طرق توصيل المفتاح ثنائيّ الاتّجاه

تعرَّف إلى طرق توصيل المفتاح ثنائيّ الاتّجاه

سنتعرَّف في هذا المقال إلى مفهوم بسيط، لكنّه مثير للاهتمام، وهو المفتاح ثنائيّ الاتّجاه، ويدعى أيضاً مفتاح الدَرج؛ إذ يمكنه التحكُّم بحِمْل واحد، مثل تشغيل مصباح كهربائيّ من موقعين مختلفين، مثل نهايتي الدرج، مع العلم أنّ هذا المقال يشرح طريقة توصيل المفاتيح ثنائيّة الاتّجاه نظريّاً فقط، ولا يعدّ دليلاً معتمداً للمستخدم حول ذلك، لذا من الأفضل لك استشارة أحد المختصّين في هذا المجال عندما تقرّر إنشاء نظام مشابه في منزلك، لا سيَّما أنّك ستتعامل مع مزوّد طاقة متناوبة بجهد 230 فولت (أو 110 فولت، حسب المكان الذي تعيش فيه).

مقدّمة:

نستخدم المفاتيح الكهربائيّة التي تُعدّ أدوات كهربائيّة تُستعمل لإغلاق أو فتح الدارة الكهربائيّة طوال الوقت، في منازلنا، وفي المكاتب والسيّارات والمصانع، والكثير من الأماكن الأخرى. كما تحتوي الأجهزة المستخدمة يوميًّا (الهاتف المحمول والحاسب المحمول) على عدد من المفاتيح.

هناك أنواع مختلفة من المفاتيح: مفاتيح التبديل، ومفاتيح التبديل اللحظيّة، والمفاتيح القلّابة، والمفاتيح الرقميّة، وغيرها، وتؤدّي جميعها مهمّة بسيطة، وهي إمّا قطع تدفّق التيّار الكهربائيّ، أو تحويل اتّجاه تدفّق التيّار، أي “تشغّل” أو “تقطع” الدارة. وتعدّ جميع المفاتيح المستخدَمة عادةً لتشغيل أو إطفاء الأضواء أو المراوح وما شابه أجهزةً ثنائيّة الأطراف، ولكن هناك مفتاح مميَّز يُطلق عليه اسم “المفتاح ثنائيّ الاتّجاه”، ويعدّ عنصراً مهمّاً في إنشاء نظام إنارة الدرج.

سنتحدّث أوّلاً عن مفتاح الإضاءة ثنائيّ الاتّجاه، ثمّ ننتقل إلى طريقة التوصيل بغضّ النظر عن نوع الأسلاك المستخدَمة، وهو مفتاح ذو قطب واحد وتحويلتين (SPDT) بثلاثة أطراف، وتسمّى هذه الأطراف الثلاثة عادةً: COM وL1 وL2، أو COM و1 way و2 way، ويتّصل في الحالة الأولى الطرفCOM  بالطرف L1، بينما يتّصل الطرفCOM  بالطرف L2 في الحالة الثانية.

يدعى هذا النوع من الوصل بأسلوب “القطع قبل الوصل”، فيجب أن يُقطع الوصل الأوّل قبل حدوث الوصل الثاني، وذلك على عكس طريقة عمل المفتاح الكهربائيّ العاديّ الذي يكون أداة إمّا لوصل أو فصل الدارة. وتُوضّح الصورة التالية الشكل الأماميّ والخلفيّ لمفتاحٍ منزليّ ثنائيّ الاتّجاه:

كيفيّة توصيل المفتاح ثنائيّ الاتّجاه:

كما ذكرنا في المقدّمة، يُستخدم المفتاح ثنائيّ الاتّجاه في إنارة الدرج، فبإمكانك تشغيل الإضاءة قبل صعود الدرج، ثم إطفاء الضوء ببساطة عند وصولك عن طريق المفتاح الموجود قُربَ أعلى الدرج.

هناك طريقتان للتوصيل، إحداهما طريقة قديمة لا تستخدم كثيراً في الوقت الحاليّ، والأخرى أكثر تطوّراً وأماناً، وتُستخدم في التطبيقات الصناعيّة والسكنيّة على حدٍ سواء، وسنلقي نظرة على كلٍّ منهما.

طريقة التوصيل الأساسيّة:

نستخدم في هذه الطريقة مفتاحي إضاءة ثنائيَّي الاتّجاه وثلاثة أسلاك للتحكّم. وتوضّح الصورة التالية مخطّطاً بسيطاً لطريقة التوصيل هذه:

نلاحظ في المخطّط أنّ كلا طرفي COM متّصلان ببعضهما، بينما يتّصل الطرف L1 لكلّ من المفتاحين بمزوّد الطاقة، ويتّصل الطرفان L2 بأحد أطراف المصباح المضيء، بينما يتّصل طرفها الآخر بالطرف الحياديّ لمزوّد الطاقة (neutral).

يمكنك بالاعتماد على المخطّط تصوّر كيفيّة عمل التوصيل وعمل الدارة، فيكون الضوء مطفأ في الحالة الافتراضيّة الموضّحة في الصورة أعلاه، وعند ضغط أيّ من المفاتيح، يعمل الضوء، ولإطفائه يمكن ضغط أيّ منهما. على سبيل المثال، في الحالة المذكورة آنفاً، تُوصل أطراف COM لكلّ من المفتاحين بأطراف L1، وإذا ضغطنا على المفتاح 1 ليصبح طرفه COM متّصل بالطرف L2، سيكون هناك مسار لإكمال الدارة، وعندها سيعمل الضوء، ويمكن ضغط أحد المفتاحين لإطفاء الضوء وقطع تدفّق التيّار إلى المصباح، أي سيعمل الضوء في حالتين:

• إذا كان الطرف COM للمفتاح 1 متّصل بـ L1، والطرف COM للمفتاح 2 متّصل بـ L2.
• إذا كان الطرف COM للمفتاح 1 متّصل بـ L2، والطرف COM للمفتاح 2 متّصل بـ L1.

إذا قارنّا هذا النظام بالبوّابات الرقميّة، فهو مشابه لبوّابةEx-OR ؛ إذ تعتمد حالة الضوء (ON أو OFF) على حالة أطراف المفتاحين COM المتّصلة بالأطراف L1 وL2، ويوضّح الشكل التالي جدول الحقيقة لنظام التوصيل هذا، الذي يَعتمد الخرجُ فيه (حالة الضوء) على أيّ الطرفين (L1 أو L2) متّصل بالطرف COM.

يوصى بهذه الطريقة لأنّ كلّاً من سلك التغذية والحياديّ يتبع لنفس دارة الإنارة (أو القاطع) مع أنّها تحتاج إلى أسلاك أكثر.

الطريقة البديلة لتوصيل المفاتيح ثنائيّة الاتّجاه:

يعدّ نظام التوصيل هذا نظاماً قديماً قد تجده في بعض المنازل القديمة والبيئات الصناعيّة، ويُسمّى أيضاً (نظام التحكّم بسلكين)، ونتحكّم فيه بالتوصيل باستخدام سلكين، ولا يُنصح باستخدامه في التطبيقات الحديثة، ففي حال كنت تخطّط لتركيب نظام جديد أو استبدال نظام قديم، يجب استخدام طريقة التوصيل السابقة.

• لقد ذكرنا طريقة التوصيل البديلة لزيادة المعلومات، وسنشرح عيوبها أيضاً.

 يوضّح المخطّط التالي طريقة التوصيل العمليّة للمفتاح ثنائيّ الاتّجاه بطريقة التحكّم بسلكين:

يوصل الطرفان L1 لكلا المفتاحين معاً، وكذلك الحال بالنسبة إلى الطرفين L2، ويوصل طرف المفتاح الأوّل COM بطرف التغذية، بينما يوصل طرف المفتاح الثاني COM بأحد طرفي المصباح الكهربائيّ، ويوصل طرفه الآخر بحياديّ مصدر التغذية، ويكون الضوء مطفأ في الحالة الافتراضيّة (كما هو موضّح في المخطّط)، ولكنّه يضيء عند ضغط أيّ من المفاتيح. أمّا فيما يتعلّق بالبوّابات الرقميّة، يشبه هذا النظام بوّابة Ex-NOR. ويوضّح الشكل التالي جدول الحقيقة لطريقة التوصيل البديلة، أي التحكّم ثنائيّ الأسلاك بالمفتاح ثنائيّ الاتّجاه:

مع أنّ هذه الطريقة تقلّل من عدد الأسلاك المستخدمة، إلّا أنّها لم تَعد مرغوبة؛ إذ إنّ أسلاك التغذية والحياديّ قد تتبع لدارات إنارة مختلفة (أو قواطع)، ويعدّ التداخل الكهرومغناطيسيّ أحد العيوب الرئيسة الأخرى لهذه الطريقة، ونحن نعلم أنّ أيّ ناقل للتيّار يصدر إشعاعات كهرومغناطيسيّة، ولكن في حال وَضع سلك التغذية والحيادي ضمن مسافة قريبة، فإنّهما سيلغيان الإشعاعات الصادرة عنهما، كما أنّ هناك احتمال أن تعمل هذه الأسلاك بشكل منفصل في أجزاء مختلفة من المنزل، ممّا يولّد دارة تحريضيّة كبيرة، وسيؤدّي هذا بالتأكيد إلى حدوث مشكلات تداخل بين إشارات المجال الكهرومغناطيسيّ EM والإشارات الراديويّة RF الأخرى.

مثال:

سننشئ نظاماً مشابهاً لنظام توصيل مفاتيح الإضاءة ثنائيّة الاتّجاه باستخدام مفتاحي تبديل (SPDT) وضوء LED، وفيه المفتاح ثنائيّ الاتّجاه هو مفتاح SPDT في الأساس، ويمكن عَدُّ مفتاح SPDT مفتاحاً ثنائيّ الاتّجاه لأنّ له أيضاً ثلاثة أطراف، ويعمل بشكل مشابه جدّاً له. وتُظهر الصورة التالية مفتاح تبديل SPDT مع أطرافه:

بالنسبة إلى نظام التوصيل، اخترنا الطريقة الأساسيّة للتوصيل (الطريقة الأولى، أي التحكّم بثلاثة أسلاك) مع بطاريّة ليثيوم-أيون 3.7 فولت مصدراً للطاقة، إذ عملت بشكل لا تشوبه شائبة.

الخاتمة:

يعدّ هذا المقال دليلاً متكاملاً للمبتدئين حول مفاتيح التبديل ثنائيّة الاتّجاه وطريقة عملها وتوصيلها، إضافةً إلى مخططات التوصيل.

---