المنصة ava 4000 هي ما سنتكلم عليها في هذا الوثائقي حيث تُصنَّف منصات الحفر بين أكبر المنشآت على وجه الأرض. وكي تتمكن هذه المنشآت من الصمود في وجه العواصف والأمواج، وغالبا حتى في وجه الزلازل البحرية وكتل الجليد، يتم بناؤها بهذه الضخامة، كما يتم تثبيتها جيدا في قاع البحر. وتتمثل الطرز الرئيسية منها بمنصات ذات رداء فولاذي «جاكيت» (في اليسار) ومنصات «القوة التثاقلية» المصنوعة من الخرسانة والخرسانة المسلحة (في الوسط) ومنصات «نصف الغاطس» المثبتة بحبال مشدودة (في اليمين). ويرتكز جسم المنصة ـ الذي يحمل الروافع ومهبط الطائرات السمتية وغرف العاملين وتجهيزات استخراج النفط ووحدات توليد الطاقة ـ على البنى التحتية المؤلفة من الخرسانة المسلحة. هذا ويتم تجهيز هذه المكوِّنات في الممرات المائية، ومن ثم إحضارها إلى الموقع المطلوب وتركيبها تنتمي منصات التنقيب عن النفط إلى أكبر وأضخم المنشآت، التي جرى تشييدها حتى الآن. وتتميز المنصات المصنوعة من الصلب في بحر الشمال، البالغ عددها 400، ببنائها الشبيه ببرج إيفل في باريس، وتزن مجتمعة نحو 3.7 مليون طن، وهذا يعادل وزن السيارات القديمة التي يتم التخلص منها في ألمانيا على مدى عام ونصف العام. يضاف إلى ذلك 25 منشأة بحرية استخدم لتشييدها 8.7 مليون طن من الخرسانة المسلحة بالصلب، أي ما يزيد على ضعف ما استخدم في تشييد أكبر بناء في مدن أوروبا قاطبة (وهو يقع في ميدان بوتسدام ببرلين) هذا ويستخدم في إنشاء أكبر منصة من هذا النوع نحو مليون طن من الأسمنت
أصبحت الطاقة الشمسية في الآونة الأخيرة مصدر للطاقة البديلة نظراً للتذبذب بأسعارالنفط / الفحم..والتلوث البيئي الناجم عنها من قضايا الاحتباس الحراري وزخم الانبعاثات الناجمة عن عمليات الاحتراق ومن زيادة في الطلب على الطاقة وارتفاع تعرفتها من حين لآخر …
وكما نعلم أنّ الطاقة الشمسية هي الأهمْ توجهاً حالياً لما تحمله من ميّزات :: فهي تشكل مصدر مجانيّ للوقود الذي لا ينضب وما تحمله من طاقة هائلة, بحيث أنّ حجم الشمس يعادل 333 ألف مرة حجم الأرض وبحيث أنّ مقدار الاشعاع الشمسي الواصل للأرض يعادل (174PW)بيتاواط فهو مصدر موجود بوفرة ويمكن استغلاله في أيّ مكان , عدا عن ذلك فهي طاقة نظيفة ، بحيث انها لا تنتج أيّ نوعمن أنواع التلوث البيئيّ بالإضافة لذلك أنّ أنظمتها لا تحتاج لتدخلات حكومية كبيرة .. أو “كبار” المستثمرين كما لوكنت بحاجة لبناء سد كبير أو محطة نووية أو مزرعة رياح لتوليد الكهرباء وأيضاًهناك الكثير , ونظراً لذلك فهي تعد أكبرمصدرللطاقةالمتجددة في العالم .
ومثال جيد على هذه التطبيقات حقول لتوليدالطاقة الكهربائية , بحيث أنّ الإشعاع الشمسي الواصل للخلايا الشمسية يكون كبير جداً .. , لذلك نرى أنّ قيمة التيار الناتج عن هذا النظام نتيجة تركيز حرارة الشمس يكون عالٍ جداً huge current leakage مما يؤدّي إلى تشويش إشارات التحكم للمعدات المرتبطة به, وبالتالي في هذه الحالة فانّ العزل الجلفاني مهم جداً لحماية الأجهزة والمعدّات ولذلك قامت بعض الشركات في الآونة للأخيرة باستخدام ما يُعْرَفْ بِFiber-optic“الألياف البصرية” وذلك لِتوفير العزْل الجلفاني حماية المعدّات وبالتالي ضمان الجودة والموثوقية للنظام بالإضافة لذلك فإنّها تغطي مسافات أكبر مقارنة مع الأسلاك النحاسية بحيث أنّ ذلك مهم جداً في الأنظمة التي تغطي مساحات واسعة بالإضافة لذلك فهي تتحكم بِ tracking capabilities للنظام الشمسي .. وما يميّزها في هذه الأنظمة ذات المساحات الكبيرة أننا بحاجة للتحكم بكافة الخلايا الشمسية من رصد حركتها و مراقبتها وذلك لا يتم إلّا مع كابل الألياف البصرية .
ولما تحمله الألياف البصرية من مزايا أدّى ذلك إلى ادخالها لعمل التحسينات العملية المرادة لنظام أو لتطبيق معين بطريقة مبتكرة ….
مرور تفصيلي سريع
** مكونات ::
1) القلب(Core) :هو مركز الألياف وينتقل الضوء عبره .
2) الغلاف’الحاجب’(Cladding) :وهو المادة المحاطة بالقلب ومهمتها أن تعكس الضوء الخارج من القلب وتعيده إليه وذلك من خلال عملية “الإنعكاس الكلي الداخلي“والتي توفّرالسيطرةعلى(الزاوية التي تنتقل بها الموجات)مما يمكّن التحكم في أن تصل الموجة إلى وجهتها بكفاءةوهي أساس توجيه الضوء في الألياف
3) غطاء الحماية “الواقي “ (Buffer Coating) : هو المسؤول عن حماية الألياف من الضرر و الكسر والمؤثرات الجوية .
4) الغلاف (Jacket): هو الغطاء الخارجي للكابل ; بحيث أنّ “الكابل” يحوي ع. “حزم” ; ومجموعة الكوابل يشكل “ليف ضوئي” .
وكما ذكرنا سابقاًأنّ هناك ميّزات دعتنا لاستخدامها,ولكن ع. وجه تفصيلي أكثر: توفر عدم التداخل(interference) في نقل الإشارات وبالتالي العزل الجلفاني .. ونرى ذلك بوضوح في النظام الشمسي, وسيتم طرحه بنظرة تفصيلية::
وكما نعلم أن النظام الشمسي ( الحقول الشمسية ) نظام قائم على تحويل الطاقة عن طريق الوحدات الضوئية من الضوء المباشر إلى كهرباء وعلى وجه التخصيص يكون هذا النظام مجهز بميّزات ذكية لمراقبة وضع الخلايا وأدائها من اتجاه الألواح والتحكم في output الخرج الكهربائي والحرارة ..
ما يميّز (الحقول الشمسية) بأن الإشعاع الشمسي يكون مركزي نحو الخلايا بالتالي كمية الحرارة الممتصة من قبل الخلايا تكون كبيرة جداً ممّا يؤدي إلى أنّ إنتاج الخلايا يكون كبير للطاقة الكهربائية
وبسبب هذه التيارات العالية high switching voltage and current المنقولة خلال الأسلاك النحاسية سيتشكل (fieldEM) مجال كهرومغناطيسي عالٍ ولذلك نرى أنّ المعدات المستخدمة switchgear transformers, circuit breakers تتلائم مع الخرج الكهربائي العالي وبالتالي لو كانت هناك أسلاك بذات الوقت ناقل لإشارة أخرى عدا إشارة الطاقة لحدث تداخل وتشويش ..
ولمنع حصول ذلك من تداخل أو تشويش وبالتالي التأثير السلبي على المعدات المرتبطة بها مما دعا الباحثين للتوجه لحلول للتخلص من هذا العائق ووجدوا أنه من أهــم هذه الحلول التوجه لاستخدام (fiber)بحيث أنه الحل الأمثــل لضمان عدم تأثير المجال الكهرومغناطيسي على وضعية الاتصال والتحكم , فهي مستخدمة خاصة في الأنظمة ذات المساحات الكبيرة لتوفير الميزات الذكية التي ذكرت سابقاً , ونظراً إلى أنّها مصممة لنقل الإشارة الرقمية فهي غير قابلة للاشتعال نظراً لعدم مرور التيار الكهربائي بها وبذلك فإنه يوفر جودة عالية للنظام ..
وبذلك نرى أنّه يلعب دور (ناقل التحكم) أمّا الأسلاك فهي (ناقل للطاقة) مما يوفر موثوقية أعلى أداء أفضل حماية أكبر للنظام الشمسي ..
