دائرة عكس اتجاه دوران محرك DC

وصف المشروع

باستخدام IC ULN2803 وريلاي يمكننا إيقاف أو تشغيل المحرك وعكس اتجاه دورانه أيضاً.

الهدف من المشروع

تطبيق عملي على التحكم فى الأشياء، يمكنك مراجعة درس سابق لشرح العنصر ULN2803 من هنا.

جدول المكونات

توصيل الدائرة

شرح المكونات

• الدايوود Diode

وفائدة الدايود هي منع مرور التيار بشكل عكسي كنوع من الحماية فى الدائرة.

ولتسهيل تحديد طرفي الدايود انظر الرسم:

لكل دايود رقم يمكنك بواسطته البحث فى قاعدة بياناته عن أقصى جهد وأقصى تيار يمكن أن يتحمله الدايود، ولتحميل ورقة البيانات datasheet الخاصة بالدايوود Diode 1N4007  (منتج إحدى الشركات كمثال) من هنا، وللمزيد حول عنصر الدايوود اضغط هنا.

• الريلاي Relay

وهذه صورته الخارجية:

وهذا الرسم يوضح التوصيل من داخله:

يوجد للريلاي Relay خمسة أطراف وهم:

– Common: أي الطرف المشترك ويكون هذا أحد طرفي الدائرة المراد تشغيلها.
– NC : normally Close أو Normally Connected أي أن هذا الطرف متصل بالـ common
– NO : normally Open وهذا الطرف يكون غير متصل بطرف common وعند عمل الريلاي يتصل الطرفان ببعض، ويكون هذا الطرف هو الطرف الآخر للدائرة المراد تشغيلها.
– طرفي الملف Coils: وعند مرور التيار بينهما يعمل الريلاي ويتلامس طرفي common و NO
فائدة الريلاي هي أنه يمكنك التحكم في دائرة تعمل بجهد 220 فولت من خلال إشارة جهد صغيرة 5 فولت ولن تتأثر الدائرتين لأنهما معزولتين.

سنحتاج لعدد 2 ريلاي قيمة الجهد الذي يتحمله ملف كلا منهما 5 فولت، وطرف COM لأحدهما سيوصل بالطرف الأول للمحرك وطرف COM للريلاي الآخر سيوصل بالطرف الثاني للمحرك، أما الطرفين اللذين سيتبدلان يوصلان بجهد 12 فولت و الأرضي، حيث ستكون وظيفة كلا الريلاي توصيل طرف المحرك إما إلي الجهد الموجب 12 فولت أو إلى الأرضي.

لتحميل ورقة البيانات datasheet الخاصة بالريلاي Relay (منتج إحدى الشركات كمثال) من هنا، سيساعدك فى تحديد الأطراف وقيمة الجهد العظمى التى يمكن لملف الريلاي تحملها وعادة تكون الأطراف مرسومة أسفل العنصر مثل الشكل بالأعلى.

• الدائرة المتكاملة ULN-2803

تقوم الدائرة المتكاملة ULN-2803 بدور الترانزيستور NPN الذى يعمل كمفتاح، وتتكون من 8 قنوات حيث عند استقبال إشارة/ نبضة تشغيل عند نقطة 1B – IN ترسل إشارة تشغيل على النقطة 1C – OUT ليتم توصيلها بالأرضي وتغلق الدائرة وتعمل.

من فوائد هذه الدائرة هي عزل دائرة التحكم عن دائرة الحمل مثل ريلاي relays أو مصابيح ولمبات Lamps, LEDs والتي قد يكون بها جهد أو تيار كبير high−voltage high−current darlington driver ، وأيضاً مع إعطاء ميزة فى تشغيل عدد 8 قنوات بعنصر واحد حيث يكون أقل تكلفة من استخدام 8 ترانزيستورات + 8 مقاومات.

أما الدائرة ULN2003 فلها 7 قنوات فقط وليس 8.

وأطرافها كالتالي:

لتحميل ورقة البيانات datasheet الخاصة بالدائرة المتكاملة ULN-2803 من هنا أو من هنا، وللدائرة ULN-2003 من هنا أو من هنا.

• المفتاح ON-OFF

أنواع المفاتيح switches (أشهر الانواع المستخدمة وليس الكل):

1- SPST

مفتوح (الصورة بالأعلى)

مغلق (الصورة بالأسفل)

Single Pole Single Through أي أحادي القطب أحادي النهاية، فيكون له طرفان اثنان فقط وله حالتان إما أن يتصل الطرفان (دائرة مغلقة) أو ينفصلا (دائرة مفتوحة).

2- SPDT

Single Pole Double Through أي أحادي القطب ثنائي النهاية، فيكون له ثلاثة أطراف، أحدهم القطب وهو الطرف المشترك (common) ويتبادل التوصيل مع الطرفان الآخران، فيكون له حالتان إما متصل مع الطرف الأول أو متصل مع الطرف الثاني.

والصورة التالية توضح الفرق بين النوعين السابقين:

3- DPST

Double Pole Single Through أي ثنائي القطب أحادي النهاية، أي أن كل قطب له طرف واحد فقط يتصل به أو ينفصل عنه.

