تُعدّ المشفرات الدورانية مكونات إلكترونية اكتسبت شعبية واسعة في مشاريع "اصنعها بنفسك" وبيئة أردوينو. تسمح هذه الأجهزة بقياس حركة المحور ، مما يُتيح تتبع سرعة وموضع الزاوية لمختلف الأنظمة. مع ذلك، ورغم فائدتها، غالبًا ما يتم الخلط بينها وبين أجهزة أخرى مثل مقاييس الجهد ، مما قد يُؤدي إلى سوء فهم استخدامها ووظائفها.
في هذه المقالة، سنشرح بالتفصيل ماهية أجهزة التشفير الدورانية ، وكيفية عملها، وكيفية استخدامها مع أردوينو. سنستعرض أيضًا التوصيلات، واستخدام الكود، وبعض الأمثلة العملية لمساعدتك على دمجها بفعالية في مشاريعك. ولكن قبل الخوض في التفاصيل التقنية، من المهم فهم ما يجعل هذا الجهاز مفضلًا في مشاريع الإلكترونيات.
ما هو التشفير الدوار؟
المشفر الدوراني هو جهاز كهروميكانيكي يحول الحركة الدورانية لعمود إلى سلسلة من الإشارات، عادةً ما تكون رقمية. يمكن استخدام هذه الإشارات بواسطة نظام مثل أردوينو لتفسير المعلومات المتعلقة بسرعة الدوران ، وموضع العمود ، وحتى اتجاه الدوران . على عكس مقاييس الجهد، التي لها حد أقصى لعدد الدورات، يمكن للمشفرات الدوران بلا حدود.
توجد أنواع مختلفة من أجهزة التشفير الدورانية، ولكن يمكن تقسيمها إلى فئتين رئيسيتين: المطلقة والتزايدية . توفر أجهزة التشفير المطلقة قراءة دقيقة لموضع العمود في جميع الأوقات، بغض النظر عن عدد دوراته. أما أجهزة التشفير التزايدية، فتسجل الحركة النسبية فقط من موضع ابتدائي، دون وجود مرجع زاوية مطلق.
يُعدّ المشفر التزايدي النوع الأكثر شيوعًا في مشاريع "اصنعها بنفسك" أو مشاريع أردوينو . فهو غير مكلف، وسهل الحصول عليه، ويمكن استخدامه في تطبيقات متنوعة مثل التحكم في مستوى الصوت، وضبط سطوع شاشة LCD، وغيرها. كما يتضمن العديد منها زر ضغط، مما يُسهّل دمج وظائف تحكم إضافية في مشاريعك.
كيف يعمل التشفير الدوار
يتكون جوهر جهاز التشفير الدوراني من سلسلة من المقاطعات التي تُفعّل مع كل دورة للمحور. يُولّد هذا إشارة رقمية يمكن قراءتها بواسطة جهاز إلكتروني. عادةً ما يحتوي هذا النوع من أجهزة التشفير على مخرجين رئيسيين، يُولّدان إشارات متعامدة. هذا يعني وجود فرق طور مقداره 90 درجة بين الإشارتين، مما يسمح له ليس فقط بحساب الدورات، بل أيضاً بتحديد اتجاه الدوران (مع عقارب الساعة أو عكسها).
يُصدر الجهاز عددًا من النبضات لكل دورة ، وبناءً على هذا العدد، يُمكننا تحديد حركة العمود بدقة أكبر. يتراوح عدد النبضات في جهاز التشفير القياسي بين 20 و256 نبضة أو أكثر لكل دورة، وذلك حسب الطراز. تُحسب النبضات باستخدام نظام تربيعي، مما يسمح لنا أيضًا بتحديد ما إذا كان الدوران باتجاه عقارب الساعة (CW) أو عكس اتجاه عقارب الساعة (CCW)، مما يجعله عمليًا للغاية لأنظمة التحكم والملاحة.
علاوة على ذلك، يمكن أن تتضمن هذه الأجهزة زر ضغط يُفعّل عند الضغط على العمود. يتيح هذا الزر تسجيل الحركة كما لو كانت زرًا عاديًا، مما يوسع نطاق استخداماتها. باختصار، لا يقتصر دور جهاز التشفير على تسجيل دوران العمود فحسب، بل يشمل أيضًا تسجيل اتجاهه وموضعه في الوقت الفعلي.
الاختلافات بين التشفير الدوار ومقياس الجهد
من الشائع الخلط بين المشفر الدوراني ومقياس الجهد نظرًا لتشابههما الظاهري، إلا أن هناك اختلافات جوهرية بينهما. يقوم مقياس الجهد بضبط قيمة المقاومة وفقًا لزاوية الدوران، مما يوفر إشارة تناظرية. في المقابل، يُولّد المشفر الدوراني سلسلة من النبضات الرقمية التي تمثل دوران المحور. ومن الاختلافات الرئيسية الأخرى أن المشفرات قادرة على الدوران بلا حدود ، بينما يقتصر عدد دورات مقياس الجهد على حدٍّ مادي.
لهذه الأسباب، تعد أجهزة التشفير مثالية للحالات التي تتطلب التحكم المستمر والدقيق في الدوران، كما هو الحال في أنظمة التحكم في المحركات، في حين تستخدم مقاييس الجهد بشكل شائع لضبط المعلمات الثابتة مثل الحجم أو السطوع.
