شرح دارة الغماز أو الوماض أو ما تسمى أحياناً بدارة إنارة الفلاش الكهربائي
ما هي دارة الغماز الكهربائي؟
تعتبر دارة الغماز الكهربائي أو
الوماض من أوائل الدارات الالكترونية البسيطة والتي بحاجة إلى القليل من التخطيط
أو التكتيك عند تصميمها قبل التركيب. فهي تقوم بتزويد المصباح الكهربائي سواء كان
مصباح عادي أم ليد LED
(ثنائي باعث للضوء) بالتيار الكهربائي لفترة من الزمن وفصل ذلك التيار لفترة زمنية
أخرى باستمرار وهكذا.
استخدامات وتطبيقات دارة الغماز
1-
أجهزة
التحذير المرفق معها انارة الفلاش.
2- تدخل في صناعة دائرة فلاش البوليس أي دارة
فلاش لمصباحين، والتي تقوم بدورها بإصدار وميض أزرق وأحمر كما هو الحال في سيارات
الشرطة.
3- نقل البيانات المرمزة بشيفرة مورس عن طريق
الأضواء أو الأصوات المتقطعة.
4- نسخ وقراءة البيانات كما هو الحال في قارئ
الأقراص المضغوطة وغيرها الأقراص الرقمية.
5-
غمازات
السيارة والمركبات التي تسير عل الطريق.
6- وماضات التحذير في الشوارع أثناء الإصلاحات
على الطرق.
7- تشغيل
الجرس الكهربائي لفترات معينة مثل جرس الدوام أو الحصص اليومي للطلاب.
طريقة تصميم وصنع دارة الغماز أو الوماض الكهربائي
هنالك
عدة طرق لتصميم وعمل دارة الفلاش أو الغماز الكهربائي، والتي سنتطرق اليها في
الشروحات التالية. لذلك، ولعمل دائرة LED الوامضة، يمكنك انشاء
دارة الغماز إما باستخدام المرحل Relay
أو باستخدام زوج من الترانزستورات Pair of Transistors أو المؤقت 555 أو عاكس قادح
شميت أو حتى أفضلها؛ المتحكمة الموجودة على بوردة الأردوينو. لذلك، سيتم عرض خمسة
طرق لبناء دارة الفلاش أو الغماز الكهربائي.
دارة الغماز باستخدام المرحل الكهربائي
يقوم المرحل الكهربائي بالعمل، بناء
على التيار الكهربائي المار من خلال الملف الكهربائي الذي بداخله. فهو يقوم بتوصيل
التيار بين الطرف NO
والطرف COM
عند تعريض طرفي ملفه الداخلي لفرق جهد معين بما يتناسب قيمته مع مواصفات ذلك
المرحل. ويتم توصيل المرحل بدارة الفلاش على النحو التالي
كما نلاحظ، يتم ربط الطرف دائم
الاغلاق NC
مع إحدى طرفي الملف الداخلي للمرحل. لذلك،
فإن التيار الكهربائي قبل المرور بالملف
الكهربائي الخاص بالمرحل، يمر بالطرف المغلق الدائم NC. الأمر الذي يقوم بتشغيل
الريلي أو المرحل من حالة التوصيل NC
إلى حالة القطع NO
مما يؤدي إلى تشغيل المصباح الكهربائي المربوط مع الطرف NO وبنفس
الوقت فصل التيار الكهربائي عن ملف المرحل الكهربائي، مما يؤدي إلى رجوع حالة
التوصيل في المرحل إلى الحالة NC، ليعمل المرحل من جديد وهكذا.
الجدول التالي يوضح حالة المصباح والمرحل عند وجود أو غياب المصدر الكهربائي
مصدر الجهد (البطارية)
|
حالة المرحل
|
حالة المصباح
|
ON
|
ON
|
OFF
|
OFF
|
OFF
|
OFF
|
ON
|
OFF
|
ON
|
OFF
|
OFF
|
OFF
|
المشكلة في نظام دارة الغماز السابقة،
أن سرعة الومض والتبديل بين المرحل والمصباح تكون عالية جداً، مما يؤدي إلى عدم
قدرة العين البشرية لملاحظة المصباح فيما إذ كان في وضع التشغيل أم في وضع عدم
التشغيل. إذ أن المصباح الكهربائي سيبدو وكأنه يعمل طوال الوقت.
