نحن نعيش في عصر التكنولوجيا، و التقدم التقني. حتى أصبحنا نعيش في عالم من الحساسات sensors، و التي جعلت بدورها الحياة أكثر سهولة و راحة. حيث أصبح بالإمكان اكتشاف دخان الحرائق، تشغيل الأضواء بطرق مختلفة، ضبط درجات الحرارة و غيرها من التقنيات المتطورة. كما أننا نعتمد بشكل كبير على الحساسات و أجهزة الإستشعار في بناء الروبوتات، و كذلك المشاريع الإلكترونية و الهندسية. سنتعرف الآن على تعريف الحساس و ما هي أهم الأنواع؟.
ما هي الحساسات sensors؟
يمكن تعريف الحساس على أنه جهاز إدخال، أي أن الحساس جزء من نظام متكامل. يوفر الحساس في هذا النظام إشارة دخل لنظام التحكم الرئيسي. تكون الإشارة التي تدخل إلى الحساس إشارة تشابهية analog أي مستمرة لأنها واردة من البيئة المحيطة، كدرجة الحرارة، الرطوبة، الألوان، الضوء و غيرها. ثم يقوم الحساس بتحويلها إلى إشارة كهربائية رقمية يمكن للمتحكم الرئيسي فهمها و إصدار الأوامر المناسبة للنظام.
و كمثال على ذلك: في الروبوتات التي يمكنها السير، عندما يكتشف الحساس وجود عائق ما أمام الروبوت فإنه يرسل الإشارة إلى المتحكم الرئيسي، و الذي بدوره يصدر الأوامر بالتوقف أو تغيير الاتجاه.
تصنيف الحساسات sensors:
هنالك العديد من التصنيفات فيما يخص الحساسات و لكن الآن سنتحدث عن التصنيف الأبسط، حيث تقسم إلى:
خاملة: لا تتطلب المستشعرات السلبية أي إشارة طاقة خارجية وتولد استجابة خرج مباشرة.
نشطة: هي تلك التي تتطلب إشارة إثارة خارجية أو إشارة طاقة.
يعتمد النوع الآخر من التصنيف على وسائل الكشف المستخدمة في الحساس. بعض وسائل الكشف الكهربائية والبيولوجية والكيميائية والمشعة وما إلى ذلك.
التصنيف النهائي لأجهزة الاستشعار هو أجهزة الاستشعار التناظرية والرقمية. تنتج المستشعرات(الحساسات) التناظرية إخراجًا تناظريًا ، أي إشارة خرج مستمرة (عادةً الجهد ولكن أحيانًا بكميات أخرى مثل المقاومة وما إلى ذلك) فيما يتعلق بالكمية التي يتم قياسها.
تعمل المستشعرات الرقمية ، على عكس المستشعرات التناظرية ، مع بيانات منفصلة أو رقمية. البيانات الموجودة في المستشعرات الرقمية ، والتي تُستخدم للتحويل والنقل ، رقمية بطبيعتها.
أنواع الحساسات sensors المختلفة:
فيما يلي قائمة بأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار التي يشيع استخدامها في تطبيقات مختلفة. تستخدم كل هذه المستشعرات لقياس إحدى الخصائص الفيزيائية مثل درجة الحرارة والمقاومة والسعة والتوصيل ونقل الحرارة.
- Temperature Sensor حساس الحرارة.
- Proximity Sensor الحساس التقاربي.
- Accelerometer حساس التسارع.
- IR Sensor (Infrared Sensor) حساس الأشعة تحت الحمراء.
- Pressure Sensor حساس الضغط.
- Light Sensor متشعرات الإضاءة.
- Ultrasonic Sensor حساس المسافة.
- Smoke, Gas and Alcohol Sensor حساسات الدخان و الكحول و الغاز.
- Touch Sensor حساس اللمس.
- Color Sensor حساس الألوان.
- Humidity Sensor حساس الرطوبة.
- Position Sensor مستشعرات الموضع.
- Magnetic Sensor (Hall Effect Sensor) الحساس المغناطيسي.
- Microphone (Sound Sensor) حساس الصوت.
- Flow and Level Sensor حساس التدفق و المستوى.
- PIR Sensor.
- Strain and Weight Sensor مستشعر الوزن و الإجهاد
سنتحدث عن بعض الأنواع بمزيد من التفصيل.
حساسات الحرارة Temperature sensors:
يعد مستشعر درجة الحرارة أحد أكثر أجهزة الاستشعار شيوعًا والأكثر شيوعًا. مستشعر درجة الحرارة ، كما يوحي الاسم ، يستشعر درجة الحرارة ، أي أنه يقيس التغيرات في درجة الحرارة.
هناك أنواع مختلفة من مستشعرات درجة الحرارة مثل مستشعر درجة الحرارة ICs (مثل LM35 ، DS18B20) ، الترمستورات ، المزدوجات الحرارية ، RTD (أجهزة درجة الحرارة المقاومة) ، إلخ.