ربط التشفير بالاردوينو
توصيل جهاز التشفير الدوراني بلوحة أردوينو أمر بسيط نسبيًا. يحتوي جهاز التشفير، بحسب طرازه، على ثلاثة مخارج رئيسية: اثنان للقناتين A وB، وواحد لزر الضغط. يتصل زر الضغط بأحد مداخل الإدخال الرقمية في لوحة أردوينو، بينما تتصل القناتان A وB بمدخلين رقميين آخرين.
للحصول على قراءة دقيقة لحركة المُشفِّر، يُنصح باستخدام منافذ المقاطعة على لوحة أردوينو للقناتين A وB. مع ذلك، ليس هذا ضروريًا دائمًا. إذا كنت تحتاج فقط إلى دقة أحادية أو مزدوجة، يمكنك الحصول على القراءات عن طريق استطلاع هذه المخرجات دوريًا، مع العلم أن هذا سيؤثر على كفاءة الكود.
سيكون الاتصال بمشروع نموذجي كالتالي:
- القناة A متصلة بـ D9
- القناة B متصلة بـ D10
- زر الضغط متصل بـ D11
من المهم التأكد من صحة المنافذ المختارة للمقاطعات، حيث لا تدعم جميع منافذ لوحات أردوينو المقاطعات. باختصار، يمكنك توصيل جهاز تشفير بدون مقاطعات، ولكن ستكون دقته أقل.
كود لاستخدام التشفير الدوار مع اردوينو
إنّ كتابة كود قراءة بيانات المشفر باستخدام أردوينو أمرٌ بسيط. فيما يلي مثالٌ أساسي لقراءة عدد النبضات المُولّدة على القناة A، وتحديد اتجاه الدوران باستخدام القناة B. هذه طريقةٌ بسيطة تعتمد على أسلوب الاستقصاء ، ولكن إذا كنتَ بحاجةٍ إلى دقةٍ أكبر، يمكنك تعديل الكود ليعمل مع المقاطعات.
const int channelPinA = 9;
const int channelPinB = 10;
int prevStateChannelA = 0;
int value = 0;
unsigned long currentTime = 0;
unsigned long prevTime = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(channelPinA, INPUT);
pinMode(channelPinB, INPUT);
prevStateChannelA = digitalRead(channelPinA);
}
void loop() {
currentTime = millis();
int currentStateChannelA = digitalRead(channelPinA);
if (currentStateChannelA != prevStateChannelA) {
if (digitalRead(channelPinB) != currentStateChannelA) {
value++;
} else {
value--;
}
Serial.println(value);
prevStateChannelA = currentStateChannelA;
currentTime = millis();
}
}يكشف هذا الكود عن التغيير في حالة القناة A ويُقيّم القناة B لتحديد اتجاه دوران المُشفّر. في كل مرة تتغير فيها القيمة، يُحدّث الكود عدد النبضات المُسجّلة ويطبع القيمة على شاشة العرض التسلسلي.
أمثلة الاستخدام الشائع
تُستخدم أجهزة التشفير الدورانية في نطاق واسع من التطبيقات المهنية والمنزلية. في مشاريع أردوينو، يمكن استخدامها لضبط المعلمات في الوقت الفعلي، مثل التحكم في اتجاه الروبوت المتحرك، أو تنظيم مستوى صوت مكبر الصوت، أو ضبط سطوع شاشة LCD. كما تُستخدم على نطاق واسع في أنظمة التحكم لمحركات الخطوة أو المحركات المؤازرة، حيث يكون التحكم الدقيق في موضع العمود مطلوبًا.
أحد أكثر التطبيقات إثارة للاهتمام هو إنشاء واجهات مع ردود فعل مرئية أو سمعية، حيث لا يقوم جهاز التشفير بضبط المعلمة فحسب، بل يوفر أيضًا للمستخدم ردود فعل مادية عند تدويره، وهو أمر لا يمكن تحقيقه باستخدام الأزرار التقليدية.
بالإضافة إلى ذلك، تعد أجهزة التشفير مفيدة للغاية كبدائل لمقاييس فرق الجهد في الأنظمة التي تتطلب درجة أعلى من المتانة، نظرًا لعدم وجود حدود للتدفق، مما يقلل من التآكل الميكانيكي.
يتزايد استخدام أجهزة التشفير في برمجة الروبوتات والأنظمة المستقلة. إذ يمكن توصيلها مباشرة بعجلات الروبوت لقياس الحركة بدقة، مما يُحسّن حسابات الإزاحة والاتجاه، وبالتالي يزيد من كفاءة الروبوت وقدراته على الملاحة.
كما وجدت أجهزة التشفير الدوارة طريقها إلى تطوير الأجهزة الطبية ولوحات التحكم الصناعية، حيث يلزم التحكم المستمر في الحركة لتحقيق دقة ملليمتر في الآلات.
بشكل عام، تعد أجهزة التشفير خيارًا متعدد الاستخدامات واقتصاديًا للمشاريع التي يكون فيها القياس الدقيق للدوران أمرًا أساسيًا.
إذا كنت تبحث عن حل فعال واقتصادي لمشاريعك باستخدام أردوينو، فإن المشفرات الدورانية تُعد بديلاً ممتازاً لأساليب التحكم التناظرية الأخرى، مثل مقاييس الجهد. فقدرتها على توفير تحكم دقيق في نطاق واسع من الدورات تجعلها مثالية لمجموعة متنوعة من التطبيقات.