|
|
<!--
|
|
|
CO_OP_TRANSLATOR_METADATA:
|
|
|
{
|
|
|
"original_hash": "4fb20273d299dc8d07a8f06c9cd0cdd9",
|
|
|
"translation_date": "2025-08-26T22:44:09+00:00",
|
|
|
"source_file": "2-farm/lessons/2-detect-soil-moisture/README.md",
|
|
|
"language_code": "ar"
|
|
|
}
|
|
|
-->
|
|
|
C، المعروف بـ *I-squared-C*، هو بروتوكول متعدد المتحكمات ومتعدد الأجهزة الطرفية، حيث يمكن لأي جهاز متصل أن يعمل كمتحكم أو جهاز طرفي يتواصل عبر ناقل I²C (وهو نظام اتصال ينقل البيانات). يتم إرسال البيانات كحزم موجهة، تحتوي كل حزمة على عنوان الجهاز المتصل الذي يُقصد إرسال البيانات إليه.
|
|
|
|
|
|
> 💁 كان يُشار إلى هذا النموذج سابقًا بمصطلحات "الماستر/العبد"، ولكن يتم التخلي عن هذه المصطلحات بسبب ارتباطها بالعبودية. لقد تبنت [جمعية الأجهزة مفتوحة المصدر مصطلحات المتحكم/الجهاز الطرفي](https://www.oshwa.org/a-resolution-to-redefine-spi-signal-names/)، ولكن قد تصادف إشارات إلى المصطلحات القديمة.
|
|
|
|
|
|
الأجهزة لديها عنوان يتم استخدامه عند الاتصال بناقل I²C، وعادةً ما يكون هذا العنوان مبرمجًا مسبقًا على الجهاز. على سبيل المثال، كل نوع من أجهزة الاستشعار Grove من Seeed لديه نفس العنوان، لذا فإن جميع أجهزة استشعار الضوء لديها نفس العنوان، وجميع الأزرار لديها عنوان مختلف عن عنوان أجهزة استشعار الضوء. بعض الأجهزة توفر طرقًا لتغيير العنوان، مثل تغيير إعدادات الجمبر أو لحام دبابيس معًا.
|
|
|
|
|
|
I²C يحتوي على ناقل يتكون من سلكين رئيسيين، بالإضافة إلى سلكين للطاقة:
|
|
|
|
|
|
| السلك | الاسم | الوصف |
|
|
|
| ---- | --------- | ----------- |
|
|
|
| SDA | البيانات التسلسلية | هذا السلك يُستخدم لإرسال البيانات بين الأجهزة. |
|
|
|
| SCL | ساعة التسلسل | هذا السلك يُرسل إشارة الساعة بمعدل يتم تحديده بواسطة المتحكم. |
|
|
|
| VCC | جامع الجهد المشترك | مصدر الطاقة للأجهزة. يتم توصيله بأسلاك SDA وSCL لتوفير طاقتها عبر مقاوم رفع يقوم بإيقاف الإشارة عندما لا يكون هناك جهاز يعمل كمتحكم. |
|
|
|
| GND | الأرض | يوفر أرضية مشتركة للدائرة الكهربائية. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
لإرسال البيانات، يقوم أحد الأجهزة بإصدار شرط البدء للإشارة إلى أنه جاهز لإرسال البيانات. بعد ذلك يصبح الجهاز متحكمًا. يقوم المتحكم بإرسال عنوان الجهاز الذي يريد التواصل معه، بالإضافة إلى ما إذا كان يريد قراءة أو كتابة البيانات. بعد نقل البيانات، يقوم المتحكم بإرسال شرط التوقف للإشارة إلى أنه انتهى. بعد ذلك يمكن لجهاز آخر أن يصبح المتحكم ويرسل أو يستقبل البيانات.