يمكن أن تكون مستشعرات درجة الحرارة تناظرية أو رقمية. في مستشعر درجة الحرارة التناظرية ، تتوافق التغييرات في درجة الحرارة مع التغيير في خصائصه الفيزيائية مثل المقاومة أو الجهد. LM35 هو مستشعر درجة الحرارة التناظرية الكلاسيكية.
عند الوصول إلى مستشعر درجة الحرارة الرقمية ، يكون الإخراج عبارة عن قيمة رقمية منفصلة (عادةً ، بعض البيانات الرقمية بعد تحويل القيمة التناظرية إلى قيمة رقمية). DS18B20 هو مستشعر درجة حرارة رقمي بسيط.
تُستخدم مستشعرات درجة الحرارة في كل مكان مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة والسيارات وأنظمة تكييف الهواء والصناعات وما إلى ذلك.
الحساسات التقاربية Proximity Sensor:
هو مستشعر من النوع غير المتصل يكتشف وجود كائن. يمكن تنفيذ مستشعرات القرب باستخدام تقنيات مختلفة مثل البصري (مثل الأشعة تحت الحمراء أو الليزر) ، والصوت (بالموجات فوق الصوتية) ، والمغناطيسية، والسعة.
بعض تطبيقات المستشعرات التقاربية هي الهواتف المحمولة ، والسيارات (مجسات وقوف السيارات) ، والصناعات (محاذاة الكائنات) ، والقرب الأرضي في الطائرات ، وما إلى ذلك.
حساسات الأشعة تحت الحمراء Infrared sensors (IR Sensor):
مستشعرات الأشعة تحت الحمراء أو مستشعر الأشعة تحت الحمراء هي مستشعر قائم على الضوء يتم استخدامه في تطبيقات مختلفة مثل القرب واكتشاف الأشياء. تُستخدم مستشعرات الأشعة تحت الحمراء كمستشعرات تقارب في جميع الهواتف المحمولة تقريبًا.
هناك نوعان من مستشعرات الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة تحت الحمراء: النوع الانتقالي والنوع العاكس. في مستشعر الأشعة تحت الحمراء من النوع الانتقالي ، يتم وضع جهاز إرسال الأشعة تحت الحمراء (عادةً ما يكون مؤشر LED للأشعة تحت الحمراء) وكاشف الأشعة تحت الحمراء (عادةً ما يكون الصمام الثنائي للصور) في مواجهة بعضهما البعض بحيث عندما يمر كائن بينهما ، يكتشف المستشعر الكائن.
النوع الآخر من مستشعر الأشعة تحت الحمراء هو مستشعر الأشعة تحت الحمراء من النوع العاكس. في هذا ، يتم وضع جهاز الإرسال والكاشف بجوار بعضهما البعض في مواجهة الكائن. عندما يأتي كائن أمام المستشعر ، ينعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء من جهاز إرسال الأشعة تحت الحمراء من الكائن ويتم اكتشافه بواسطة مستقبل الأشعة تحت الحمراء وبالتالي يكتشف المستشعر الكائن.
التطبيقات المختلفة التي يتم فيها تنفيذ مستشعر الأشعة تحت الحمراء هي الهواتف المحمولة والروبوتات والتجميع الصناعي والسيارات وما إلى ذلك.
حساسات المسافة Ultrasonic sensors:
جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هو جهاز من النوع غير المتصل يمكن استخدامه لقياس المسافة وكذلك سرعة الجسم. يعمل المستشعر بالموجات فوق الصوتية على أساس خصائص الموجات الصوتية بتردد أكبر من النطاق المسموع للإنسان.
يمكن لجهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية قياس مسافة الجسم (على غرار سونار). تُستخدم خاصية Doppler Shift للموجة الصوتية لقياس سرعة الجسم.
الحساسات الضوئية Light Sensor:
تُعرف أحيانًا أيضًا باسم مستشعرات الصور ، تعد مستشعرات الضوء أحد المستشعرات المهمة. إن مستشعر الضوء البسيط المتوفر اليوم هو المقاوم المعتمد على الضوء أو LDR. تتمثل خاصية LDR في أن مقاومته تتناسب عكسياً مع شدة الضوء المحيط ، أي عندما تزداد شدة الضوء ، تنخفض مقاومته والعكس صحيح.
باستخدام LDR عبارة عن دائرة ، يمكننا معايرة التغييرات في مقاومتها لقياس شدة الضوء. هنالك نوعان آخران من مستشعرات الضوء (أو مستشعرات الصور) التي تستخدم غالبًا في تصميم النظام الإلكتروني المعقد. هم صور ديود وترانزستور صور. كل هذه أجهزة استشعار تناظرية.
هناك أيضًا مستشعرات ضوئية رقمية مثل BH1750 و TSL2561 وما إلى ذلك ، والتي يمكنها حساب شدة الضوء وتوفير قيمة رقمية مكافئة.
للمزيد اقرأ:
