وحدة مستشعر التشفير الكهروضوئي IR (Infrared Photoelectric Encoder Sensor) هي وحدة استشعار تعمل بالأشعة تحت الحمراء، تستخدم بشكل أساسي لقياس سرعة الدوران، أو عدد الدورات، أو اتجاه الحركة في المحركات والعجلات. تعمل الوحدة عن طريق إرسال شعاع أشعة تحت حمراء (IR) واستقباله عبر عجلة مسننة أو قرص مثقب (Encoder Disc) مثبت على عمود الدوران، حيث تقوم بتحويل الحركة الميكانيكية إلى إشارات كهربائية رقمية (نبضات) يمكن قراءتها بواسطة متحكم (مثل أردوينو) لحساب السرعة أو المسافة.
| الميزة | المواصفة |
|---|---|
| جهد التشغيل | من 3.3 فولت إلى 5 فولت (تيار مستمر DC) |
| واجهة الخرج | مخرجان رقميان (كود Quadrature) أو مخرج رقمي واحد مع مخرج تناظري (حسب التصميم) |
| نوع العنصر | باعث ومستقبل للأشعة تحت الحمراء (مقترن ضوئياً - Optocoupler) |
| الاستخدام الأساسي | كشف سرعة واتجاه دوران المحركات والعجلات |
| الدقة | تعتمد على عدد الثقوب في قرص التشفير (كلما زادت الثقوب زادت الدقة) |
| المسافة بين الباعث والمستقبل | حوالي 5-10 ملم (لتمرير قرص التشفير بينهما) |
| الحماية | مزودة بمقاومة حد للتيار لحماية ثنائيات الأشعة تحت الحمراء |
باعث الأشعة تحت الحمراء (IR Emitter): يصدر شعاعاً من الضوء غير المرئي باتجاه مستقبل الأشعة.
مستقبل الأشعة تحت الحمراء (IR Receiver/Phototransistor): يستقبل الشعاع الصادر من الباعث، وعندما ينقطع الشعاع بوجود عائق (سن أو ثقب)، يتغير الخرج الكهربائي.
مقارن جهد (Comparator): يحول الإشارة التناظرية المستقبلة إلى إشارة رقمية واضحة (HIGH/LOW).
مصباح LED إرشادي: يضيء للإشارة إلى حالة الخرج (اكتشاف أو عدم اكتشاف العائق).
تعتمد الوحدة على مبدأ مقارن ضوئي (Opto-interrupter). يتم تركيب قرص مثقب أو عجلة مسننة بين باعث ومستقبل الأشعة تحت الحمراء. عندما يدور المحرك، تمر الأسنان أو الثقوب بين الباعث والمستقبل:
عند وجود سن/عائق: ينقطع الشعاع، فيتغير الخرج الكهربائي (ينخفض أو يرتفع حسب تصميم الدائرة).
عند وجود فتحة/ثقب: يمر الشعاع، فيعود الخرج إلى حالته الطبيعية.
هذه التغيرات المتتالية تولد سلسلة من النبضات الرقمية التي يمكن عدها بواسطة المتحكم لحساب سرعة الدوران أو عدد الدورات.
نوع 2 مخرج رقمي (Quadrature Encoder): يوفر مخرجين (A و B) متباعدين بزاوية 90 درجة، مما يسمح بحساب السرعة واتجاه الدوران.
نوع مخرج رقمي + تناظري: مخرج رقمي للنبضات ومخرج تناظري لقراءة شدة الشعاع المستقبل (استخدام أقل شيوعاً).
| طرف الوحدة | الوظيفة |
|---|---|
| VCC | جهد التشغيل (3.3V أو 5V) |
| GND | الأرضي |
| OUT A (أو DO) | المخرج الرقمي الأول (إشارة النبضات) |
| OUT B (أو AO) | المخرج الرقمي الثاني (للنوع Quadrature) أو مخرج تناظري |
التوصيل مع أردوينو:
VCC ← 5V
GND ← GND
OUT A ← أي منفذ رقمي (مثل D2)
OUT B ← أي منفذ رقمي (مثل D3) (إذا كان موجوداً)
ملاحظة: لقراءة السرعة بدقة، يفضل استخدام المنافذ التي تدعم المقاطعات (Interrupt) مثل D2 و D3 في أردوينو أونو/نانو.
يتم تثبيت الوحدة بحيث يمر قرص التشفير أو العجلة المسننة بين الباعث والمستقبل (في الفتحة الموجودة على اللوحة).
تأكد من أن الأسنان/الثقوب تمر بحرية دون احتكاك.
يفضل تثبيت الوحدة بشكل ثابت باستخدام براغي أو مشابك لتجنب الاهتزازات التي قد تؤثر على القراءات.
كل نبضة تولدها الوحدة تمثل مرور سن أو ثقب واحد.