لحل مثل تلك المشكلة نستطيع إضافة
عناصر الكترونية لتبطيء سرعة الوميض، أي زيادة وقت الانارة ووقت عدم الانارة
للمصباح الموصول في دارة الغماز. ويتم ذلك الأمر بإضافة مواسع ومقاومة كهربائية
على النحو التالي
علماً أن المرحل الأمثل لاستخدامه في
تلك الدارة هو الريلي DS2Y-S
والذي يعمل على فرق جهد مباشر بمقدار 5 فولت.
عند تشغيل القابس S1 يسري التيار الكهربائي
الخارج من البطارية ليقوم بشحن المكثف C1 الموصول على التوازي مع المرحل من خلال المقاومة الكهربائية R2. بعد لحظة من عملية الشحن،
يقوم المرحل بسحب ذراع التوصيل المعدنية الداخلية له من الوضع NC إلى
الوضع NO
مما يؤدي إلى اغلاق دارة الثنائي الباعث للضوء أو المصباح وفتح الدارة التي تغذي
عملية شحن المكثف C1. في هذه الحالة، يقوم ملف المرحل باستهلاك
الشحنات الكهربائية المخزونة في المواسع. ونظراً لأن المكثف الكهربائي مشحون، فسيبقي
المرحل في موضعه الحالي أي NO. لكن المكثف لديه طاقة تخزينية كافية للحفاظ على المغناطيس
الكهربائي الموجود داخل المرحل لفترة من الزمن، قبل استهلاكها بالكامل. لذلك،
سيعمل المرحل لفترة قصيرة قبل أن ينفذ المكثف من الطاقة، ويعود المرحل إلى حالته
الأصلية ويضيئ المصباح مرة أخرى. لتكرر الدورة نفسها.
بناء دارة الغماز بمصباحين باستخدام الترانزستور
الدارة التالية تم تصميمها، لتقوم
بتشغيل وتعطيل مصباحين بلونين مختلفين على الدوام وبشكل مستمر أي فلاش بمصباحين
لفهم هذه الدائرة، عليك أولاً أن تعرف
كيف تتصرف وتتعامل كل من الفولتية والتيارات الكهربائية مع كل من المقاومات
والمكثفات والثنائيات الكهربائية (وهو شيء يمكنك تعلمه في موقع الكترونيات للجميع
في تصنيف أساسيات).
شرح دارة الفلاش بمصباحين
تعد دارة الغماز أو الوماض بمصباحين
بمثابة الدارة الأمثل لصنع دائرة فلاش البوليس أو الشرطة، والتي تقوم بالتناوب بين إنارة اللون الأزرق
واللون الأحمر للمصابيح الموجودة على أسطح سيارات الشرطة.
سوف يتناوب المكثفان C1 و C2 بين الشحن والتفريغ
المستمر، لتشغيل كل من الترانزستورين الاثنين الى الحالة ON و OFF أو الحالة OFF و ON على التوالي. فمثلاً،
عندما يكون الترانزستور الأول في وضع التشغيل ON، فإنه يسمح للتيار
بالتدفق من خلاله حتى يضيء المصباح الموجود فوقه. وبنفس الوقت يكون الترانزستور
الثاني في وضع عدم التشغيل أو القطع OFF، ولا يسمح للتيار بالتدفق من خلاله ولا يضيء المصباح أو ثنائي
الليد الموجود فوقه.
أما إذا كنت ترغب في التحكم في زمن
الومضة أو التشغيل لكلا الثنائيين الضوئيين، فبالإمكان إضافة مقاومة جهد متغيرة أي
potentiometer وإعادة هيكلية الدارة كما
يلي:
حيث أن قيم المكونات الالكترونية لدارة الوماض هي كالتالي:
المقاومة R1: 470 أوم
المقاومة R2: 470 أوم
المقاومة R3: 3.9 كيلو أوم
المقاومة R4: 3.9 كيلو أوم
مقاومة الجهد المتغيرة p1: بحدود 50 كيلو أوم
المواسعين C1 و C2: 47 مايكرو فاراد / 16
فولت
الترانزستور T1 و T2 من النوع BC547
الثنائي الضوئي D1 و D2: ثنائيين قياسيين بقطر 5
ملم باللون الأحمر والأزرق على التوالي.