|
|
|
<sup>
|
|
|
### بروتوكولات الاتصال بين الأجهزة
|
|
|
|
|
|
#### I<sup>2</sup>C
|
|
|
|
|
|
I<sup>2</sup>C هو بروتوكول اتصال شائع يستخدم للتواصل بين الأجهزة الإلكترونية. يتميز بسرعته المحدودة، حيث يعمل بثلاثة أوضاع بسرعات ثابتة. أسرع وضع هو وضع السرعة العالية بسرعة قصوى تصل إلى 3.4 ميجابت في الثانية، ولكن عدد قليل من الأجهزة يدعم هذه السرعة. على سبيل المثال، Raspberry Pi يقتصر على الوضع السريع بسرعة 400 كيلوبت في الثانية. الوضع القياسي يعمل بسرعة 100 كيلوبت في الثانية.
|
|
|
|
|
|
> 💁 إذا كنت تستخدم Raspberry Pi مع قبعة Grove Base كجهاز IoT الخاص بك، ستجد عدة مقابس I<sup>2</sup>C على اللوحة يمكنك استخدامها للتواصل مع مستشعرات I<sup>2</sup>C. كما أن مستشعرات Grove التناظرية تستخدم I<sup>2</sup>C مع محول ADC لإرسال القيم التناظرية كبيانات رقمية، لذا فإن مستشعر الضوء الذي استخدمته يحاكي دبوسًا تناظريًا، حيث يتم إرسال القيمة عبر I<sup>2</sup>C لأن Raspberry Pi يدعم فقط الدبابيس الرقمية.
|
|
|
|
|
|
### جهاز الاستقبال والإرسال غير المتزامن العام (UART)
|
|
|
|
|
|
UART يعتمد على دوائر مادية تسمح لجهازين بالتواصل. كل جهاز يحتوي على دبوسين للتواصل - الإرسال (Tx) والاستقبال (Rx)، حيث يتم توصيل دبوس Tx للجهاز الأول بدبوس Rx للجهاز الثاني، والعكس صحيح. هذا يسمح بإرسال البيانات في كلا الاتجاهين.
|
|
|
|
|
|
* الجهاز 1 يرسل البيانات من دبوس Tx الخاص به، والتي يتم استقبالها بواسطة الجهاز 2 على دبوس Rx الخاص به.
|
|
|
* الجهاز 1 يستقبل البيانات على دبوس Rx الخاص به التي يتم إرسالها بواسطة الجهاز 2 من دبوس Tx الخاص به.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
> 🎓 يتم إرسال البيانات بتتابع بت واحد في كل مرة، وهذا يُعرف بالاتصال التسلسلي. معظم أنظمة التشغيل ووحدات التحكم الدقيقة تحتوي على *منافذ تسلسلية*، وهي اتصالات يمكنها إرسال واستقبال البيانات التسلسلية المتاحة لبرمجتك.
|
|
|
|
|
|
أجهزة UART لديها [معدل بود](https://wikipedia.org/wiki/Symbol_rate) (المعروف أيضًا بمعدل الرموز)، وهو السرعة التي يتم بها إرسال واستقبال البيانات بالبتات في الثانية. معدل بود شائع هو 9,600، مما يعني إرسال 9,600 بت (0 و1) من البيانات كل ثانية.
|
|
|
|
|
|
UART يستخدم بتات البداية والنهاية - حيث يرسل بت بداية للإشارة إلى أنه على وشك إرسال بايت (8 بتات) من البيانات، ثم بت نهاية بعد إرسال الـ 8 بتات.
|
|
|
|
|
|
سرعة UART تعتمد على الأجهزة، ولكن حتى أسرع التطبيقات لا تتجاوز 6.5 ميجابت في الثانية.
|
|
|
|
|
|
يمكنك استخدام UART عبر دبابيس GPIO - يمكنك تعيين دبوس كـ Tx وآخر كـ Rx، ثم توصيلهما بجهاز آخر.
|
|
|
|
|
|
> 💁 إذا كنت تستخدم Raspberry Pi مع قبعة Grove Base كجهاز IoT الخاص بك، ستجد مقبس UART على اللوحة يمكنك استخدامه للتواصل مع المستشعرات التي تستخدم بروتوكول UART.
