دائرة مصباح طوارئ

وصف المشروع

عند انقطاع التيار الكهربائي عن المكان فى حالات الطوارئ تضاء لمبات led تلقائياً وتنير المكان.

الهدف من المشروع

فهم فكرة تحويل جهد متغير 220 فولت إلى جهد مستمر 9 فولت ليعمل كإشارة تشغيل لريلاي والذى يُشغل لمبات ليد LED فى حالة انقطعت الإشارة.

المكونات

توصيل الدائرة

شرح المكونات

• المقاومة 150 أوم Resistor 150 ohm

المقاومة هى عنصر كهربى فائدته إعاقة مرور التيار بقدر معين يتناسب مع قيمة المقاومة، فالتيار المار فى مقاومة 100 أوم يكون أكبر من التيار المار فى مقاومة 10 كيلو أوم عند تطبيق نفس قيمة الجهد عليهما.
تقاس المقاومة لوحدة الأوم (ohm) ويرمز له بهذا الرمز: وشكل المقاومة فى الدوائر كالتالي:

أو

وللمقاومة ألوان يتم من خلال ترتيب الألوان هذه تحديد قيمة كل مقاومة، والجدول التالى يوضح القيم الخاصة بكل لون:

من خلال هذا الرابط يمكنك حساب قيمة المقاومة بالألوان أو من هذا الرابط، وللمزيد من الشرح فى هذا الرابط.

• الدايود Diode

وفائدة الدايود هي منع مرور التيار بشكل عكسي كنوع من الحماية فى الدائرة، فمسار التيار محدد فى اتجاه واحد فقط من الطرف الموجب (Anode) إلى الطرف السالب (Cathod) وإذا كان مسار التيار داخل من ناحية الطرف السالب فإنه لا يمر ويعتبر الدايود فى هذة اللحظة كنقطة مفتوحة (Open circuit).

الشكل التالى يوضح شكل الدايود الحقيقى وشكله فى رسم الدوائر 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.

• بريدج Diode Bridge

البريدج bridge أو (Full wave rectifier) هو عبارة عن عدد 4 دايوود (diode) متصلين ببعض بشكل معين كما موضح بالصورة التالية:

ولها 4 أطراف كما توضح الصورة، طرفين منهما لدخل الجهد المتغير AC والطرفين الآخرين لخرج الجهد المستمر DC.

حيث يدخل التيار المتغير AC إلي أحد طرفي البريدج ليخرج DC من الطرفين الآخرين(أحدهما موجب والآخر سالب).

ويحتاج الجهد الخارج من طرفي DC إلى مكثفات لتنعيم الموجه حيث أنها كما ترى إشارة تتغير من الصفر وحتى القيمة العليا، ففائدة المكثف هى تثبيت الجهد عند القيمة المرادة، انظر الصورة التالية:

يمكنك تركيب 4 عناصر دايوود سوياً أو شراء بريدج كعنصر واحد وأشكاله متنوعة فى السوق وهذه بعضها:

لتحميل ورقة البيانات datasheet الخاصة بالبريدج (منتج إحدى الشركات كمثال) من هنا ومثال آخر من هنا.

• منظم الجهد Voltage regulator

منظم الجهد من العناصر المفيدة والرائعة فى الدوائر الإلكترونية لحماية الدائرة من التغير فى قيمة الجهد المغذي، حيث أن هذا العنصر يثبت قيمة الجهد عند قيمة معينة حسب الرقم الخاص بالمنظم، فمثلا المنظم رقم 7805 يخرج جهد قيمته 5 فولت ويثبتها عند هذه القيمة، والمنظم رقم 7808 المستخدم فى هذه الدائرة يثبت الجهد عن قيمة 8 فولت.

ولمنظم الجهد عامة 3 أطراف وهم:

• الدخل Input : ويوصل بمصدر التغذية / مصدر الجهد.
• الأرضي Ground : ويوصل بالأرضي لمصدر التغذية والأرضي للدائرة (نفسهما).
• الخرج Output : طرف خروج الجهد المثبت ويستخدم لتغذية الدائرة / أو العنصر المراد تشغيله بهذه القيمة من الجهد.

يمكنك تحديد أطراف العنصر باستخدام ورقة البيانات الخاصة به، ولتحميل ورقة البيانات datasheet الخاصة بمنظم الجهد 7808 (منتج إحدى الشركات كمثال) من هنا ومنتج آخر من 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 الدائرتان لأنهما معزولتان.

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

• المكثفات Capacitors

الصورة فى الأعلى لأنواع مختلفة من المكثفات، والصورة التالية رموز المكثفات في الدوائر والرسومات:

فهناك مكثفات ذات قطبية (طرف موجب وطرف سالب) ومكثفات أخرى بدون قطبية، وهناك أيضاً مكثفات سيراميك ومكثفات كيميائية وتعتمد على طبيعة المادة الداخلية في تركيب المكثف، وتوجد مكثفات ذات سعة (قيمة) ثابتة ومكثفات أخرى متغيرة القيمة يتم التحكم بها عن طريق مفتاح دوران (مثل المقاومة المتغيرة)، الصورة التالية توضح شكل المكثفات الكيميائية:

والصورة التالية توضح شكل المكثفات السيراميك:

والصور التالية للمكثفات المتغيرة:

المكثف الأول المستخدم فى دائرتنا قيمته 1000 ميكرو فاراد 1000uF (أى 1 ميللى فاراد 1mF كما برسم الدائرة بالأعلى) وهذا شكل النوع الذى يعمل مع 16 فولت فيما أقل:

وله طبعاً طرفان، أحدهما سالب ويكون مكتوب على جسم المكثف علامة – تدل على الطرف السالب (مهم جداً تحديد القطبية قبل التوصيل)، ووحدة قياس المكثف نانو فاراد (nF) ميكرو فاراد (uF) أو ميللي فاراد (mF).

