مقدمة

طرحنا عدداً من المشاريع في موقعنا وسنضيف الآن إلى تلك القائمة حساس الضغط أردوينو يتضمن محولات تماثلية رقمية وهي MPS20N0040D و HX710B.

توصيل حساس الضغط إلى أردوينو

يرسل حساس الضغط نبضات متوافقة مع بيانات الضغط التي يقرأها، حيث يوفّر  الطرف Clock تزامناً لتلك البيانات كما في البروتوكولات المتزامنة، ويمكنك استخدام أي طرف رقمي من الأردوينو من أجل التزامن أو نقل البيانات؛ علاوةً على ذلك، فإنَّ تغذية 5 فولت كافية لتشغيل حساس الضغط.

مخطط توصيل حساس الضغط إلى الأردوينو
مخطط توصيل حساس الضغط إلى الأردوينو، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

لا توجد مكتبة خاصة بحساس الضغط هذا ولكن يمكننا استخدام نفس مكتبة حساس الوزن HX711؛ حيث أن كلًا من  الحساسين HX711 وHX710B  يعتبر محول 24 بت تماثلي رقمي وكلاهما يولدان نبضات الخرج ذاتها، ومع ذلك تقدم مكتبة الحساس HX711 الأصلية قيم رقمية أولية وليس قيم الضغط.

يمكنك نسخ أو تنزيل مكتبة خاصة تعطي قيم الخرج بالباسكال والميليمتر الزئبقي والأتموسفير والرطل/ بوصة مربعة (psi) من خلال الضغط هنا ووضعها مباشرة في مجلد المسار المستندات\ أردوينو\ المكتبات.

فيما يلي مثال عن البرنامج الذي يعرض قيمة الضغط بالباسكال في شاشة العرض التسلسلي

لتنزيل كود البرنامج اضغط هنا

كيف يعمل حساس الضغط MPS20N0040D؟

يقيس حساس MPS20N0040D ضغط الهواء أو ضغط السائل عند خروجه.

الجهة الأمامية لحساس الضغط
الجهة الأمامية لحساس الضغط MPS20N0040D، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

الجهة الخلفية لحساس الضغط
الجهة الخلفية لحساس الضغط MPS20N0040D، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)
أبعاد حساس الضغط
أبعاد حساس الضغط MPS20N0040D، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

الدارة الجسرية

يعتبر حساس الضغط MPS20N0040D دارة جسرية يكون أحد عناصر الجسر فيها عبارة عن مقاومة حساسة للضغط، ويطبق جهد الدخل على الجسر عند النقطتين 2 و5 ويقاس جهد الخرج عند النقاط 1 و6 و4.

توصيل MPS20N0040D
توصيل MPS20N0040D، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

يحسب جهد الخرج عند النقاط 1 و6 و4 من خلال المعادلة:

معادلة حساب جهد الخرج
معادلة حساب جهد الخرج، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

ستلاحظ أنه عندما تكون جميع قيم المقاومات متساوية، فإنَّ جهد الخرج يكون معدوماً (مساوياً للصفر) ويسمى الجسر عندها بالجسر المتوازن.

لنفرض أن قيم جميع المقاومات في الجسرمتساوية وكل منها يساوي 10 أوم وجهد الدخل 5 فولت عندها يكون جهد الخرج:

معادلة حساب جهد الخرج
معادلة حساب جهد الخرج، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

عند تطبيق الضغط تتغير قيمة إحدى المقاومات في الجسر مما يخلّ بتوازن الجسر ولا يعد جهد الخرج مساوياً للصفر، وبفرض أنه تغيرت قيمة إحدى المقاومات من 10 أوم إلى 20 أوم بسبب الضغط تصبح عندها قيمة جهد الخرج:

معادلة حساب جهد الخرج
معادلة حساب جهد الخرج، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

يعتبر تغير قيمة المقاومة بمقدار 10 أوم كبيراً بعض الشيء؛ في الواقع غالباً ما يكون التغير في قيمة المقاومة صغيراً جداً، وهذا يتوافق مع جهد خرج حساس الضغط الذي يكون أيضاً صغيراً جداً وأقل بكثير من حساسية المحول التماثلي الرقمي الموجود في الأردوينو، وبالتالي نحن بحاجة لاستخدام محول تماثلي رقمي خارجي بدقة أعلى من10 بت في الأردوينو، وهذه هي وظيفة الحساس HX710B.

تحويل الجهد إلى ضغط

يعدّ حساس الضغط HX710B محول تماثلي رقمي 24 بت يرسل نبضات بناءً على الجهد الذي  يقرأه، وكلما زاد عدد النبضات داخل إطار معين كلما زادت قيمة الجهد، كذلك يمكن للمحول التماثلي الرقمي ذو 24 بت اكتشاف مستوى الجهد المنخفض مثل:

معادلة حساب حساسية المحول
معادلة حساب حساسية المحول، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

بالمقارنة، يمكن للمحول التماثلي الرقمي ذو 10 بت الخاص بالأردوينو من خلال الدخل التماثلي قياس الحساسية:

معادلة حساب حساسية المحول
معادلة حساب حساسية المحول، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

يعطي حساس MPS20N0040D جهد خرج يتناسب خطياً مع الضغط المطبق بالكيلو باسكال.

المخطط البياني لتحويل الجهد إلى ضغط
المخطط البياني لتحويل الجهد إلى ضغط، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

معادلة تحويل الجهد إلى ضغط
معادلة تحويل الجهد إلى ضغط، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

يمكننا استخدام هذه المعادلة لتحويل قيمة خرج المحول التماثلي الرقمي إلى ضغط مقاس بالباسكال:

معادلة تحويل قيمة المحول التماثلي الرقمي إلى ضغط
معادلة تحويل قيمة المحول التماثلي الرقمي إلى ضغط، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

بالنسبة لمحول تماثلي رقمي ذو 24 بت مثل HX710B تصبح المعادلة كالتالي:

معادلة تحويل قيمة المحول التماثلي الرقمي إلى ضغط في HX710B
معادلة تحويل قيمة المحول التماثلي الرقمي إلى ضغط في HX710B، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

هذه هي المعادلة المستخدمة في المكتبة التالية (في الرابط أدناه) من أجل قراءة الضغط مقاساً الباسكال، لتنزيلها اضغط هنا

بالنسبة لوحدات الضغط الأخرى نستخدم معاملات التحويل فقط.

معادلة التحويل بين وحدات الضغط
معادلة التحويل بين وحدات الضغط، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

مثال عملي لقياس مستوى السائل

من الممكن أن يقيس حساس الضغط مستوى أي سائل  في أي لحظة. فيما يلي مثال عن الآلية، حيث يمكن أن يكون جهاز KP610 هو حساس الضغط MPS20N0040D

جهاز KP610 وحساس الضغط MPS20N0040D
جهاز KP610 وحساس الضغط MPS20N0040D، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

مع ارتفاع مستوى السائل يزداد الضغط داخل الأنبوب على الحساس، ويتناسب ارتفاع السائل مع الضغط وفق المعادلة:

معادلة حساب ضغط السائل
معادلة حساب ضغط السائل، (مصدر الصورة: موقع teachmemicro)

 

حيث:

ρ الكثافة الحجمية للسائل

h ارتفاع السائل

g تسارع الجاذبية الأرضية


المصدر: هنا

ترجمة: رؤى عثمان, مراجعة: يارا قاضون, تدقيق لغوي: بولا ابراهيم, تصميم: علي العلي, تحرير: فادي الشعار