خطى nonlinear , هذا يعنى أن الخرج ليس له دالة تحويل خطية . لفهم هذا المفهوم بوضوح راقب وحلل الرسم البيانى التالى والذى يبين سلوك الخرج كدالة فى المسافة :

سلوك مثل هذا الحساس صعب التنفيذ , لأنه فى بعض الحالات لا يقدم المصنع دالة تحويل مفيدة حتى يمكن استخدامها فى شكل معادلة واحدة . مع ذلك فهذا لا يشكل عقبة أمام استخدام الحساس . كما هو موضح فى الداتا شيت أن المدى المؤثر من 10 إلى 80 سنتيمتر ( Effective Range: 10 to 80 cm) كما هو مبين فى الرسم البيانى .
الرسم البيانى الموضح موجود بالداتا شيت الخاص بالجهاز ويتم تنفيذه تجريبيا (نتيجة تجارب) . لوصف سلوك الحساس والحصول على دالة التحويل من الضرورى إجراء عملية رياضية تعرف باسم "الخطية" linearization . لتحقيق هذه الغاية يتم إجراء عملية "إستيفاء" interpolationبعدد معروف من نقاط الدالة , هذه النقاط تؤخد من القياسات التجريبية . كلما زاد عدد النقاط كلما زادت دقة تقييم دالة التحويل .
لبدء هذه العملية يتم اختيار نقطتين موزعين بالتساوى . على سبيل المثال النقطة عند مسافة 10cm والنقطة عند مسافة 80cm . لكل نقطة نكون معادلة فيكون لدينا معادلتين من الدرجة الأولى فى هذه الحالة حيث يتم حلهما معا وإيجاد الثوابت .

[F.Abdelaziz]

لفهم هذا المفهوم , نفترض أن المغير المستقل x يعبر عن جهد خرج الحساس بالفولت والمتغير التابع y يعبر عن المسافة بالسنتيمتر ونعتبر أن المادلة الأسية التالية تعبر عن سلوك الحساس :

باعتبار أن y تمثل المسافة و x تمثل جهد خرج الحساس المستخدم ومن الرسم البيانى التجريبى نحصل على :

عندئذ يمكن كتابة كتابة المعادلات :

ونستطيع تكوين معادلتين فى مجهولين كما يلى :

بحل المعادلين يمكن تعيين الثوابت كما يلى :

بهذه الطريقة يمكن وضع صيغة لدالة التحويل للحساس كما يلى :

وحيث أن المتغير x يمثل جهد خرج الحساس مع الوضع فى الاعتبار أنه لا يزيد عن 2.5 volts , فيجب ضبط جهد المرجع للمحول من تناظرى لرقمى عند 2.5 volts . لتحديد التحويل يتم استخدام المعادلة :

بالتعويض نحصل على صيغة دالة التحويل التالية :

[F.Abdelaziz]

الخطوة التالية هى تنفيذ كود المصدر لبرنامج يستخدم دالة التحويل وعرض هذه القيمة , لهذا الغرض يمكن مراقبة وتحليل كود المصدر للبرنامج التالى :

//LCD Pin Definition
sbit LCD_RS at RB4_bit;
sbit LCD_EN at RB5_bit;
sbit LCD_D7 at RB3_bit;
sbit LCD_D6 at RB2_bit;
sbit LCD_D5 at RB1_bit;
sbit LCD_D4 at RB0_bit;
//CD TRIS Definition
sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISB5_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISB3_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISB2_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISB1_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISB0_bit;

 
void main( void )
{
    //Variables Declaration  .
    unsigned int Radc, DisI;
    float Dis;
    char Text[16];
    //Set the ADC module with pin AN3
    //as positive reference voltage.
    ADCON1 = 0b11000001;
    //Initiation LCD
    Lcd_Init();
    //Clearing the cursor.
    Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
    //Printing text.
    Lcd_Out( 1, 1, "Distance:");
 
    while(1) //Infinite Loop.
    {
             //Reading analog channel 0 .
             Radc=ADC_Read(0);
             //Implementation of the transfer function Equation
             Dis = (14226.02784/Radc)-4.793814433;
             //force the result to an integer value.
             DisI=Dis;
             //convert the integer value to string.
             IntToStr( DisI, Text );
             //Print the sensor reading.
             Lcd_Out( 2, 1, Text );
             //Delay 100m-seconds.
             delay_ms(100);
    }
}
 

