دائرة إشارة المرور

وصف المشروع

إشارة للسيارات (أحمر أصفر أخضر) تتبدل أتوماتيكياً فيما بينها.

الهدف من المشروع

تطبيق على استخدام IC 4017 و IC NE555، يمكن مراجعة درس عن IC 4017 من هنا (رابط: دائرة تجربة واختبار IC-4017)

جدول المكونات

توصيل الدائرة

شرح المكونات

• المقاومات Resistors

المقاومة هى عنصر الكتروني 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 بوحدة 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:

نحتاج فى الدائرة مقاومة 150 أوم توصل بالتوالى مع المصابيح الليد ويمكن زيادة قيمتها لتصبح 330 أوم.

وواحدة 3.9 كيلو أوم

وواحدة 68 كيلو أوم

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 (Cathode) 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 1N4001  (منتج إحدى الشركات كمثال) من هنا، وللمزيد حول عنصر الدايوود اضغط هنا.

• 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 10 ميكرو فاراد 10uF 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 قيم جهود أخرى:

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

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.

• الدائرة المتكاملة IC4017

رمزها 74HC4017  أو 74HCT4017 واختصاراً تعرف فقط برقم 4017.

كما ستجد فى ورقة البيانات الخاصة بالعنصر decade counter with 10 decoded outputs فهو عداد يغير الخرج بين 10 مخارج مختلفة من Q0 حتى Q9، بناءً على إشارة تأتي على طرف CLK رقم 14، على أن يكون طرف MR رقم 15 Master Reset متصل بالأرضي، فإذا كان متصل بجهد HIGH يعمل إعادة تصفير العداد إلى الصفر (كي يبدأ من الأول)، وأيضاً طرف E رقم 13 يكون متصل بالأرضي، وهذا الطرف ينفي الإشارة الداخلة إليه، فعندما يكون متصل بالأرضى هذا يعنى (1) أي أنه يعمل تفعيل Enable، وعند توصيله بجهد HIGH يتوقف عن وظيفته.

حسناً كيف يتغير الخرج على أطراف العنصر؟

دعنا أولاً نعرف أطراف الخرج فهي أرقام 3 – 2 – 4 – 7 – 10 – 1 – 5 – 6 – 9 – 11، وتسميتها بالترتيب Q0 ثم Q1 وحتى Q9، أو output 1 ثم output 2 وحتى output 9، سنجعل طرفي E و MR أرقام 13 و 15 بالأرضي ليكون دائماً مفعل Enable ومستمر فى عمل العداد. ونوصل المفتاح على طرف رقم 14 CLK ونجعله متصل بالأرضي سنرى أن الخرج على الطرف الأول (Led رقم 1 تعمل والباقي مطفأ)، الآن سنقوم بالضغط على المفتاح لتوصيل نبضة (جهد HIGH) إلى طرف CLK ثم نرجعه إلى الأرضي مرة أخرى سنجد أن الخرج تغير وأصبح على الطرف الثاني (Led رقم 2 تعمل والباقى مطفأ) وهكذا حتى الوصول إلى آخر خرج ثم البداية مرة أخرى من أول خرج على الطرف الأول.

فالفكرة هنا هى عند وجود إشارة على طرف CLK يتغير الخرج بالترتيب عند كل مرة تصل فيها الإشارة، بشرط أن تتغير حالة طرف CLK من 1 – HIGH إلى 0 -LOW ثم إلى 1 – HIGH مرة أخرى يتغير الخرج.

لتحميل ورقة البيانات datasheet الخاصة بالدائرة المتكاملة 4017 من هنا.

• الدائرة المتكاملة 555

ورمزها العلمي: NE555

IC555 هو مؤقت Timer ويستخدم فى توليد فترات تأخير Delay time أو مذبذب oscillator لتوليد نبضات/ذبذبات، ويعمل بأنظمة مختلفة منها نظام أحادي الاستقرار Mono-stable، وعند إدخال نبضة trigger إلى 555 فإن خرج الدائرة المتكاملة يتغير من 0 low إلى 1 HIGH لمدة فترة زمنية معينة تحدد بواسطة مقاومة متغيرة ومكثف متصلين بالـ 555، ويوجد طرفين أحدهما للبدء Trigger والآخر للتصفير Reset.

أطراف الدائرة المتكاملة 555

1- Ground ويوصل بالأرضى
2- Trigger لاستقبال إشارة البدء وتكون من المقاومة المتغيرة
3- OUTPUT خرج الدائرة المتكاملة ويتصل بدخل العنصر IC 4017
4- Reset إعادة ضبط/تصفير ويعمل عند توصيله بالأرضى (low) لذا سنجعله متصلاً بالموجب (High)
5- Voltage Control جهد التحكم، عادة يوصل بمكثف ثم إلى الأرضي للتخلص من التداخلات الناتجة عن مصدر التغذية noise
6- Threshold ويوصل بالطرف 2
7- Discharge
8- Vcc ويوصل بمصدر جهد التغذية (بين 4.5 إلى 166 فولت)

لمزيد من المعلومات قم بتحميل ورقة البيانات datasheet الخاصة بالدائرة المتكاملة 555 من 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 كي تضيء والطرف الأكبر هو الطرف الموجب الذي يوصل بالجهد الموجب والآخر يوصل بالأرضي مثل الشكل التالي:

ويفضل في الدوائر أن توصل مقاومة 150 أوم أو أعلى قليلاً 330 أوم بالتوالي 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 وتعطى أشكالاً جميلة عند اللعب بإضاءتها، لكننا سنحتاج فقط الأحمر والأصفر والأخضر:

وللمزيد حول LED اضغط هنا.

• 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

يمكنك تجربة محاكاة الدائرة من هنا، وفى هذا الرابط ستجد الدائرة مرسومة ويوجد 3 لمبات ليد كما هو مُوضح:

للتشغيل اضغط على زر Start Simulation لبدء المحاكاة، سيضيئ أولا المصباح الأخضر ويظل لفترة:

ثم ينطفئ الليد الأخضر ويضيئ الليد الأصفر لفترة قصيرة:

ثم ينطفئ الليد الأصفر ويضيئ الليد الأحمر:

بعد ذلك يرجع مرة أخرى الليد الأصفر لفتة قصيرة ثم الأخضر وتعاد الدورة بشكل مستمر.

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.