4- DPDT

Double Pole Double Through أي ثنائي القطب ثنائي النهاية، فيكون له ستة أطراف، وهو يمثل مفتاحين من نوع SPDT لكن يعملان سوياً، فعندما يتصل القطب الأول بطرفه الأول يتصل القطب الثاني بطرفه الأول فى نفس الوقت كما يوضحه الرسم.

وهناك تقسيم آخر للمفاتيح حسب طبيعة التوصيل فمثلاً هناك:

1- NO : Normally Open أي أن المفتاح بطبيعته مفتوح (الأطراف غير متصلة ببعضها) وعند الضغط عليه تتصل الأطراف.

2- NC : Normally Close أي أن المفتاح بطبيعته مغلق (الأطراف متصلة ببعضها) وعند الضغط عليه ينفصل الأطراف.

المفتاح المناسب للإستخدام في هذه الدائرة هو SPDT بهذا الشكل:

وعليك تحديد الأطراف أولاً قبل التوصيل، وفي هذا الرابط تجد شرح مفصل حول المفاتيح بأنواعها.

• محرك DC motor

محركات صغيرة تعمل بجهد قليل مثل 5 فولت:24 فولت ونجدها في الكثير من ألعاب الأطفال وهذه عينة منها:

لهذا النوع من المحركات طرفان، عند توصيل أحدهما بالطرف الموجب للبطارية والآخر بالسالب يدور المحرك في اتجاه معين وعند عكس أطراف التوصيل يدور المحرك في الاتجاه المعاكس.

يمكن تركيب ترس للمحرك وذلك لنقل حركة الدوران إلى عناصر أخرى مثل عجلات عربة.

• البطارية 9 فولت Battery

وهي مصدر الجهد أو مصدر تغذية الدائرة بالتيار اللازم للعمل، وهي منتشرة بكثرة في الأسواق بالشكل التالي:

وتستخدم هذه التوصيلة وتوضع على البطارية لتوصيل أطرافها بالدائرة.

وللمزيد عن البطاريات وأنواعها اضغط هنا.

• لوحة اختبار الدوائر Bread board

هذه اللوحة مفيدة جداً في التجارب، يمكنك توصيل عناصر دائرتك عليه للتأكد من عملها بالشكل السليم وعمل التعديلات عليها قبل صناعتها على لوحة نحاسية مطبوعة، أو لمجرد التجربة فقط وذلك لسهولة التوصيلات كما سنرى.

تحتوي معظم اللوحات هذه على صفين على الجوانب أحدهما أحمر والآخر أزرق كما بالصورة بالأسفل (A  و D)، وكل النقاط في طول هذا الصف متصلة ببعض.

باقي النقاط في المنتصف يمين ويسار الفراغ المنتصف (B و C) مقسمة طولياً وليس أفقياً كما بالأحمر والأزرق، والصورة التالية توضح لك النقاط المتصلة ببعضها:

ويتم تركيب العناصر بإدخال الأطراف المعدنية في الفراغات، والعناصر المراد توصيلها معاً يتم إدخال الأطراف في نفس العمود (حيث كل 4 نقاط رأسية متصلة ببعض).

ملحوظة: الصفين الموجب يمين ويسار اللوحة غير متصلين ببعض، والصفين الأرضي أيضاً لذا عليك توصيلهم بهذا الشكل:

يمكنك تتبع الصورة في بداية الشرح لإتمام توصيل العناصر ببعضها، وللمزيد عن كيفية استخدام لوح التجارب (Breadboard) اضغط هنا.

• مجموعة أسلاك التوصيل Connecting wires

ينصح بالحصول على مجموعة أسلاك للتوصيل مثل التي بالصورة وتستخدم في توصيل العناصر ببعضها أو التوصيل بأجزاء خارجية مثل لوحة الأردوينو والحساسات وغيرها.

وللمزيد عن استخدام الأسلاك (wires) اضغط هنا.

تجربة وتشغيل الدائرة

الصورة التالية ببرنامج المحاكاة Proteus، يمكنك تحميل ملف الدائرة من هنا (يشترط وجود إصدار البرنامج 8 لديك للتشغيل).

عند بدء المحاكاة تحدث السيناريوهات التالية:
1- كلا المفتاحين على وضع ON : المحرك متوقف

2- كل المفتاحين على وضع OFF : المحرك متوقف

3- المفتاح الأول على وضع ON والمفتاح الثاني على وضع OFF : المحرك يدور فى اتجاه عقارب الساعة

4- المفتاح الأول على وضع OFF والمفتاح الثاني على وضع ON : المحرك يدور فى عكس اتجاه عقارب الساعة

يرجى مراعاة توصيل الأطراف بدقة خاصة مع الدوائر المتكاملة فهي حساسة وقد تحترق بسبب التوصيل الخطأ، فلابد من مراجعة أطراف العنصر PIN diagram جيداً لمعرفة رقم واسم كل طرف وأين سيتم توصيله هل إلى جهد موجب أم إلى الأرضي أم إلى عنصر آخر.

يمكنكم تحميل رسم وتصميم الدائرة ببرنامج Fritzing من هنا.

ولتحميل برنامج Fritzing المجاني من خلال الموقع الخاص به اضغط هنا.

ويمكنك أيضاً البحث في الموقع عن تصميمات ورسومات لدوائر مختلفة واسعة المجال وتطبيقات متنوعة ورائعة (جربها الآن).

أتمنى أن يكون الدرس مفيداً لكم.