[F.Abdelaziz]

وأخيرا للتحقق من سلوك النظام يتم التنفيذ ببرنامج إيزيس بالأجهزة التالية :
16F877A, RES, LM016L, GP2D12 وتكوين الدائرة الكهربية كما فى الشكل التالى :

[walidbau]

السلام عليكم ورحمة الله
أولا أشكرك أستاذي المبدع
أعجبني التحليل بطريقة interpolation للمعادلات الغير خطية اللي درستها في السنة الثانية جامعي
كما أعجبتني البساطة في تمرير المعلومة شكرا لك أيضا على المثال التطبيقي
يبقى عندي شوية إستفسارات
هل يعني أن حدود إلتقاط المستشعر بين 1 إلى 80 سنتي ؟
وهل طريقة توصيله مباشرة مع البيك من دون عمل تضخيم ؟؟

[F.Abdelaziz]

اقتباس المشاركة الأصلية كتبت بواسطة walidbau السلام عليكم ورحمة الله أولا أشكرك أستاذي المبدع أعجبني التحليل بطريقة interpolation للمعادلات الغير خطية اللي درستها في السنة الثانية جامعي كما أعجبتني البساطة في تمرير المعلومة شكرا لك أيضا على المثال التطبيقي يبقى عندي شوية إستفسارات هل يعني أن حدود إلتقاط المستشعر بين 1 إلى 80 سنتي ؟ وهل طريقة توصيله مباشرة مع البيك من دون عمل تضخيم ؟؟

أخى الكريم
شكرا جزيلا لك
بارك الله فيك

شكرا للاستفسار :

وحسب ما فهمت يمكن إضافة التوضيح التالى :

* الغرض من الموضوع تتبع خطوات تصميم نظام بحساس ليس له دالة تحويل مباشرة .

*الحديث كله منصب على الحساس وخواصه والعلاقة بين المسافة وجهد الخرج على طرف خرجه , ولقد تم فى مثالنا استخدامه مباشرة مع الميكروكونترولر ولك أن تستخدمه فى غير ذلك بالطرق المناسبة .

* خواص الحساس نفسه بدون استخدام أى عناصر أخرى كما هو واضح من الرسم البيانى :
المسافة من الصفر وحتى 10 سم الجهد غير محدد المعالم ولا يصلح للاستخدام .
* المدى المفيد عمليا من 10 سم ( الخرج حوالى 2.4v) وحتى 80 سم (الخرج حوالى 0.4v ) . هذا المدى من الجهد صالح تماما للاستخدام المباشر مع الميكروكونترولر PIC مع استخدام جهد مرجع موجب بالقيمة 2.5V لتحسين دقة القياس .

مع تمنياتى بدوام التوفيق

[Semmoor]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته كيف حالك ياستاذ F.Abdelaziz, اتمنى ان تكون بافضل حال, احب اشكرك على الموضوع الرائع .

بس عندي بعض الاسئلة اسف مع ان شرحك كان واضح ولكن لم استطع فهم بعض المعادلات , اتمنى ان تجيب على اسئلتي اذا سمحت لي طبعا.




in : 10 = A0.425531+B
A0.425531
Also in : 80 = A2.43902+B
كيف حصلنا على الرقم ده في المعادلة؟
.................................................. .................................

in : A = 34,76546392
Also in : B = -4,793814433
كيف حصلنا على الرقم ده في المعادلة؟
.................................................. .................................

كيف حصلنا على الرقم ده في المعادلة في المعادلة الاخيرة؟ 14226.02784
.................................................. .....................................