الهندسة العكسية موضوع متشعب جداً ويثير الجدل كثيراً
لكن ما هي الهندسة العكسية ؟
الهندسة العكسية هي مصطلح او مفهوم يعني ( دراسة او اكتشاف نظام معين دون العلم بتفاصيله التصميمية و التصنيعية من اجل فهم و ادراك الية وطريقة عمل هذا النظام ومكوناته المادية والبرمجية لاغراض متعددة ) وهذا النظام يمكن ان يكون اي شئ الة مكنيكية او جهاز إلكتروني او برنامج حاسوبي اي نظام يخطر في بالك
باختصار الهندسة العكسية هي ان تقوم بتفكيك نظام معين وما يهمنا هنا هو الاجهزة الإلكترونية فهذا يعني ان نقوم بدراسة جهاز معين لنعرف طريقة عمله من ناحية المكونات المادية الهاردوير والمكونات البرمجية إن وجدت من اجل تصنيع جهاز مشابه له او فهم طريقة عمله او معرفة التقنية المستخدمة فيه
لكن لماذا نقوم بعملية الهندسة العكسية ؟
القيام بعملية الهندسة العكسية له اسباب كثيرة جداً منها ما هو مشروع وقانوني ومنها ما هو غير مشروع وغير قانوني
مثلاً اذا فقدت شركة ما ملفاتها التصميمية لجهاز ما والمهندس المصمم لهذا الجهاز غير متواجد او لا يمكن الوصول اليه وارادت الشركة التعديل علي هذا الجهاز او تطويره فهنا يتوجب علي المهندس المسؤول القيام بهندسة عكسية لهذا الجهاز لاكتشاف مكوناته وطريقة توصيلها مع بعض ثم التعديل عليه
وكذلك بعض الشركات تقوم بعملية هندسة عكسية لاجهزة الشركات المنافسة حتي تتعرف الي مدي التطور الذي وصلت له الشركات المنافسة والتقنية التي تستخدمها
كذلك بعض الدول تقوم بعملية الهندسة العكسية للتجسس علي التقنيات التي توصلت لها الدول الاخري
كذلك يمكن القيام بالهندسة العكسية لاغراض تعليمية من اجل فهم واستيعاب طريقة عمل بعض الاجهزة
وكذلك عندما نريد صنع جهاز محمي بحقوق ملكية نقوم بعمل هندسة عكسية عليه لفهم الية عمله ثم تصنيع جهاز مشابه له في طريقة العمل لكن بمكونات من اختيارنا و دوائر من تصميمنا حسب فهمنا للجهاز الذي قمنا بعملية هندسة عكسية عليه وبذلك نكون قد خرجنا من مازق حقوق الملكية
واكثر مجال تنتشر فيه الهندسة العكسية هو مجال البرامج الحاسوبية من اجل فهم الية عمل البرنامج من اجل صنع برنامج مشابه له او من اجل كسر تشفير هذا البرنامج او من اجل تكريكه
ومن اكثر الدول التي استفادت من عملية الهندسة العكسية هي دولة الصين كنموذج و توصلت الي ما وصلت اليه اليوم
كيف يمكننا ان نستفيد من عملية الهندسة العكسية في العالم العربي ؟؟
كم من جهاز نستخدمه في حياتنا اليومية او نراه ونعتقد انه في غاية التعقيد لكن هل تاملنا يوما في هذه الاجهزة ومبدأ عملها و مكوناتها وامكانية تصنيعها
بالتاكيد هنالك اجهزة كثيرة ليست بذلك التعقيد الذي نعتقده وبقليل من التامل والتفحص يمكننا ان نصل إلي الية عمل هذه الاجهزة ثم الشروع في تصميم انظمة مشابهة لها والشروع في تصنيعها
من اجل القيام بهندسة عكسية احياناً نقوم بشراء نموذج من الجهاز الذي نريد تصنيعه ثم نقوم بتفكيكه ودراسته ثم محاولت صنعه
دعوني اضرب لكم مثال علي جهاز يمكن بسهولة ان نجري علية عملية الهندسة العكسية
اعتقد ان الجميع يعرف انظمة الحضور والانصراف التي تعمل عن طريق بصمة الاصبع التي تستخدمها الكثير من المؤسسات
دعونا نفكر في مكونات هذا الجهاز وطريقة عمله مع العلم انني لم اقم بدراسة هذا النظام من قبل او التعرف عليه من قرب لكن دعونا نستخدم خيالنا الهندسي وخبرتنا لتحليل الية عمل هذا الجهاز
اولا من ما يظهر لنا في الخارج اننا نحتاج الي قارئي بصمة و لوحة مفاتيح وشاشة رسومية او حرفية
قارئي البصمة من اجل اخذ البصمة من المستخدم و لوحة المفاتيح من اجل التحكم في ضبط الجهاز واعطائه الاوامر واختيارا وضع التشغيل وغيره
الشاشة من اجل تواصل المستخدم مع النظام واظهار الرسائل من النظام للمستخدم
حسناً دعونا ندخل الي داخل الجهاز ونتخيل ماذا يمكن ان يوجد داخله
يمكن ان يحتوي علي متحكم دقيق للتحكم في تشغيل النظام
يجب ان يحتوي المتحكم علي محول من تماثلي الي رقمي لان قارئي البصمة غالباً سوف يعطي اشارة تماثلية
عند اخذ البصمة من المستخدم يجب مقارنتها مع صورة لبصمات المستخدمين مخزنة في ذاكرة النظام
اذاً سوف نحتاج الي ذاكرة لنحفظ فيها بصمات المستخدمين
قد نحتاج الي توصيل الجهاز مع الحاسوب اذاً نحتاج الي وصلة سيريل او اي نوع اخر من انواع التوصيل بين المتحكم و الحاسوب
قد نحتاج الي سماعة صغيرة لإعطاء تنبيهات صوتية
الان يجب ان ندرس طريقة توصيل هذه المكونات مع بعض وكيف يمكن ان تتواصل مع بعضها طبعاً قد يكون هنالك بعض المكونات الاخري الصغيرة مثل المقاومات والمكثفات وغيره من اجل تشغيل هذه العناصر الاساسية
لكن هذه هي الصورة العامة التي يمكن ان نتخيلها للهاردوير لهذا النظام
العملية ليست بذلك التعقيد اليس كذلك لكنها تختلف من جهاز لاخر
هذا ما اتصوره عن هذا الجهاز فهل لديكم تصور اخر عنه
هذا فقط جانب الهاردوير وهنالك جانب البرمجة
ايضاً يمكن ان نفكر فيه بنفس الطريقة ننظر ماذا نريد ان يفعل لنا النظام ثم نقوم بكتابة ذلك برمجيا وقد نحتاج الي برنامجين واحد للمتحكم الدقيق والاخر علي الحاسوب
باختصار هذا هو مفهوم الهندسة العكسية ولاستيعاب حجم وتاثير هذا المفهوم انظر الي ما توصلت اليه الصين مع انه لها انظمة من تصميمها لكنها تاثرت بالهندسة العكسية كثيراً وتعتبر المثال الابرز
شاركونا برأيكم حول هذا المفهوم وكيف يمكن الاستفادة منه في العالم العربي
ADC = Analog to Digital Converter
ASIC = Application Specific Integrated Circuit
CPU = Central Processing Unit
DSP = Digital Signal Processor
DVB-T = Digital Video Broadcasting – Terrestrial
FFT = Fast Fourier Transform
FIR = Finite Impulse Response
FPGA = Field Programmable Gate Array
GPU = Graphical Processing Unit
IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers
LNA = Low Noise Amplifier
LO = Local Oscillator
MAC = Multiply ACcumulate
RFIC = Radio Frequency Integrated Circuit
SDR = Software Defined Radio
SNR = Signal to Noise Ratio
1- المقدمة
بحسب الـ IEEE، يعرف الـ SDR على أنه “راديو فيه بعض أو كل وظائف الطبقة الفيزيائية (physical layer) محددة برمجياً”، بمعنى أن بعض أو كل الوظائف قابلة للبرمجة. كلمة برمجة هنا كلمة عامة، فمثلاً إمكانية تغيير مستوى الطاقة (power level) الصادرة هو شكل من أشكال القابلية للبرمجة، أما إمكانية تغيير شكل الموجة (waveform) الصادرة بحد ذاتها فهذا شكل آخر ويشكل مستوى أعلى من السابق من حيث القابلية للبرمجة، وهكذا.
ظهر مصطلح Software Defined Radio لأول مرة عام 1991، إلا أن هذه التقنية لم تصبح شائعة إلا في العقد الأخير نظراً لأن المعالجات (تحديداً FPGA) أصبحت رخيصة الثمن وفي متناول أي هاوٍ أو باحث.
الميزة الكبرى للـ SDR هي، بالطبع، قابليته للبرمجة. تخيل أن لديك جهاز راديو لاستقبال محطات الـ FM. تقليدياً، لا يمكنك استخدام الجهاز لأي غرض آخر. لكن إن كان لديك SDR، فيمكنك أن تبرمجه ليعمل كمستقبل/مرسل لتقنيات الـ FM، Cellular، GPS أو حتى لاستقبال بث محطة الفضاء الدولية، الأمر الوحيد الذي يمكن أن يقيدك هو نطاق التردد (Frequency Range) ومعدل نقل البيانات (Bandwidth) الخاص بالـ Front End. أحياناً قد تشكل قدرة المعالجة عائقاً أيضاً.
الشكل أدناه يوضح المخطط العام لأي جهاز راديو. ما يميز الـ SDR هو أن مرحلة المعالجة تتم باستخدام شرائح رقمية (digital chips) قابلة لإعادة البرمجة مما يتيح إمكانية التحكم بالراديو كيفما نشاء. يظهر أيضا في الشكل مكونات أخرى كالـ Bandpass Filter و LNA و Downconverter و Low Pass Filter. هذه المكونات أساسية في أي جهاز راديو سواء SDR أو غيره. يمكن تقسيم المكونات إلى ثلاث أقسام: الهوائي Antenna، الـ Front-End وأخيراً المعالج.