وهنا أنواع تعمل مع جهود أعلى مثل 25 أو 50 فولت:

أيضاً سعة المكثفات بالفاراد وأقصى جهد تتحمله التى من هذا النوع تكون مكتوبة على جسم المكثف يمكنك إيجادها بسهولة.

والمكثف الثاني قيمته 0.01 ميكرو فاراد 0.01uF، وليس له اتجاهات + و – فتستطيع توصيل أطرافه فى الدائرة بأي ترتيب لا مشكلة.

وهذا الموقع يساعدك فى تحديد قيمة المكثفات التى من هذا النوع (ذات الكود 3 أرقام) حيث تدخل الكود لتحصل على القيمة بالفاراد أو تدخل القيمة بالفاراد لتحصل على الكود: من هنا أو من هنا، وللمزيد حول المكثفات اضغط هنا.

• مصباح الليد LED

المصباح الليد LED وهى اختصار لـ (Light Emitting Diode) وهو من الداخل دايود ولكن باعث للإضاءة، ولها طرفان ولها اتجاه واحد لسريان التيار بداخلها كى تضيء والطرف الأكبر هو الطرف الموجب الذى يوصل بالجهد الموجب والآخر يوصل بالأرضي مثل الشكل التالي:

ويفضل فى الدوائر أن توصل مقاومة 150 أوم أو أعلى قليلاً 330 أوم بالتوالى مع الليد للحفاظ عليه من الاحتراق، وإذا أردت تجربة الليد لمعرفة إن كان يعمل أم لا يمكنك باستخدام بطارية صغيرة مع مراعاة اتجاه الأطراف كما هو موضح بالشكل التالي:

ويوجد ألوان متعددة لليد منها الأبيض والأحمر والأخضر والأزرق والأصفر وتعطي أشكالاً جميلة عند اللعب بإضاءتها كما سنرى فى دوائر أخرى.

ونحن نستخدم هنا فقط النوع الأبيض (الشفاف) الغير ملون لكى يعطي لنا الإضاءة اللازمة، وتباع منه فئة ذات إضاءة عالية وستكون هذه مناسبة جداً للدائرة، وللمزيد حول LED اضغط هنا.

• بطارية 6 فولت قابلة للشحن 6v Rechargeable Battery

وهى مصدر تغذية لمبات الليلد لكى تعمل فى حالة انقطاع التيار، وتعيد الشحن عند عودة التيار.

البطارية يفضل أن تكون 6 فولت، 4,5 أمبير فى الساعة 6V 4.5A/H (البطارية فى الرسم بداية الشرح مجرد للتوضيح)

احرص على توصيل الأسلاك بشكل سليم وتكون معزولة عن بعضها بشكل جيد، وللمزيد عن البطاريات وأنواعها اضغط هنا.

• محول الجهد Transformer

محول الجهد يقوم بتحويل الجهد من قيمة عالية إلى قيمة أقل، مثلا هناك محول يحول 220 فولت إلى 9 فولت، اعتمادا على ملفات ابتدائية وثانوية داخلية وعدد لفات كل منهما.

النوع الذى نحتاجه يكون خرجه 9 – 0 – 9.

أطرف المحول تكون محددة ومكتوب على جسم المحول اسم كل طرف: فهناك طرفان للدخل 220 فولت، وطرفان للخرج يحملان 9 فولت.

ملحوظة: الجهد الخارج من المحول هو جهد متغير AC وليس جهد مستمر DC، وأيضاً تأكد جيداً من التوصيلات وعزلها عن بعضها بشكل مناسب.

• 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

يمكنك تجربة محاكاة الدائرة من هنا، وفى هذا الرابط ستجد الدائرة مرسومة كما هو مُوضح بالأعلى، للتشغيل اضغط على زر Start Simulation لبدء المحاكاة، ستجد على اليسار مولد جهد ولكنه جهد مستمر DC واستخدمته لعدم وجود جهد متغير AC بالموقع، سنستغنى عن عملية تحويل الجهد المتغير AC إلى جهد مستمر DC وستكون المحاكاة فقط لاختبار إضاءة مصابيح الليد عند انطفاء المصباح العمومي، فى البداية ستجد المولد يعمل والمصباح العمومي مضيئ، يمكنك الضغط على زر الايقاف فى جهاز توليد الجهد (قطع الكهرباء) وسينطفئ المصباح العمومي وستنار لمبات الليد الصغيرة على يمين الرسم، وإذا أرجعت مفتاح المولد إلى وضع التشغيل (عادت الكهرباء) ستنطفئ لمبات الليد ويضئ المصباح العمومي.

يمكنكم تحميل رسم وتصميم الدائرة ببرنامج Fritzing من هنا.

ولتحميل برنامج Fritzing المجاني من خلال الموقع الخاص 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.