كيفية الكشف عن هطول الأمطار باستخدام جهاز استشعار المطر؟

يعاني العالم من تغيرات مناخية غير متوقعة وهذه التغيرات ناتجة عن أنشطة مختلفة تمارسها البشرية. عندما تحدث هذه التغيرات ترتفع درجة الحرارة بشكل كبير وقد يؤدي ذلك إلى هطول أمطار غزيرة وفيضانات وما إلى ذلك. توفير المياه في مسؤولية كل مواطن وإذا لم ننتبه للحفاظ على هذه الضرورة الأساسية للحياة فسوف نعاني بشدة في وقت قريب . في هذا المشروع ، سننشئ إنذارًا للمطر بحيث يمكننا القيام ببعض الإجراءات لتوفير المياه عند بدء هطول الأمطار حيث يمكننا توفير تلك المياه للنباتات ، ويمكننا صنع بعض الأجهزة لإرسال تلك المياه في الخزان العلوي ، إلخ. ستكتشف دائرة كشف مياه الأمطار مياه الأمطار وتصدر تنبيهًا للأشخاص القريبين حتى يتمكنوا من اتخاذ إجراءات فورية. الدائرة ليست معقدة للغاية ويمكن تحضيرها من قبل أي شخص لديه بعض المعرفة الأساسية فيما يتعلق بالمكونات الكهربائية مثل المقاومات والمكثفات والترانزستورات.

دائرة إنذار المطر

كيفية دمج المكونات الكهربائية الأساسية لتصميم حلبة Rainsensor؟

الآن ، نظرًا لأن لدينا الفكرة الأساسية لمشروعنا ، فلننتقل إلى جمع المكونات وتصميم الدائرة على البرنامج للاختبار ثم تجميعها في النهاية على الأجهزة. سنقوم بعمل هذه الدائرة على لوحة PCB ثم نضعها في مكان مناسب بحيث أنه كلما بدأ المطر ، يمكن إخطارنا بواسطة الإنذار.

الخطوة 1: المكونات المطلوبة (الأجهزة)

• مستشعر قطرة المطر (x1)
• الترانزستور BC548 (x1)
• LED (x1)
• 1N4007 PN Junction Diode (x1)
• مقاوم 220 KΩ (x1)
• 10 KΩ المقاوم (x1)
• المقاوم 470 KΩ (x1)
• 3.3 KΩ المقاوم (x2)
• مقاوم 68 KΩ (x1)
• 22 درجة فهرنهايت مكثف (x1)
• 100 درجة فهرنهايت مكثف (x2)
• مكثف سيراميك 10nF (x1)
• مكثف سيراميك 100pF (x1)
• الجرس (x1)
• أسلاك العبور
• اللوح (x1)
• FeCl3
• مجلس ثنائي الفينيل متعدد الكلور (x1)
• لحام حديد
• مسدس الغراء الساخن
• رقمي متعدد متر

الخطوة 2: المكونات المطلوبة (البرنامج)

• Proteus 8 Professional (يمكن تنزيله من هنا )

بعد تنزيل Proteus 8 Professional ، صمم الدائرة عليه. لقد قمنا بتضمين محاكاة البرامج هنا حتى يكون من الملائم للمبتدئين تصميم الدائرة وإجراء الاتصالات المناسبة على الأجهزة.

الخطوة الثالثة: دراسة المكونات

الآن بعد أن قمنا بإعداد قائمة بجميع المكونات التي سنستخدمها في هذا المشروع. دعونا نتحرك خطوة إلى الأمام وننتقل إلى دراسة موجزة لجميع مكونات الأجهزة الرئيسية.

مستشعر قطرة المطر: وحدة استشعار قطرة المطر تكتشف هطول الأمطار. إنه يعمل على مبدأ قانون أوم. (V = IR). عندما لا يكون هناك مطر ، ستكون المقاومة على المستشعر عالية جدًا لأنه لا يوجد توصيل بين الأسلاك في المستشعر. بمجرد أن تبدأ مياه الأمطار في السقوط على المستشعر ، يتم إنشاء مسار التوصيل وتقل المقاومة بين الأسلاك. عندما يتم تقليل التوصيل ، يتم تشغيل المكون الكهربائي المتصل بالمستشعر وتتغير حالته.