إن ما يعطي الـ SDR قابلية البرمجة programmability هو استخدامه لـ general processors بدلاً من specific processors. الأمثلة على الأولى هي الـ CPU, FPGA بينما الأمثلة على الثانية هي ASIC. بالطبع لكل نظام مميزات وعيوب. (المميزات والعيوب التي سنذكرها هي عامة لأي تطبيق وليست خاصة بالـ SDR). ميزة الـ ASIC هي السرعة النسبية، وذلك لأن الشريحة قد تم تصميمها خصيصاً لتطبيق واحد، مما سمح للمصممين بعمل optimization للسرعة وأحياناً للـ power أيضاً. ميزة الـ FPGA و CPU هي قابلية البرمجة. لاحظ أن ميزة أيّ من النظامين هي في نفس الوقت عيب للآخر: الـ FPGA أبطأ نسبياً والـ ASIC غير قابلة للبرمجة.
2- المعالج Processor
عند الحديث عن المعالجات القابلة للبرمجة، هناك عدة تقنيات تتبادر إلى الذهن. بداية، هناك الـ CPU، وهذه التقنية موجودة في جميع أجهزة الحاسوب والهواتف الذكية، إلا أن عيبها هو أنها تعمل بشكل sequential وليس شكل parallel. التقنية الأخرى هي GPU ورغم أن هذه التقنية تعمل بشكل parallel إلا أنها مُحسّنة (optimized) للاستخدام في معالجة الرسوميات (graphics). المنافس الأقرب للـ FPGA هو الـ DSP، ورغم أنها تعمل بشكل sequential إلا أنها صممت لتسريع خوارزميات كالـ FFT والـ FIR Filter والتي تعتمد على حسابات مخصصة كالـ MAC، مما يجعلها خياراً مناسباً لكثير من التطبيقات، لدرجة أن بعض الـ SDR تحتوي على كل من الـ FPGA والـ DSP معاً. إضافة إلى ذلك، بعض الـ FPGAs تحتوي على DSP slices بشكل مدمج.
سنخصص الحديث عن الـ FPGA نظراً لأنها الأوسع انتشاراً في الـ SDR. لسنا هنا بمعرض الحديث عن تفاصيل هذه التقنية فهذا ليس هدفنا، لكن نريد أن نعرف ما هي أهم الخصائص المميزة وبالتالي ستستطيع المقارنة بين SDR وآخر. سنأخذ منتجات شركة Xilinx الأمريكية كمثال نظراً لأنها تمتلك الحصة السوقية الأكبر في العالم، إلا أن ما سنتناوله ينطبق على منتجات أي شركة أخرى. السبب الوحيد الذي يدفعنا لاختيار مثال محدد هو أننا نريد ربط النظرية بالواقع. الراديو USRP B200 يحتوي على معالج FPGA من نوع XC6SLX75، مواصفاته كالتالي:
• الخاصية الأولى لأي FPGA هي سعتها. بما أننا نتحدث عن Gates إذن من المنطقي أنه كلما زاد عدد الأخيرة كلما توفرت لنا – بشكل عام – قدرة معالجة أكبر. سنعبر عن الـ Gates بوحدة Logic Cell والتي في حالة عائلة المنتجات Spartan 6 تشكل 6-input logic circuit. في مثالنا هنالك 75000 خلية منطقية.
• الخاصية الثانية هي الـ RAM. لاحظ أن الـ RAM المدمجة في الـ FPGA سعتها قليلة وهي موجودة للعمليات التي تحتاج سرعة أكبر (lower latency)، من الشائع جداً استخدام RAM خارجية، مثلاً الكثير من الـ SDR تحتوي على 1 GB DDR2 RAM خارجية. في مثالنا هنالك حوالي 3MB RAM.
• الخاصية الثالثة هي الـ DSP slices. في مثالنا هنالك DSP slice 132 كلُ منها يحتوي على 18×18 multiplier. تعمل هذه الـ slices بسرعة 390 Mhz.
• الخاصية الرابعة هي الـ I/O. في هذا المثال هناك قرابة الـ 400 I/O.
• الخاصة الخامسة هي السرعة. لاحظ أننا هنا لا نستطيع الحديث عن السرعة بنفس الطريقة التي نتحدث فيها عن سرعة المعالج، فالأمر هنا يعتمد على التطبيق أكثر من اعتماده على الـ Hardware. لذلك إن تصفحت الـ datasheet لن تجد السرعة مذكورة بشكل واضح. على أي حال، الـ FPGA في هذا المثال يمكنها أن تصل إلى سرعة 400MHz لكن مرة أخرى هذا يعتمد بشكل مباشر على التطبيق لدرجة أنك ستجد هذا الرقم غير مفيد أساساً. أمر آخر يجب ذكره هو الـ speed grade. في حالة عائلة منتجات Spartan-6 فإن -1 هي الأبطأ و -3 هي الأسرع. طبعا الشركة تذكر هاتين الكلمتين بشكل نسبي ولا تقدم أي رقم محدد للسرعة. لاحظ أن فرق السرعة قد يعكس فرقاً بالسعر يصل إلى 10 دولارات في هذا المثال، حيث يتراوح السعر بين 95 و 105 دولارات.
بهذه النبذة السريعة يمكنك معرفة الفرق بين الـ SDRs المختلفة.
3- الـ Front-End
في القسم رقم 2 شرحنا أحد المكونات الثلاثة لأي SDR. في هذا القسم سنتطرق فقط للمكون الثاني وهو الـ Front End.
كمثال، الراديو USRP B200 يحتوي على Front End (تسمى أيضاً RFIC) من نوع AD9361 من شركة Analog Devices الأمريكية. حيث أننا قد ذكرنا خصائص المعالج أعلاه، سنذكر هنا أهم خصائص الـ Front End تلك، وكما سبق أن وضحنا، فالخصائص عامة والفكرة تنطبق على أي Front End آخر مع تغيير الأرقام.
• الخاصية الأولى هي النطاق الترددي. في مثالنا، 70MHz إلى 6GHz، لاحظ أن هذا النطاق يشمل تقنيات الـ FM، GSM، 3G، WiFi وحتى WiMAX.
• الخاصية الثانية هي الـ Bandwidth. في هذا المثال من 200kHz وحتى 56MHz، للمقارنة لاحظ أن الـ bandwidth المطلوب للـ DVB-T لا يتجاوز 8 MHz.
• الخاصية الثالثة هي الـ Sampling rate والـ Resolution (وهي مرتبطة بالخاصية الثانية). في هذا المثال هناك ADC بقدرة 61.44M sample/s ودقة 12-bits.
• الخاصية الرابعة هي القدرة المرسلة Transmit Power، ورغم أنك تستطيع نظرياً استخدام amplifier خارجي إلا أن هذه الخاصية ما تزال مهمة. في هذا المثال يمكنك الإرسال بقدرة حتى 10dBm.
• الخاصية الخامسة هي الـ Noise Figure للمستقبل، وهي مقياس على الانحطاط (degradation) في الـ SNR الذي يسببه مكوّن ما من مكوّنات الراديو. بالطبع كلما كان الانحطاط أقل كلما كان أفضل. في هذا المثال لدينا 2dB. انتبه إلى أن الـ Noise Figure للراديو ككل قد يختلف، ففي مثال الـ USRP B200 لدينا 8dB.
بالطبع هناك خصائص أخرى كثيرة لكن لعل ما ذكرناه يشكل أهم الخصائص.
4- الهوائي Antenna
ليس هناك الكثير لذكره هنا، فما ينطبق على أي نظام اتصالات ينطبق أيضاً على الـ SDR دون أي تغيير. لكن عموماً، من الجدير بالذكر أنه مؤخراً أصبحت تقنية الـ MEMA تستخدم لعمل مكونات الراديو المختلفة بما في ذلك الهوائي، وهذا يجعل الهوائي قابلة للبرمجة هو الآخر (البرمجة هنا بمعنى radiation patter reconfigurability و polarization control).
5- البرمجة Software
الميزة الأساسية للـ SDR هي قابليته للبرمجة، إذن من الطبيعي أن يكون هناك برنامج معين نستخدمه. هناك بشكل عام ثلاث برامج هي الأكثر شيوعاً. لاحظ أنه نظراً لوجود SDRs مختلفة في السوق، فبعضها قد يدعم برنامجاً معيناً دون الأخر.
• MATLAB. بالتحديد .Simulink سيلزمك الـ toolbox خاص بالـ communication، وأيضاً الـ toolbox المسمى HDL Coder (والخاص بالتواصل مع الـ FPGA)، إضافة إلى الـ Driver الخاص بالمنتج.
• LABVIEW. هذا أيضاً برنامج آخر شائع. مجدداً، يلزمك Add on خاص بالـ communication وآخر خاص بالـ FPGA، إضافة للـ Driver.
• GNURADIO. البرنامج المفضل للهواة وكثير من الباحثين على حد سواء. كما هو واضح من الاسم فهذا البرنامج مجاني ومفتوح المصدر، يعمل على أنظمة Linux. يمكن اعتبار هذا البرنامج مشابهاً للـ Simulink مع دعم للـ communication فقط.