دارة الغماز باستخدام
العاكس قادح شميت أو البوابة المنطقية لا Not Gate
من الممكن أن تكون هذه الدارة أي دارة
الفلاش أو الغماز كما أسميناه في السابق، هي الدارة الأبسط على الاطلاق من حيث
التركيب وعدد المكونات الالكترونية المستخدمة في تركيبها. فهي تحتاج فقط إلى ثلاثة
عناصر الكترونية لتشغيل دارة الوماض أو الغماز كما في الشكل التالي
لقد تم تصميم هذه الدارة بالاعتماد على
عنصر الكتروني أساسي فيها وهو العاكس Invertor. ويطلق على ذلك العاكس أو الانفرتر أيضاً الاسم بوابة NOT (أي
البوابة المنطقية لا).
العاكس أو الانفرتر هو مكون منطقي،
ينتج عنه عكس ما يحصل فيه أو يستقبله. إذا حصل على جهد عالي، فإنه يعطي جهداً
منخفضاً. والعكس صحيح. أي إذا حصل على جهد منخفض، فإنه يعطي جهداً مرتفعاً.
يتم اعتبار واعتماد الجهد العالي High على أنه
الجهد المنطقي القريب جداً من المقدار 5 فولت أو أي جهد قريب من الجهد الكهربائي
المتماثل أي 3 فولت، 4.5 فولت، 6 فولت، 9 فولت وحتى 12 فولت كحد أقصى. أما الجهد
المنخفض Low فهو
الجهد الكهربائي القريب جداً من الصفر فولت.
في مخطط الدائرة، يمكنك أن ترى أن مخرج
العاكس (F1)
متصل مرة أخرى بطرف الادخال بواسطة المقاومة الكهربائية R1. الأمر الذي يعني أنه في
حالة وجود جهد كهربائي مرتفع High
على المدخل الخاص بالانفرتر (العاكس F1)، فإن المخرج سيخرج جهداً
منخفضاً أي Low.
لكن، وبما أن المخرج مرتبط مع المدخل عن طريق المقاومة R1، فإن قيمة المدخل الآن
ستكون منخفضة أي Low.
الآن، بعد أن أصبح الجهد عند المدخل منخفض، سيكون الخرج الفولتي عند مخرج العاكس
مرتفعاً أي High.
وهذا يعني أن قيمة الجهد الخارجة من العاكس ستكون عالية مرة أخرى، وهكذا، ليستمر
مقدار الجهد في القفز والتأرجح بين المقدار العالي High والمنخفض Low.
أما لإبطاء زمن الوميض والتحكم بفترة
الغمزة (الومضة) للمصباح الكهربائي، تم استخدام مكثف كهربائي C1 على مدخل العاكس. وتقوم
المقاومة R1
بالتحكم في مقدار التيار الذي يعود لشحن المكثف الموصول على مدخل العاكس. وبالتالي
فإن مقدار المقاومة الكهربائية R1 والمكثف الكهربائي C1 سيحددان سرعة الوميض.
أما نوع العاكس أو الإنفيرتر المستخدم
فهو العاكس قادح شميت Schmitt Trigger Invertor
وذلك لأن جهد عتبة التبديل Switching Threshold من فرق الجهد العالي High إلى الجهد
المنخفض Low تختلف عن
جهد عتبة التبديل من الجهد المنخفض Low
إلى الجهد الأعلى High. أي زمن الإضاء (التشغيل) يختلف عن زمن عدم الإضاءة (عدم
التشغيل). إضافة إلى
ذلك، هنالك حاجة ماسة إلى إضافة مقاومة
كهربائية تسبق الثنائي الباعث للضوء الذي في الدارة وذلك لحمايته من التلف بفعل
مرور تيار كهربائي مرتفع من خلاله.