مستشعر قطرة المطر

يمكن أيضًا صنع هذا المستشعر في المنزل إذا كان لدينا لوحة PCB. أولئك الذين لا يرغبون في شراء هذا المستشعر يمكنهم صنعه في المنزل عن طريق عمل نمط قطار النبض بمساعدة شيء حاد مثل السكين. يجب أن يكون قطر النبضات حوالي 3 سم ويمكن عمل نفس النمط كما هو موضح في الصورة أعلاه. لقد صنعت هذا المستشعر في المنزل وأرفقت الصورة أدناه:

مستشعر قطرة المطر مصمم في المنزل

555 المؤقت IC: يحتوي هذا IC على مجموعة متنوعة من التطبيقات مثل توفير تأخير زمني ، كمذبذب ، وما إلى ذلك. هناك ثلاثة تكوينات رئيسية لـ 555 المؤقت IC. هزاز متعدد مستقر ، هزاز متعدد أحادي ، و هزاز متعدد ثنائي الاستقرار. في هذا المشروع ، سوف نستخدمه كملف مستقر هزاز متعدد. في هذا الوضع ، يعمل IC كمذبذب يولد نبضة مربعة. يمكن ضبط تردد الدائرة عن طريق ضبط الدائرة. أي بتغيير قيم المكثفات والمقاومات المستخدمة في الدائرة. سيولد IC ترددًا عند تطبيق نبضة مربعة عالية على إعادة تعيين دبوس.

555 المؤقت IC

صفارة: إلى صفارة هو جهاز إشارات صوتية أو مكبر صوت يستخدم فيه تأثير كهرضغطية لإنتاج الصوت. يتم تطبيق جهد على مادة كهرضغطية لإنتاج حركة ميكانيكية أولية. ثم تُستخدم الرنانات أو الأغشية لتحويل هذه الحركة إلى إشارة صوتية مسموعة. هذه السماعات أو الصفارات سهلة الاستخدام نسبيًا ولها مجموعة واسعة من التطبيقات. على سبيل المثال ، يتم استخدامها في ساعات الكوارتز الرقمية. بالنسبة لتطبيقات الموجات فوق الصوتية ، تعمل بشكل جيد في نطاق 1-5 كيلو هرتز وحتى 100 كيلو هرتز.

صفارة

BC 548 NPN الترانزستور: إنه ترانزستور للأغراض العامة يستخدم لغرضين رئيسيين في الغالب (التبديل والتضخيم). تتراوح قيمة الكسب لهذا الترانزستور بين 100-800. يمكن لهذا الترانزستور التعامل مع تيار أقصى يبلغ حوالي 500 مللي أمبير ، وبالتالي لا يتم استخدامه في نوع الدائرة التي تحتوي على أحمال تعمل على أمبير أكبر. عندما يكون الترانزستور متحيزًا ، فإنه يسمح للتيار بالتدفق خلاله وتسمى هذه المرحلة التشبع منطقة. عند إزالة تيار القاعدة ، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور ويدخل بالكامل قطع منطقة.

BC 548 الترانزستور

الخطوة 4: مخطط الكتلة

لقد قمنا بعمل مخطط كتلة لفهم مبدأ عمل الدائرة بسهولة.

مخطط كتلة

الخطوة 5: فهم مبدأ العمل

بعد تجميع الأجهزة ، سنرى أنه بمجرد إسقاط الماء على مستشعر المطر ، سيبدأ اللوح في التوصيل ونتيجة لذلك سيتحول كلا الترانزستورات على ومن ثم سيتم تشغيل مؤشر LED أيضًا لأنه متصل بباعث الترانزستور Q1. عندما ينتقل الترانزستور Q2 إلى منطقة التشبع ، سيتصرف المكثف C1 كقابس بين كلا الترانزستورات Q1 و Q3 وسيتم شحنه بواسطة المقاوم R4. عندما ينتقل Q3 في منطقة التشبع ، فإن إعادة تعيين سيتم تشغيل دبوس من 555 المؤقت IC وسيتم إرسال إشارة إلى طرف الخرج 3 من IC حيث يتم توصيل الجرس وبالتالي سيبدأ الجرس في الرنين. عندما لا يكون هناك مطر ، لن يكون هناك توصيل وتكون مقاومة المستشعر عالية جدًا ، وبالتالي لا يتم تشغيل دبوس إعادة الضبط الخاص بـ IC مما يؤدي إلى عدم وجود إنذار.

الخطوة 6: محاكاة الدائرة

قبل إنشاء الدائرة ، من الأفضل محاكاة وفحص جميع القراءات على البرنامج. البرنامج الذي سنستخدمه هو جناح تصميم Proteus . Proteus هو برنامج يتم من خلاله محاكاة الدوائر الإلكترونية.

1. بعد تنزيل برنامج Proteus وتثبيته ، افتحه. افتح مخططًا جديدًا بالنقر فوق مشاكل رمز في القائمة.

   مخطط جديد.

   فشل إعادة تعيين منفذ جهاز USB غير معروف
2. عندما يظهر التخطيطي الجديد ، انقر فوق ص رمز في القائمة الجانبية. سيؤدي هذا إلى فتح مربع يمكنك من خلاله تحديد جميع المكونات التي سيتم استخدامها.

   تخطيطي جديد

3. اكتب الآن اسم المكونات التي سيتم استخدامها لإنشاء الدائرة. سيظهر المكون في قائمة على الجانب الأيمن.

   اختيار المكونات

4. بنفس الطريقة ، كما هو مذكور أعلاه ، ابحث في جميع المكونات. سوف يظهرون في الأجهزة قائمة.

   قائمة المكونات

الخطوة 7: عمل تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور

نظرًا لأننا سنصنع دائرة الأجهزة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، نحتاج إلى عمل تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور لهذه الدائرة أولاً.

1. لعمل تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور على Proteus ، نحتاج أولاً إلى تعيين حزم PCB لكل مكون في التخطيطي. لتعيين الحزم ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق المكون الذي تريد تعيين الحزمة وتحديده أداة التغليف.

   تعيين الحزم

2. انقر فوق خيار ARIES في القائمة العلوية لفتح مخطط ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
3. من قائمة المكونات ، ضع جميع المكونات على الشاشة في تصميم تريد أن تبدو دائرتك عليه.
4. انقر فوق وضع المسار وقم بتوصيل جميع المسامير التي يخبرك البرنامج بالاتصال بها عن طريق توجيه سهم.
5. عندما يتم إنشاء التصميم بالكامل ، سيبدو كما يلي:

الخطوة 8: مخطط الدائرة

بعد عمل تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، سيبدو مخطط الدائرة هكذا.

مخطط الرسم البياني

الخطوة 9: إعداد الجهاز

نظرًا لأننا قمنا الآن بمحاكاة الدائرة على البرنامج وهي تعمل بشكل جيد تمامًا. الآن دعونا نمضي قدمًا ونضع المكونات على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو لوحة دوائر مطبوعة. وهي عبارة عن لوح مطلي بالكامل بالنحاس من جانب وعازل بالكامل من الجانب الآخر. جعل الدائرة على PCB عملية طويلة نسبيًا. بعد محاكاة الدائرة على البرنامج ، ووضع تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، تتم طباعة تخطيط الدائرة على ورق زبدة. قبل وضع ورق الزبدة على لوحة PCB ، استخدم مكشطة PCB لفرك اللوح بحيث تتضاءل الطبقة النحاسية الموجودة على اللوحة من أعلى اللوحة.

إزالة طبقة النحاس

ثم يتم وضع ورق الزبدة على لوحة PCB ويتم تسويتها حتى تتم طباعة الدائرة على السبورة (تستغرق حوالي خمس دقائق).

كي لوح ثنائي الفينيل متعدد الكلور

الآن ، عندما تتم طباعة الدائرة على السبورة ، يتم غمسها في FeCl₃محلول من الماء الساخن لإزالة النحاس الزائد من اللوح ، فقط النحاس الموجود تحت الدائرة المطبوعة سوف يترك وراءه.

حفر ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بعد ذلك ، افرك لوحة PCB بالمكشطة بحيث تكون الأسلاك بارزة. الآن حفر الثقوب في الأماكن المعنية ووضع المكونات على لوحة الدائرة.

حفر ثقوب في ثنائي الفينيل متعدد الكلور

جندى المكونات الموجودة على السبورة. أخيرًا ، تحقق من استمرارية الدائرة وإذا حدث انقطاع في أي مكان ، فقم بفك المكونات وتوصيلها مرة أخرى. من الأفضل تطبيق الغراء الساخن باستخدام مسدس الغراء الساخن على المحطات الموجبة والسالبة للبطارية بحيث لا يتم فصل أطراف البطارية عن الدائرة.

ضبط DMM لفحص الاستمرارية

الخطوة 10: اختبار الدائرة

بعد تجميع مكونات الأجهزة على لوحة PCB والتحقق من الاستمرارية ، نحتاج إلى التحقق مما إذا كانت دائرتنا تعمل بشكل صحيح أم لا ، سنختبر دائرتنا. أولاً ، سنقوم بتوصيل البطارية ثم نقوم بإسقاط بعض الماء على المستشعر والتحقق مما إذا كان المصباح يبدأ في التوهج ويبدأ الجرس في الرنين أم لا. إذا حدث هذا ، فهذا يعني أننا أكملنا مشروعنا.

تم تجميع الأجهزة للاختبار

التطبيقات

1. يمكن استخدامه في الحقول لتنبيه المزارعين حول المطر.
2. التطبيق الأكثر شيوعًا هو أنه يمكن استخدامه في السيارات بحيث يستدير السائق كلما بدأ المطر على المساحات عند سماع صوت الجرس.
3. إذا تم تركيب بعض الأجهزة لتخزين مياه الأمطار في الخزانات العلوية ، فإن هذه الدائرة مفيدة جدًا في المنزل لأنها تُعلم الأشخاص الذين يعيشون في المنزل بمجرد بدء المطر ويمكنهم بعد ذلك إجراء الترتيبات المناسبة لتخزين تلك المياه.