6- منتجات تجارية
سنتناول هنا مثالين اثنين، الأول هو الأكثر شيوعاً بين الهواة، والثاني هو الأكثر شيوعاً بين الباحثين.
أ. RTL-SDR
ذكرنا وجود عدة معالجات يمكن استخدامها، منها الـ CPU والـ FPGA. في حالة استخدام الـ CPU يمكنك ببساطة استخدام جهاز الحاسوب الذي أمامك. كل ما تحتاجه هو Front-End و Antenna. لاحظ أن استخدام الحاسوب كـ SDR ينحصر على الهواة فقط، جميع التطبيقات التجارية والعلمية تستخدم الـ FPGA إلا ما ندر.
الـ Front-End المستخدمة هي شريحة تسمى RTL2832U من إنتاج شركة Realtik التايوانية، وهي نوع من الـ TV Tuner بتقنية DVB-T المستخدمة في أوروبا وأستراليا ومصر والسعودية ودول أخرى، لاستقبال بث التلفاز الرقمي (أي يمكن اعتبارها “كرت تلفزيون”). هناك بالطبع أنواع أخرى لكن هذه هي الأشهر بين الهواة، نظراً لأن سعرها بالكاد يتجاوز الـ 20 دولار (أنظر المرجع رقم 3). يمكن وصل هذا الـ Tuner أو الـ Dongle كما يحب الهواة تسميته، مباشرة عبر منفذ الـ USB الخاص بالحاسوب. هناك موقع مفيد جداً مخصص لكل ما يتعلق بهذا الـ SDR: www.rtl-sdr.com
خصائص هذه الـ Front-End غير محددة بشكل دقيق نظراً لأنها مخصصة للاستخدام في تطبيق واحد هو DVB-T إلا أن استخدامها في تطبيقات أخرى هو نتاج إبداع مجتمع الهواة. عموماً، تم استخدامه في تطبيقات بتردد يصل إلى 1700MHz.
ب. USRP
هذه عائلة منتجات من شركة Ettus Research الأمريكية (والمملوكة لشركة National Instruments). تعتبر هذه المنتجات هي الأوسع انتشاراً في الوسط العلمي للأغراض البحثية، نظراً لقدراتها العالية ولكون كل ما يتعلق بها (كالـ Drivers مثلاً) مفتوح المصدر (open source). يتراوح سعر هذه المنتجات بين 500 إلى 1000 دولار تقريباً، ورغم أن هذا يبدو وكأنه رقم كبير إلا أنك عند قراءة قسم التطبيقات ستعلم أن هذا السعر رخيص جداً مقابل ما يمكنك فعله.
أحد أحدث أجهزة الراديو من هذه العائلة هو الـ USRP B200 ويبلغ سعره 675 دولار. المعالج المذكور في قسم 2 هو المعالج المستخدم في هذا الراديو، والـ Front End هو الذي ذكرناه في القسم 3، ولذلك ليس هناك المزيد لذكره هنا.
7- تطبيقات
سنذكر هنا عدة تطبيقات بشكل مختصر، للتفاصيل يمكن زيارة المواقع المذكورة في كل حالة. لمزيد من التطبيقات يمكن البحث في الموقع http://www.rtl-sdr.com/category/article/.
• استقبال صور القمر الصناعي NOAA الخاص بالأرصاد الجوية. مرة أخرى باستخدام RTL-SDR وبرامج للـ decoding مذكورة في المرجع 7، إضافة إلى تفاصيل أخرى.
• تحليل بيانات الـ GSM غير المشفرة. في المرجع 6 هناك شرح مفصل يوضح كيفية تلقي معلومات الـ signaling الخاصة بشبكة GSM وعرضها باستخدام RTL-SDR وجهاز حاسوب، وهوائي مناسب. البرنامج المستخدم لعمل الـ decoding هو Airprobe وهو مجاني. لاحظ أن بيانات المكالمات والرسائل مشفرة ولا يمكن عرضها.
• استقبال بث الـ AM. هنا تم استخدام USRP موصول بالحاسوب وتم عمل الـ decoding على الـ MATLAB. التفاصيل في المرجع 8.
• تحديد زاوية الوصول Angle of Arrival لإشارة راديو معينة. باستخدام وحدتين في موقعين معروفين، يمكنك تحديد مكان جهاز Radio باستخدام حساب المثلثات. يمكنك البحث عن هذا المفهوم على الانترنت ضمن الكلمة المفتاحية RF Localization. هذا المثال يستخدم USRP. التفاصيل في المرجع 9.
شكر وتقدير: نشكر م. عبدالله الشيخ علي على مراجعته للمقال.
النظام الالكتروني ببساطة هو ترابط مادي بين مكونات الكترونية ويقوم باجراء عملية معينة عليها باستخدام الطاقة الكهربائية للحصول على الاستجابة المرغوبة او للتحسين من خواص الاشارة المدخلة والتعديل عليها وذللك ممكن ان يكون عن طرق استخدام خط تغذية راجع من المخرجات ويمكن التحكم بهذه العملية باستخدام اجهزة الاستشعار.
فالنظام باختصار يتكون من مدخلات وعملية معالجة لهذه المدخلات ومخرجات وبعضها يوجد فيها خط تغذية راجع وهذه تسمى بالانظمة المغلقة.
يمكن تمثيل الانظمة بطرق عديدة رياضيا او وصفيا او تخطيطيا وغيره وعموما يتم تمثيل الأنظمة الإلكترونية بشكل تخطيطي على شكل سلسلة من كتل مترابطة و كل كتلة لها مجموعتها الخاصة من المدخلات والمخرجات, ونتيجة لذلك ، حتى انظمة التحكم الأكثر تعقيدا يمكن أن تكون ممثلة من قبل مجموعة من كتل بسيطة وهذا يعرف باسم” تمثيل الوحدات ” او “Block –Diagram Presentation”
التمثيل بمخطط الوحدات لنظام الكتروني بسيط
كما نلاحظ في الرسم الأنظمة الإلكترونية تتكون من مدخلات ومخرجات أو النواتج التي يتم إنتاجها عن طريق معالجة المدخلات. أيضا ، اضافة الى ذلك ان اشارة الدخل هي السبب في التغير الطارئ على هذا النظام والمخرجات هي الاثر او نتيجة هذا التغيير. وبعبارة أخرى ، يصنف نظام إلكتروني باسم ” السببية ” في الطبيعة لما له من علاقة مباشرة بين مدخلاته و مخرجاته وتحليل النظم الإلكترونية و نظرية التحكم تستند بشكل عام إلى هذا السبب وهذا التأثير.
على سبيل المثال في نظام الصوت ، الميكروفون هو( جهاز الإدخال ) يسبب موجات الصوت لتحويلها إلى إشارات كهربائية لمكبر للصوت للتضخيم (عملية ) ، و مكبر الصوت هو ( جهاز الإخراج ) يستخرج الموجات الصوتية كأثر.
ولكن النظام الإلكتروني لا يلزم أن يكون عملية واحدة بسيطة. فإنه يمكن أن يكون الربط بين العديد من النظم الفرعية التي تعمل معا ضمن النظام العام نفسه . نظام الصوت لدينا يمكن ان يكون على سبيل المثال، مكون من مشغل الأقراص المدمجة او مشغل (MP3) أو جهاز استقبال لاسلكي كمدخلات متعددة إلى مكبر للصوت الذي يحرك بدوره واحد أو أكثر من مجموعة من ستيريو أو مكبرات الصوت.
انواع الانظمة الالكترونية
الأنظمة الإلكترونية تعمل على اشارات مستمرة الزمن (CT) أو إشارات متقطعة الزمن (DT) .
الانظمة ذات الزمن المستمر – Continuous-time systems- :
النظام المستمر هو الذي يتم تعريف إشارات الدخل على فترة متصلة من الزمن , ولكن الإشارة في الوقت المستمر يمكن ان تكون دورية تتغير في فترة زمنية تسمى T او تكون غير دورية.
على سبيل المثال، درجة حرارة الغرفة ويمكن ان تصنف على انها إشارة وقت مستمر. ويمكن أن نمثل إشارة الوقت المستمر باستخدام المتغير المستقل t للدلالة على الزمن ، و نمثل إشارة الدخل x(t) input و اشارةالخرج y(t) output على فترة من الزمن t.
عموما، فإن معظم الإشارات الموجودة في العالم المادي تميل إلى أن تكون مستمرة الزمن, على سبيل المثال :الجهد، ودرجة الحرارة، الضغط، السرعة، الخ
النظام ذو الزمن المتقطع – Discrete-time system- :
النظام المتقطع الزمن هو الذي يتم تعريف إشارات الدخل على فترة متقطعة من الزمن أي عند نقاط معينة على الفترة الزمنية N على سبيل المثال درجة حرارة الغرفة الساعة 1 ص و 2ص و3 ص وهكذا حتى مثلا الساعة 7 صباحا وكذلك يمكن ان تكون دورية او غير دورية.
ويمكن أن نمثل إشارة الوقت المتقطع باستخدام المتغير المستقل n ،للدلالة على الزمن و يكون عدد صحيح ، و نمثل إشارة الدخل x(n) input ،و اشارةالخرج y (n) output على فترة من الزمن n.
الربط بين الانظمة :
كما ذكرنا ان الانظمة المعقدة مكونة بالاساس من عدة انظمة فرعية بسيطة وهذه الانظمة تكون مترابطة مع بعضها البعض اما على التوالي او التوازي.
ربط الانظمة بالتوالي :
كما نلاحظ بالرسم ان مخرج النظام الفرعي الاول يكون مدخل للنظام الفرعي الثاني ونلاحط ان مخرج النظام الاول هو نفسه مدخل للنظام الثاني أي ان (Y1(t)=X2(t
ملاحظة: G1(s) or Transfer Function هي علاقة رياضية تربط المدخلات مع المخرجات او هي حاصل قسمة المخرج Y على المدخل X وبذلك يكون (Y1(s)=X1(s) G1(s
وكذلك بالنسبة للنظام الثاني (Y1(s)=X1(s) G1(s
وبالتالي مخرج النظام الكلي يساوي (Y(s)=X1(s)G1(s)G2(s
ربط الانظمة بالتوازي
كما نلاحظ بالرسم ان كل نظام يستقبل نفس الاشارة المدخلة ويجري عليها عملية المعالجة والمخرج الكلي هو عبارة عن مجموع مخرجي النظامين
((y(s) = x(s) . (G1(s) + G2(s
النظام ذو خط التغذية الراجع:
هذا النظام كثيرا تصميم الانظمة الالكترونية ليساعد في الوصول الى حالة الاستقرار والاتزان ولزيادة القدرة على التحكم في النظام وهو ما يسمى غالبا بنظام الحلقة المغلقة حيث ان المخرج يعود ليغذي النظام مع الدخل.
مثال:
نظام التدفئة بالمنزل يكون مزود بثيرموستات لقياس الحرارة وهو يمثل خط التغذية الراجع للنظام ويتم مقارنة درجة حرارة الغرفة بالحرارة المطلوبة فاذا حققت الحرارة المطلوبة يتم ايقاف الجهاز واذا انخفضت عن الحرارة المرغوبة يتم تشغيل الجهاز وبذلك لدرجة عالية من التحكم في حرارة المنزل.
خلاصة:
تعرفنا ببساطة على مفهوم النظام الالكتروني وهو مكون من مدخلات وعملية معالجة ومخرجات وممكن ان يوجد خط تغذية راجع.
ويمكن تمثيل الانظمة الالكترونية نظريا ووصفيا وتماثليا وتخطيطيا , وتعرفنا على مفهوم النظام ذو الزمن المتصل أو المستمر … حيث انه يعالج اشارة على فترة زمنية مستمرة على فترة معينة .. في حين ان النظام ذو الزمن المتقطع يعالج اشارة على فترة زمنية متقطعة.
وتعرفنا على بعض طرق ربط الانظمة لتكوين نظام اعقد فتعرفنا على ربط الانظمة بالتوالي والتوازي. وكذلك تعرفنا على النظام المغلق او النظام ذو خط التغذية الراجع والذي يساعد في زيادة الدقة في التحكم بالانظمة الالكترونية
الـفـيــــوزات هي عناصر تعتمد على التأثير الحراري المتولد عند مرور تيار كهربي فى ماده موصله , حيث ينصهر الفيوز عند تيار معين و بالتالى يتم فصل التيار الكهربي – عنصر الفصل أو ما يسمى بال fuse element يجب توافر فيها ما يلى : 1- مصنوعة من مادة جيده لا تستهلك ولا تتغير صفاتها بمرور الزمن 2- سرعة الانصهار عند التيار المحدد للانصهار 3- لا يتسبب انصهار هذه الماده فى عواقب اخري مثل الاشتعال
أنواع عنصر الفصل او ال fuse element فى الفيوزات :
1- احادي او single element : و هو مصنوع من الفضه 2- ثنائي او dual element : و هو جزء مصنوع من الفضه و موصل مع الجزء الثانى توالى ويتأثر بحالة ال over load فقط و هو نوع خاص من الفيوزات
أشهر الأنواع المستخدمة فى شبكة التوزيع الكهربي :
المصهرات الخرطوشية او ما يسمي cartridge fuses وهى عباره عن شكل اسطوانى من الخزف بداخله عنصر الفصل فى الفيوز اللى اسمه fuse element هذه الاسطوانة تملئ فى داخلها بالرمل السليكونى و وظيفته اخماد اى اشتعال يحدث عند انصهار الفيوز فى لحظة حدوث العطل – عــــيـــوب هـــذا الـــنـــوع : لا يفرق بين الحمل الزائد الذي يمكث لفترات طويله والحمل الزائد الذي يمكث الى فترات قصيرة
من المعلوم ان محركات 3 phase – تحتاج الى مصدر كهربي ثلاثي الاوجه ليتم تشغيلها … وعن بداية تشغيلها فانها تتخذ اتجاه دوران معين حسب تركيبها الداخلي …. ولكن كيف يمكن لنا ان نعكس اتجاه دوران هذا النوع من المحركات ؟؟
الاجابة بكل سهولة هي استبدال اثنين من خطوط التغذية الثلاثة ( 3 phase) مكان بعضهما كما هو موضح بالصورة .. وفي هذه الحالة سيتم عكس اتجاه الدوران … ويمكن ان تختار أي اثنين من الثلاثة فليس هناك شرط معين للاختيار
اذا استبدلت بعد ذلك أي اثنين مكان بعضهما فسوف يرجع اتجاه الدوران الى ما كان عليه …
هذه الفكرة متبعة بشكل اساسي في دوائر التحكم الخاصة بالمضخات او محركات الجر وغيرها … ويتم ذلك بشكل آلي عن طريق الكونتاكتورات …
يوجد خطر في حالة عكس دوران المحركات في بعض الحالات مثل الكومبريسور لضغط الهواء أو في المكيفات وبعض الاجهزة المماثلة التي ستؤدي الى عطبها ..
إذا كنت جديد فى عالم الأردوينو انصح بقرأه كتاب ” اردوينو ببساطه” للمهندس عبدالله علىّ ؛ من الرابط التالى http://simplyarduino.com/
الخطوة الثانيه:أشياء يجب توافرها
سوف تحتاج فى هذا الدرس (أردوينو اونو – زوج من موديول الاتصال الاسلكى XBee Series 2 – مقاومه متغيره – مصدر تيار كهربى 12 فولت – اسلاك توصيل – بورده تجارب تعليميه – Xbee Explorer – Xbee Shield) كما هو موضح بالصور بالترتيب.
أردوينو اونو
بعد تركيبه مع الاردوينو و تثبيت ال XBee عليه يكون بالشكل التالى
سوف نقوم بعمل إعداد للــ Xbee حتى يتمكنوا من الأتصال ببعضهم ؛ قريبا إن شاء الله سوف أقوم بكتابة درس خاص بالشبكات اللاسلكيه بأستخدام Xbee. لكن المهم لنا فى الوقت الحالى ان نعرف ان الــ Xbee الموضوح بالصوره يمكنه الأتصال حتى مسافة 1.5 كيلومتر و ان الشبكه التى سوف نقوم بتكوينها تسمى Point to Point أى ان نقطه واحد من Xbee ( المتصله بالكمبيوتر) سوف تتكلم او تتصل بنقطه واحده اخرى (متصله بالأردوينو).
و الأن برجاء تحميل البرنامج التالى من موقع الشركه المنتجه للــ Xbee و يسمى X-CTU . هذا البرنامج سوف نستخدمه لأعداد الــ Xbee حتى يتعرفوا على بعضهم البعض.
سوف يظهر الجهاز (XBee ) فى القائمه على يسار البرنامج
يجب ان نعرف ان كل XBee module له رقم سيريال لا يتكرر فى العالم ؛ هذا الرقم مكون من جزئين
SH (Serial Number High)
SL ( Serial Number Low)
حيث نجد ان الرقم على الموديول رقم A كما يلى SH 0013A200 و الرقم الأخر SL = 4066BA28 و الموديول B الأرقام هى SH= 0013A200 و الرقم الأخر SL=4066BA06
و الأن عليك بمشاهدة الفيديو التالى بعنايه و تنفيذ الخطوات حتى تتمكن من ضبط الــ XBee للأتصال ببعضهم البعض؛ إذا وجدت صعوبه فى التطبيق برجاء كتابة المشكله بالتعليقات اسفل المقال.
و الأن بعد انا قمنا بأعداد الـ XBee ننتقل للخطوه الرابعه
الخطوه الرابعه: برمجة الأردوينو
سوف نقوم بمعل برنامج بسيط على بأستخدام الأردوينو ؛ و هو عباره عن قرأة قيمة الفولت على Analog Input A0 أكرر مره أخرى ؛ يجب قرأة كتاب أردوينو ببساطه إذا كنت جديد على عالم الأردوينو.
قم بتحميل الكود التالى على الأردوينو
/* Analog Read pin A0
ReadAnalogVoltage
Reads an analog input on pin 0, converts it to voltage, and prints the result to the serial monitor.
Attach the center pin of a potentiometer to pin A0, and the outside pins to +5V and ground.
This example code is in the public domain.