لحساب عدد الدورات في الدقيقة (RPM)، يتم عد النبضات خلال فترة زمنية محددة (مثل ثانية واحدة)، ثم ضرب النتيجة في 60 وقسمتها على عدد الثقوب في القرص.
مثال: إذا كان قرص التشفير يحتوي على 20 ثقباً، وعددت 40 نبضة في ثانية واحدة، فإن عدد الدورات في الدقيقة = (40 × 60) ÷ 20 = 120 RPM.
تُستخدم وحدة مستشعر التشفير الكهروضوئي في العديد من المشاريع التي تتطلب قياس دقيق للحركة الدورانية، ومن أشهرها:
الروبوتات المتحركة (Mobile Robots): قياس سرعة عجلات الروبوت لحساب المسافة المقطوعة والتحكم في الحركة بدقة (الملاحة والتوجيه).
مشاريع السيارات والمركبات: قياس سرعة محركات السيارات الكهربائية أو نماذج السيارات اللاسلكية (RC Cars).
عدادات السرعة والمسافة: بناء عداد سرعة رقمي للدراجات الهوائية أو الدراجات النارية.
أجهزة القياس الصناعية: مراقبة سرعة المحركات في آلات الإنتاج والمكابس لتجنب الأعطال.
مشاريع التحكم في المحركات (Motor Control): بناء أنظمة تحكم مغلقة (Closed-loop Control) مثل التحكم PID لضبط سرعة المحرك بدقة عالية.
أنظمة التشغيل الآلي (Automation): مراقبة حركة السيور الناقلة أو عدد القطع المنتجة على خط الإنتاج.
مشاريع التعليم والروبوتات التعليمية: تدريس مفاهيم السرعة، التغذية الراجعة، والتحكم في المحركات في مختبرات الهندسة والروبوتات.
طابعات ثلاثية الأبعاد وآلات CNC: مراقبة موضع المحركات وحركتها لضمان دقة الطباعة والقطع.
مشاريع توليد الطاقة: قياس سرعة توربينات الرياح أو التوربينات المائية.
أنظمة اللف والتفريغ: مراقبة سرعة دوران البكرات في ماكينات النسيج أو الورق.
الغبار والأوساخ: تأكد من نظافة الوحدة وقرص التشفير، حيث أن الأوساخ قد تعيق مرور الشعاع تحت الأحمر وتسبب قراءات خاطئة .
الاهتزازات الميكانيكية: حاول تثبيت الوحدة والقرص بشكل متين لتجنب الاهتزازات التي قد تولد نبضات زائفة .
السرعة القصوى: للوحدات البسيطة حد أقصى لعدد النبضات في الثانية يمكنها قراءته (عادةً بضع كيلوهرتز)، فتأكد من أن سرعة المحرك لا تتجاوز هذا الحد.
استخدام المقاطعات (Interrupts): للحصول على قراءات دقيقة، يُفضل استخدام المقاطعات في البرمجة بدلاً من القراءة المستمرة في الحلقة الرئيسية (حتى لا تفوتك أي نبضة).
تداخل الضوء الخارجي: قد يتأثر مستقبل الأشعة تحت الحمراء بالضوء الخارجي القوي (مثل أشعة الشمس المباشرة)، لذا يفضل استخدامها في بيئات داخلية أو تغطيتها بحاجز .
جهد التشغيل: تأكد من أن جهد التشغيل متوافق مع متحكمك (3.3V أو 5V) لتجنب تلف الوحدة أو قراءات غير دقيقة.
مقاومات السحب (Pull-up): بعض الوحدات تحتاج إلى تفعيل المقاومة الداخلية Pull-up في المتحكم لتثبيت القراءة الرقمية عند HIGH عند عدم وجود نبضة.
| الميزة | IR Photoelectric Encoder | Hall Effect Sensor | Potentiometer |
|---|---|---|---|
| المبدأ | بصري (أشعة تحت حمراء) | مغناطيسي | مقاومة متغيرة (تماس كهربائي) |
| دقة القياس | عالية (حسب عدد الثقوب) | متوسطة | منخفضة إلى متوسطة |
| تأثر بالغبار | ✅ يتأثر (يحتاج تنظيف) | ❌ لا يتأثر (مغناطيسي) | ❌ لا يتأثر |
| تأثر بالاهتزازات | قد يتأثر | قليل | قليل |
| العمر الافتراضي | طويل (بدون تلامس ميكانيكي) | طويل جداً | محدود (تآكل ميكانيكي) |
| قياس الاتجاه | ✅ ممكن (في النوع Quadrature) | ❌ غير ممكن (غالباً) | ❌ غير ممكن |
| التكلفة | منخفضة | منخفضة إلى متوسطة | منخفضة جداً |
العربية
English
لا يوجد حاليا تقييمات على هذا المنتج.