والشكل التالي يوضح طريقة بناء وتوصيل
دارة الغماز وتثبيتها على لوح التجارب Bread
Board بالصور وبالتفصيل مستخدماً مبدأ البوابة المنطقية لا أي Not Gate الموجودة داخل الدارة المتكاملة دارة العاكس قادح شميت
أما القطع المستخدمة فهي مدرجة في
الجدول التالي:
المكون
الالكتروني
|
نوع ومواصفات
القطعة الالكترونية
|
لوحة تجميع الكتروني
|
BreadBoard
|
أسلاك
توصيل
|
Stiff Wire
|
مقبس أو
قاعدة بطارية 9 فولت
|
9V Battery Clip
|
مصدر جهد
|
بطارية 9 فولت
|
العاكس F1
|
Hex
Schmitt Trigger Inverter type 74C14 Or CD40106
|
C1
|
مواسع قطبي Polarized بقيمة 100 مايكرو فاراد
|
R1
|
10 كيلو أوم
|
R2
|
10 كيلو أوم
|
LED أحمر اللون
|
ثنائي باعث للضوء قياسي قليل
الاستهلاك
|
دارة الغماز (الوماض) باستخدام المؤقت 555
يعتبر التايمر أو المؤقت 555 من القطع
الالكترونية الرائدة في مجال دارات الفلاش أو الغماز الكهربائي. يعود السبب في ذلك
إلى ثباته ودقة توقيته للفصل والوصل عند المخرج الخاص به (أي المخرج رقم 3). إضافة
إلى إمكانية التحكم في وقت التشغيل ووقت عدم التشغيل الخاص بمخرجه.
الدارة التالية تستخدم التايمر NE555 إضافة إلى
مكثفين وثلاثة مقاومات كهربائية وثنائي باعث للضوء (LED). تعمل الدارة تلك على
مصدر فرق جهد 9 فولت. ويتم التحكم بزمن وسرعة الومضة للثنائي الباعث للضوء عن طريق
المقاومة المتغيرة كما في الشكل التالي:
لمعرفة المزيد حول مبدأ عمل دارة المؤقت 555 اضغط هنا
دارة الغماز باستخدام لوحة الأردوينو Arduino Board
كما لاحظنا في جميع دارات الغماز
السابقة، أنه يتم التحكم في الزمن الدوري للومضة عن طريق تغيير وتبديل وحتى إضافة
قطع الكترونية على الدارة. أما إذا أردنا ارسال أوامر برمجية إلى دارة الوماض فيجب
الانتقال إلى مستوى أعلى يحاكي تلك الدارة بواسطة الأوامر أو ما يسمى بالكود
البرمجي.
يتم استخدام قطعة أو بوردة الأردوينو Arduino Board، بغض النظر عن نوعها، إضافة
إلى مقاومة كهربائية بمقدار 560 أوم مع ثنائي ليد Led Diode، على مخرج بورد الأردوينو
رقم 13، وكتابة الأوامر التالية في الجزء المخصص لكتابة الأكواد بعد عمل ملف جديد
من شريط الأوامر السريعة من بيئة التطوير Arduino
IDE كما يلي:
const int LED = 13;
void setup () {
pinMode(LED, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED, LOW);
delay(1000);
}
حيث يقوم الأمر delay
بتأخير تنفيذ لكود الذي يليه بمقدار 1000 مللي ثانية أي بمقدار ثانية واحدة، قبل
الانتقال الى الأمر الذي يليه مباشرة.
أسئلة شائعة على دارة الغماز الكهربائي
سؤال: هل هنالك أسماء أخرى لدارة الغماز الكهربائي؟
جواب: نعم، هنالك العديد من المصطلحات والتسميات التي تطلق على دائرة الغماز
الكهربائي وهي دائرة الوماض، دائرة الفلاش، دائرة التوميض، دارة العاكس وحتى الاسم
دارة الفلكر الكهربائية.
سؤال: ما هي
أفضل دارة فلاش من حيث الأداء؟
جواب: جميع دارات الفلاش السابقة تعمل
بكفاءة عالية. لكن، أفضلها بالطبع هي تلك التي تستخدم تكنولوجيا الأردوينو، إلا
أنها الأكثر كلفة وأكثرها استهلاكاً للكهرباء. أما الدارات الأخرى وخاصة تلك التي
تستخدم تكنولوجيا الترانزستور، فإن استهلاكها قليل جداً للطاقة الكهربائية مقارنة
مع غيرها من الدارات الأخرى.
سؤال: ما هو قادح شميت؟
جواب: في مجال الإلكترونيات، تعد الدارة المتكاملة قادح شميت أو Shmitt Trigger عبارة عن دائرة مقارنة
تقوم باستقبال إشارة رقمية أو تماثلية عن طريق المدخل الخاص بها، ثم عكس مقدار تلك
القيمة وإخراجها عن طريق الخرج الفولتي التابع لها.