*/
// the setup routine runs once when you press reset:
void setup() {
// initialize serial communication at 9600 bits per second:
Serial.begin(9600);
}
// the loop routine runs over and over again forever:
void loop() {
// read the input on analog pin 0:
int sensorValue = analogRead(A0);
// Convert the analog reading (which goes from 0 - 1023) to a voltage (0 - 5V):
float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
// print out the value you read:
Serial.println(voltage);
}
قم بتوصيل مقاومه متغيره مع الأردوينو كما بالصوره التاليه
حمل البرنامج على الأدوينو .. بعد ذلك افتح Serial Monitor من برنامج الأردوينو و سوف تجد قراءة الفولت من 0-5volt و الأن يمكنك الأستغناء عن كابل الــ USB الموصل بالكمبيوتر و أستبداله بزوج الــ XBees لتتمكن من قراءة قيمة الفولت لاسلكى من الكمبيوتر و حتى بعد 1.5 كيلومتر
شاهد الفيديو التالى للتجربه
قريباً………………………
أخيراَ: كيف تستخدم هذا المشروع فى تطبيقات أخرى
فى الحقيقه يمكنك أستخدام الـ XBee فى مشاريع كثيره منها متابعة درجة حراره غرفه تبعد كنت مسافه كبيره من الحاسوب الشخصى الخاص بك و أيضاً يمكنك عمل مشاريع للطائرات بدون طيار و التحكم بها من الكمبيوتر بأستخدام الأردينو و الـ XBee.
اكيد الدراسة الجامعية بتختلف عن الخبرة العملية في مجال هندسة الكهرباء وبحتاج كل واحد حابب يعمل في مجال الكهرباء ياخذ كورسات في التصميمات والتمديدات الكهربية حتى يقدر يقتحم سوق العمل لذلك اود ان انزل لكم هذا الكتاب القيم من رحم الخبرة العملية في التصميمات والتركيبات الكهربية للاستاذ الدكتور محمود الجيلاني استاذ بجامعة القاهرة
هذا العالم الجميل الذي ما ان تتعرف عليه و تتعمق فيه حتي ياسرك بجماله الاخاذ بصراحة امكانيات المتحكمات الدقيقة لا يمكن الحديث عنها في مقال واحد فقط بل سوف احاول ان اقف علي المفاهيم الاساسية للمتحكمات الدقيقة وامكانياتها
المتحكم الدقيق
هو عباره عن حاسوب صغير في شكل دائرة متكاملة لا يتعدي حجمها السنتمترات يحلو لي ان اسميه مايكروحاسوب فهو عباره عن حاسوب صغير بمعني الكلمة حيث يحتوي علي كل مكونات الحاسوب الاساسية من معالج دقيق و الذواكر بانواعها RAM و ROM و وحدات ادخال و اخراج وغيره
فالمتحكمات الدقيقة هي حواسيب مخصصة لاداء مهام محددة وهذا هو الفرق بينها والحواسيب العادية التي نعرفها ونستخدمها يومياً بالاضافة إلي الفروقات في سرعة المعالجة وعدم امكانية التعديل علي المتحكم الدقيق مثل تغيير المعالج وغيره
وتعتبر المتحكمات الدقيقة طفرة نوعية في عالم الالكترونيات واعطت الدوائر و الانظمة الالكترونية امكانيات هائلة لم يكن احد يتصور ان تصل اليها فيما مضي
فاصبحنا نجد المتحكمات الدقيقة في كل الاجهزة والاشياء من حولنا في حياتنا اليومية ابتداء من التلفزيونات إلي الغسالات إلي التلاجات الحديثة إلي السيارات إلي العاب الاطفال إلي الحواسيب إلي المكيفات إلي الافران الحديثة إلي المصاعد الكهربائية بل إلي ابعد من ذلك إلي المصانع المأتمتة إلي الاقمار الاصطناعية إلي انظمة الصواريخ باختصار اصبحت المتحكمات الدقيقة تدخل في كل الانظمة الاتوماتيكية و الانظمة شبه الاتوماتيكية وجزء اساسي في الكثير من الانظمة
وما يميزها انه يمكن التعامل معها من قبل المهندسين المتخصصين والهواة وكل الفئاة وسهولة تعلمها
فالمتحكمات الدقيقة تعتبر المدير التنفيذي للدوائر والانظمة الالكترونية الذي يتحكم في كل شئ ويعطي الاوامر لكل العناصر في النظام ويستقبل ويحلل التقارير الوارده من انظمة المراقبة ويتخذ القرارات بناء علي نتائج تحليل هذه التقارير
فالمتحكمات الدقيقة هي شريحة الكترونية متكامله تستقبل اشارة رقمية 0 او 1 او تماثلية في بعض الانواع التي تحتوي علي محول من تماثلي إلي رقمي وتعطي خرج في شكل اشارة رقمية ايضاً 0 او 1
فتقوم المتحكمات بتحليل الاشارة الداخلة اليها سواء كانت رقمية او تماثلية وبناء علي نتيجة التحليل تقوم باتخاذ قرارات محددة نحددها نحن للمتحكم الدقيق عن طريق البرمجة ثم يقوم المتحكم باعطاء هذه القرارات في شكل اوامر لبقية العناصر في النظام في شكل رقمي 0 او 1 وهنا ياتي ابداع المهندس او الهاوي في استغلال هذا الخرج لقيادة بقية العناصر ومن هنا نستنتج ان المتحكمات الدقيقة لوحدها لن نستفيد منها شئ من غير دمجها مع عناصر اخري لتكوين نظام معين حسب الاستخدام فمثلا اشهر المتحكمات لا تستطيع ان تعطي اكثر من 5 فولت علي خرجها وهنا اذا كنا نستخدم المتحكم لقيادة عنصر يحتاج إلي جهد اعلي من 5 فولت يجب ان نستخدم عنصر او دائرة اخري وسيطة بين المتحكم والعنصر المراد قيادته وهنالك عناصر كثيرة تستخدم كوسيط لعمل موائمة بين المتحكم والعناصر التي تحتاج الي جهد عالي مثل الترانزستورات والريليهات وبعض الدوائر المتكامله التي تُسمي الدرايفرات وكذلك لكي يقوم المتحكم بمراقبة بقية العناصر في الدائرة الالكترونية او البيئة المحيطة به نحتاج الي حساسات تقوم بمراقبة البيئة المحيطة بالمتحكم ثم تعطي خرج يتناسب مع ظروف البيئة المحيطة بالمتحكم مثلا عندما نريد ان نراقب درجة الحرارة في البيئة حول المتحكم نحتاج إلي حساس حرارة يقوم بقياس درجة الحرارة ثم يقوم بتمريرها للمتحكم في شكل اشارة كهربائية وكذلك نفعل لمراقبة الرطوبة والحرائق والغازات وكل الظروف المحيطة
الحساسات هي عناصر الكترونية تقوم بتحويل الكمية الفيزيائية كدرجة الحرارة والرطوبة وغيره إلي كمية كهربائية يمكن التعامل معها الكترونياً وتحويلها من شكل لاخر ومعالجتها و ارسالها
ويتم التعامل مع المتحكمات الدقيقة عن طريق البرمجة وهنالك لغات كثيرة تستخدم لبرمجة المتحكمات الدقيقة اغلبها يعتمد علي لغة السي C ك اساس وبعضها يعتمد علي الواجهات الرسومية مثل الفلوكود
وهنالك انواع متعددة من المتحكمات الدقيقة من شركات مختلفة وكل شركة لها اكثر من موديل واحد من المتحكمات
ومن اشهر الشركات المنتجة للمتحكمات الدقيقة
Intel
Motorola
Microchip لديها متحكماة PIC
Atmega لديها متحكمات AVR
Toshiba
استخدام المتحكم الدقيق يعطي الدوائر او الانظمة الالكترونية المزيد من المرونة في التعديل والتشغيل و يقلل من حجم الدائرة لانه يحل محل الكثير من العناصر والدوائر مثل البوابات المنطقية والتايمرات وغيره ويعطينا امكانية التحكم في ازمان تشغيل وايقاف العناصر الاخري بازمان تصل الياجزاء من الثانية
وعندما نريد التعديل علي الدائرة لسنا مطرين إلي تغيير التوصيلات بل فقط نقوم بالتعديل علي البرمجة
باختصار هذه هي المتحكمات الدقيقة شريحة الكترونية يمكن برمجتها تعطينا امكانيات كثيرة
فهل انت/انتي من المهتمين بهذا العالم وتريد/ي التعمق فيه ؟؟
اذا كنت تبحث عن حل من حلول الطاقة المجانية … ليس فقط بوسائل الطاقة المعروفة كالشمس والرياح وغيرها .. وانما هناك طرق مخفية وأفكار جهنمية لتوليد الطاقة … في هذا الكتاب الرائع جدا والنادر جدا بمحتواه .. نقدم لك مجموعة كبيرة من الافكار والمشاريع والمطبقة عمليا حسب ما ذكر الكاتب وسوف تجني طاقة مجانية …
في هذا الجزء تجد مجموعة كتب تدور حول المبادئ الأساسية للإنشاءات المعدنية وتحديد مختلف أنواع المقاطع الفولاذية لعناصر التشييد في المنشآت المعدنية، وفهم مبادئ التصميم الإنشائي للبراغي واللحام والوصلات الفولاذية تمكنك من إكتساب المهارات اللازمة لهذا التخصص بالتفصيل والصور.
هذه عبارة عن مجموعة كتب من نوع pdf باللغة العربية مجانا.
كتاب الحديد والفولاذ في الإنشاءات المدنية - Iron and steel
كتاب المنشآت الفولاذية في الإنشاءات المدنية - Steel structures
كتاب المنشآت الصناعية الفولاذية ومتعددة الطوابق - Industrial plants
كتاب مبادئ التصميم الإنشائي للأعضاء الفولاذية - Steel pieces
كتاب الوصلات ذات المسامير في الإنشاءات المعدنية - Screws links
كتاب الوصلات باللحام في الإنشاءات المعدنية - Welding joints
كتاب وصلات الإرتكاز للمنشآت الفولاذية - Links column bases
كتاب مخططات مشاريع المنشآت الفولاذية - Projects schemes
كتاب أعمال تجهيز العناصر الإنشائية الفولاذية - Steel elements
كتاب أعمال تشييد المنشآت الفولاذية - Works of steel structures
كتاب المصطلحات الفنية في الإنشاءات المعدنية - Technical terms
كتاب جدول القطاعات القياسية للأعضاء الفولاذية - Steel sectors
في هذا الجزء تجد مجموعة كتب تدور حول الأسس العلمية والفنية والتقنية المتعلقة بإنشاء الطرق وتحديد المعايير والقيود التصميمية والتخطيط الرأسي والأفقي للطرق ومختلف مراحل إنشائها وطرق صيانتها تمكنك من إكتساب المهارات اللازمة لهذا التخصص بالتفصيل والصور.
هذه عبارة عن مجموعة كتب من نوع pdf باللغة العربية مجانا.
كتاب المعايير والقيود التصميمة للطرق - Design restrictions
كتاب التصميم الأفقي للطرق - Horizontal design for roads
كتاب التصميم الرأسي للطرق - Vertical design for roads
كتاب عناصر القطاع العرضي للطريق - Cross-section elements
كتاب تقاطعات الطرق وأنواعها - Types of road intersections
كتاب أعمال دمك التربة لغرض إنشاء الطرق - Soil compactor works
كتاب المواد الإسفلتية ومواصفاتها - Asphaltic materials
كتاب التصميم الإنشائي للطرق - Structural design of roads
كتاب مراحل إنشاء الطرق الإسفلتية - Establishment of asphalt roads
كتاب صيانة الطرق الإسفلتية والخرسانية - Maintenance roads
كتاب إستلام مشاريع الطرق حسب المواصفات السعودية
كتاب الإختبارات المعملية على مواد الطرق - Laboratory tests
كيف يعمل محرك ثلاثى الأوجه على مصدر أحادى الوجه operation of 3 phase motor on single phase source
لو تخيلنا أننا لدينا محرك ( موتور ) ثلاثى الأوجه (three phase ) فلابد أن يعمل هذا المحرك على مصدر ثلاثى الأوجه أيضا ولكن ماذا لو أن المتاح هو مصدر ذو وجه واحد ( Single Phase Source ) ماذا يمكن أن نفعل لنحل تلك المشكلة ؟ أنت كمهندس لو عرضت عليك تلك المشكلة فماذا ستفعل ؟ هل ستقول نحن نريد أن نحول هذا المصدر أحادى الوجه لأخر ثلاثى عن طريق التوحيد (rectification ) فنحول هذا المصدر لمصدر مستمر DC ثم بعد ذلك نحول هذا المصدر المستمر لأخر متردد ثلاثى الأوجه عن طريق Inverter ؟؟
وهو ما يعرف فى السوق بإسم Inverter single to three
أى أن الدخل single phase والخرج three phase Variable voltage and Frequency بالطبع هذا الحل هو الحل الأمثل والأفضل ولكن أيضا الأكثر تكلفة لأن ثمن الإنفرتر مرتفع جدا
ولكن مهلا نحن لا نحتاج لكل هذا الجهد والتكاليف ولكنك تستطيع بمكثف فقط أن تفعل كل هذا ....... هل تعرف كيف؟ إذن فكر بالموضوع من النهاية ما هى فلسفة وجود أكثر من وجه أو بمعنى أخر ما هى الصفة الرئيسية لهذا المصدر؟
نعم... إنها الإختلاف بين الأوجه Phase Shift لكن كيف يمكن أن نحصل على هذا الفارق ونحن كل ما لدينا هو مصدر واحد ذو طرفين ؟؟
ما رأيك لو قمنا بعمل وجه وهمى Phantom phase ويكون هو الوجه الثالث؟ فلو وضعنا مكثف كما بالشكل فى الأسفل فسوف نحصل على 3 أوجه مختلفى الأطوار وهذا بالطبع حل فى منتهى البساطة
هذه الطريقة هى طريقة فى غاية البساطة وقلة التكاليف ولكن بالطبع لها عيوب كثيرة وإلا كانت أستخدمت بكثره العيوب الرئيسية للطريقة هى
أولا : الموتور سوف يعمل فى حالة Unbalance وهذا سوف يزيد من ال negative sequence currents وهذه التيارات هى تيارات كارثية وسبب وجود هذه التيارات أنك لن تستطيع أن تجعل الفارق فى الزاوية 120 مثل ال3 فاز العادى وهذا راجع لأن ال sin wave تغير إتجاهها كل 180 درجة ولكن سيعمل الموتور لكنك بسبب هذه التيارات سوف تشعر بأن الموتور يهتز ويسخن هل تعرف لماذا؟
لأنه بكل بساطة هذه التيارات سالبة فينتج عنها عزم Torque سالب فكأنه يحاول دفع الموتور للدوران فى الإتجاه المعاكس ولذلك ينصح أنك إذا أستخدمت هذه الطريقة أن تكون بشكل مؤقت و ألا تحمل الموتور بالحمل الكامل full load ولكن كحد أقصى يمكن أن تحمله بنسبة 50% أو 66 % على أقصى تقدير لأنك لو حملته بأكثر من ذلك سيحترق
ثانيا : أن هذه الطريقة لا تصلح إلا مع المحركات التى لا تتعدى قدرتها 2 كيلو وات يعنى حوالى 2.5 حصان
لكن هذه الطريقة تكون أحيانا مفيدة جدا لو عندك محرك three phase وتريد أن تختبره على مصدر single phase فهذه الطريقه مناسبة جدا لك وغير مكلفة بالمرة
وقد تسأل أخيرا ماهى سعة هذا المكثف فهو حوالى لكل حصان 15 مايكرو فراد أى15microfarad/ hourse power
السؤال المطروح على القارئ الأن هو لو أن الوضع هو العكس أى أن المصدر المتاح 3phase لكن بدون وجود طرف متعادل Neutral ونريد أن نشغل محرك أحادى الوجه single phase motor ماذا نفعل ؟
هو جهاز الكترونى رقمى يستخدم ذاكرة قابلة للبرمجة لتخزين الاوامر ويقوم بتنفيذ مهام معينة منطقية متتالية ( sequence ) زمنية وذلك للتحكم فى الالات والعمليات الصناعية فى المصانع.
وتختص البرمجه بـ ( PLC ) بالعمليات المنطقية المختلفة ((AND , OR , XOR او عمليات توصيل او فصل المكونات وتصمم الدوائر داخل الجهاز بحيث تتحمل الاهتزازات والحرارة والرطوبة والضوضاء. وتتوفر اجهزة الـ ( PLC ) باشكال واحجام مختلفة وبعضها ممكن برمجته مباشرة باستخدام شاشة LCD دون الحاجة الى جهاز كمبيوتر والاشكال الاتية لبعض اجهزة الـ PLC المعروفه والمشهورة والاكثر استخداما فى وقتنا الحالى ( Siemens & LG )
ويتكون الـ PLC من :
وحدة الدخل ( Input module ) ويتم توصيلها بمجموعة من العناصر الفيزيائية مثل الـ switches و sensors
وحدة المعالجة المركزية ( CPU ) وهو مركز اتخاذ القرارات لوحدة الـ PLC ويقوم بإصدار اوامر التحكم لوحدة الخرج حسب تعليمات البرنامج المخزنة في الذاكرة
وحدة الخرج ( output module ) تستقبل تعليمات التحكم من وحدة الـ PLC وتقوم بتحويلها الى اشارات رقمية او تماثلية يمكن استخدامها للتحكم فى اجهزة مختلفة
وحدة مصدر القدرة ( power supply unit )
وحدة الذاكرة ( Memory unit )
جهاز البرمجة ( Programming device ) وهو جهاز يتم كتابة البرنامج عليه وبواسطته يتم تنزيل البرنامج على الـ PLC
مميزات الـ PLC
المرونة : حيث يمكن تعديل البرنامج بسهولة وبدون اللجوء الى تغيير التوصيلات سواء فى الدخل او الخرج وبالتالى تكون النتيجة نظام مرن يمكن استخدامه فى وظائف التحكم ذات الطبيعة المتغيرة
انخفاض التكلفة : حيث انه بادخال التقنيات الحديثة امكن تخفيض تكلفة الـ PLC بحيث اصبح فى كثير من الحالات اوفر من الطرق التقليدية للتحكم
يمكن اجراء تنفيذ للبرنامج قبل تركيب وحدة الـ PLC على المعدة الصناعية
سرعة التنفيذ للبرنامج
الحماية من العبث فى البرنامج وسهولة التعامل
تصحيح الاخطاء وتحديد مكان الاخطاء : حيث يمكن تحديد مكان الاخطاء بدقة وبالتالى يمكن اجراء تعديل فى البرنامج بحيث يستمر اداء الماكينة طبيعى حتى يتم اصلاح العطل
صغر حجمه مما يؤدى الى سهولة التحكم فى وضعه فى المكان المناسب
بعض عيوب الـ PLC
بعض التطبيقات يكون استخدام الـ PLC قليل النفع مثل التطبيقات الثابتة التى لا تتغير وبالتالى يكون استخدام الـ PLC بتكلفة عالية او بامكانيات غير مستغلة
ادخال التقنية الحديثة يصحبها بعض المشاكل كإحداث بعض التقنيات فى الالات واعادة تدريب بعض المهندسين لمواكبة هذا التغيير والتدريب على لغات البرمجة الحديثة
لماذا نحتاج الى تحليه الماء فى محطات توليد الكهرباء ؟
الحل بسيط اننا اذااستخدمنا ماء به نسبه املاح حتى ولو كانت قليله سوف تترسب على مواسير التبريد السارى بها الماء وايضا عندما نستخدمه فى الغلاية أوالمرجل ( Boiler) هو عبارة عن وعاء ضغط مصمم بشكل هندسي معين ليحول المياه إلى بخار بواسطة الحرارة وهذا البخار له ضغط ودرجة حرارة معينة وبالتالى لابد من تحليه الماء المستخدم فى ال boiler and cooling
طريقه تحليه المياه :
يبدأ دخول مياه البحر من خلال مصافي وذلك لمنع الشوائب من الدخول إلى مضخات مياه البحر ومنها إلى المبخرات هذا ويتم حقن مياه البحر بمحلول هيبوكلوريد الصوديوم قبل دخولها المبخرات وذلك لمعالجتها من المواد البيولوجية العالقة بها ثم يتم حقنه خلال مضخات بمعدلات حسب الطلب
والمبخرات تتكون من عده boiler يتم خلالها تبخير مياه البحر ومن ثم تكثيفها وتجميعها
ويوجد بمدخل مياه البحر لوحات توزيع القوى الكهربائية التي تغذي المضخات وغيرها بالكهرباء ، كما يوجد أيضا أجهزة القياس والتحكم اللازمة لهذه المعدات
ويمكن إتمام تحلية المياه بطرق عديدة منها التقطير ، والتجمد ، والتناضح العكسي والديلزة ( الفصل الغشائي الكهربائي )
للاجابه عن السوال.يجب التطرق اولا الى الخلايا الشمسيه والاسس العلميه للخلايا وانوعها.وياتى ذلك على اجزاء
الجزء الاول
تعريف الخلايا الشمسيه
ان الخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولت ضوئيه (Photovoltaic) (PV) وهى تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلي كهرباء ، وهي نبائظ شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء .وعادة ما تكون الخلايا الشمسية مصنوعة من السيليكون وهى نفس المواد المستخدمة في الترانزستورات والدوائر المتكامل
وتعنى كلمه (Photovoltaic) (PV) الضوء الفلطائي (ضوء الجهد الكهربائي) كما تدل الكلمة Photo= ضوء voltaic= كهرباء
الاسس العلميه للخلايا الشمسيه
عندما تتعرض الخلايا الشمسية لضوء الشمس تولد قدرة كهربائية حيث الضوئيات ( الفوتونات ) الفوتونات تعتبر من اصغر الأجزاء الموجودة في الطبيعة وهي الشكل المعروف لانتقال الضوء.... حيث تخترق هذه الفوتونات السيليكون وتضرب ذراته بشكل عشوائي مما يؤدي إلى تأبين ذرات السيليكون حيث يؤدي ذلك إلى إفلات إلكترون خارجي من مداره محولاً طاقته إلى طاقة حركة للالكترون ، وحركة هذه الالكترونات بطاقتها تسمى بالتيار الكهربائي . وتبلغ القدرة الكهربية المنتجة للخلية الشمسية عادة واحد وات.
السوال الان ماهى انواع الخلايا الشمسيه ..وماهو النوع الذى يمكن تصنيعه فى المنزل؟ لمعرفه النوع المتاح لدينا لصنعته فى المنزل..يجب مبدئيا ذكر فكره عن انواع الخلايا الشمسيه ....
الاجابه عن هذا السؤال يجب عليك عزيزى القارىء ان تتعرف عن النظام العالمى للمواصلات الجواله GSM او بمعنى اصح Global System for Mobil
ماهو Global System for Mobil
خلفيه تاريخيه
انه النظام العالمى الذى وحد العالم وجعل منه قريه صغيره للغايه بدأت اوروبا العمل بهذا النظام فى 1991 حيث كان قد بدأ بالتخطيط له فى عام 1982 وتم الاختباره فى سنه 1986 وتم اختيار TDMA or time deviation multiplexing له كوسيله دخول (access point)
ولكن هل تتصور ان عدد المشتركين قد زاد من سنه 1995 اى سنه 2000 من 60 مليون مشترك الى 100 مليون مشترك
والان بعد ان تعرفنا على الخلفيه التاريخيه GSM
نتسائل الان ما هى المميزات التى ادت الى الارتفاع المطرد للعدد المستخدمين ؟
1- اهم ما يبحث عنه المستخدم هو التكلفه المنخفضه لللاجهزه وبالفعل تم توفير هذه الاجهزه . 2- التجول الدولى حيث تم توفير خاصيه التجول للمستخدمين 3-الاستهلاك الكهربائى المنخفض 4-ارسال متعدد الوصول باستخدام الزمن التى اتاحت للمستخد التغطيه الجيده
والان بعد ان عرفنا اهم المميزات التى توجد فى هذا النظام حان الوقت للنتعرف على
خصائص هذا النظام المميز
نطاق الارسال من محطة الارسال الثابتة (هوائى الإرسال) : 935 MHz - 960 MHz
نطاق الارسال من محطة الارسال المتنقلة (الـهـاتـف) : 890 MHz - 915 MHz
أقصى قدرة إرسال : 3-20 وات
عدد القنوات من النوع المزدوج (125 قناة)
عرض النطاق الترددي للقناة: 200 kHz
طريقة النقل: تعدد الوصول بتقسيمات الزمن (TDMA)
عدد المشتركين في الاطار الواحد : ثمانية لكل اطار 8/fram
طرق حماية الخطأ: تتم من خلال الترك البيني، تشفير القناة والقفز الترددى ( Frequency hopping )
ولتنعرف على كيفيه عمل GSM يجب علينا ان نلقى الضوء على مكونات الشبكه وكيف تعمل ؟
ولالقاء الضوء اكثر على GSM يجب علينا الالقاء الضوء على مما تتكون الشبكه الخاصه بهذا النظام الاكثر من رائع ......
تتكون المحطه من عده اجزاء
التليفون الخليوى ( MS Mobile station ) وهى عباره عن جزءين جهاز التليفون والشريحه الذكيه (SIM)
المحطه الثابته ( BTS ( base station subsystem وهى عباره عن مجموعه من المحظات الفرعيه اى عده محطات ثابته التى ترسل وتستقبل اشارات التليفون الخليوى وتستطيع المحطه الثابته ان تخدم حوالى 8 ك وتغطى حوالى 120* اى تحتاج الى 3 محطات لتغطيه 360 * لتغطيه كامله
نظام التشغيل os
هذه فقط نبذه سريعه عن كيفيه تكوين الشبكه ..........,
الكثيرمنا يستغرب لماذا نسمع صوت ازيز في اعمده الكهرباء اوعندما نمر بالقرب من ابراج و خطوط الجهد العالي high voltage power.. فما هو السبب ؟
A lot of us wondered why we hear buzz (zszszs sound)when walking near high voltage power lines..what is the reason
هناك سببان لهذا الازيز :-
1- عدم ربط خطوط النقل فيما بينها جيدا مما يؤدي الي حدوثflash-over بين نقطتين علي الخط بينهما فرق جهد لحدوث كسر في عزل طبقه الهواء بينهما .
2- ظاهره الكورونا (corona) او التفريغ الهالي . وهذه الظاهره بجانب صوت الازيز الذي تحدثه تظهر كوميض لامع مائل للزرقه وتحدث تداخل مع موجات الراديو.
وظاهره التفريغ الهالي (corona) تنتج نتيجه لعده اسباب أهمهم
Corona is causes by the following reasons
1- The natural electric field caused by the flow of electrons in the conductor. 2- Interaction with surrounding air. 3- Poor or no insulation is not a major cause but increases corona. 4- The use of D.C (Direct Current) for.(Reason why most transmission is done in form of AC)
وحدوث ظاهره التفريغ الهالي (corona) لها اضرار كبيره علي خطوط النقل (transmission lines) فهي تؤدي الي زياده التيار الكهربي جدا وبالتالي الي ارتفاع درجه حراره الموصل وزياده الفواقد كما انها تسبب انهيار العوازل .
Effects of Corona
1- line loss – loss of energy because some energy is used up to cause vibration of the air particles . 2- long term exposure to these radiations may not be good to health . 3- audible noise . 4- electromagnetic interference to telecommunication systems. 5- ozone gas producton . 6- damage to insulation of conductor
ولتقليل حدوث هذه الظاهره (corona) عن طريق عمل ما يسمي ال bundle conductors وفيه بيتم تزويد مساحه مقطع الموصل وذلك بجعل الموصل الواحد عباره عن اكثر من موصل ثم يتم عمل دائره قصر short circuit علي هذه الموصلات
أردوينو اونو