|
|
|
|
|
|
### واجهة المحيط التسلسلي (SPI)
|
|
|
|
|
|
SPI مصمم للتواصل عبر مسافات قصيرة، مثل التواصل بين وحدة تحكم دقيقة وجهاز تخزين مثل ذاكرة الفلاش. يعتمد على نموذج وحدة التحكم/الأجهزة الطرفية مع وحدة تحكم واحدة (عادةً معالج جهاز IoT) تتفاعل مع أجهزة طرفية متعددة. تتحكم وحدة التحكم في كل شيء عن طريق اختيار جهاز طرفي وإرسال أو طلب البيانات.
|
|
|
|
|
|
> 💁 مثل I<sup>2</sup>C، المصطلحات وحدة التحكم والأجهزة الطرفية هي تغييرات حديثة، لذا قد ترى المصطلحات القديمة لا تزال مستخدمة.
|
|
|
|
|
|
وحدات التحكم SPI تستخدم 3 أسلاك، بالإضافة إلى سلك إضافي لكل جهاز طرفي. الأجهزة الطرفية تستخدم 4 أسلاك. هذه الأسلاك هي:
|
|
|
|
|
|
| السلك | الاسم | الوصف |
|
|
|
| ---- | --------- | ----------- |
|
|
|
| COPI | خرج وحدة التحكم، دخل الجهاز الطرفي | هذا السلك لإرسال البيانات من وحدة التحكم إلى الجهاز الطرفي. |
|
|
|
| CIPO | دخل وحدة التحكم، خرج الجهاز الطرفي | هذا السلك لإرسال البيانات من الجهاز الطرفي إلى وحدة التحكم. |
|
|
|
| SCLK | الساعة التسلسلية | هذا السلك يرسل إشارة الساعة بمعدل تحدده وحدة التحكم. |
|
|
|
| CS | اختيار الشريحة | وحدة التحكم لديها عدة أسلاك، واحد لكل جهاز طرفي، وكل سلك يتصل بسلك CS على الجهاز الطرفي المقابل. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
سلك CS يُستخدم لتفعيل جهاز طرفي واحد في كل مرة، والتواصل عبر أسلاك COPI وCIPO. عندما تحتاج وحدة التحكم إلى تغيير الجهاز الطرفي، تقوم بإلغاء تفعيل سلك CS المتصل بالجهاز الطرفي النشط حاليًا، ثم تفعيل السلك المتصل بالجهاز الطرفي الذي تريد التواصل معه بعد ذلك.
|
|
|
|
|
|
SPI هو *ثنائي الاتجاه بالكامل*، مما يعني أن وحدة التحكم يمكنها إرسال واستقبال البيانات في نفس الوقت من نفس الجهاز الطرفي باستخدام أسلاك COPI وCIPO. يستخدم SPI إشارة الساعة على سلك SCLK للحفاظ على تزامن الأجهزة، لذا على عكس الإرسال المباشر عبر UART، لا يحتاج إلى بتات البداية والنهاية.
|
|
|
|
|
|
لا توجد حدود سرعة محددة لـ SPI، حيث يمكن للتطبيقات غالبًا إرسال عدة ميغابايت من البيانات في الثانية.
|
|
|
|
|
|
مجموعات تطوير IoT غالبًا ما تدعم SPI عبر بعض دبابيس GPIO. على سبيل المثال، في Raspberry Pi يمكنك استخدام دبابيس GPIO 19، 21، 23، 24 و26 لـ SPI.
|
|
|
|
|
|
### الاتصال اللاسلكي
|
|
|
|
|
|
بعض المستشعرات يمكنها التواصل عبر بروتوكولات لاسلكية قياسية، مثل Bluetooth (خاصة Bluetooth Low Energy أو BLE)، LoRaWAN (بروتوكول شبكة منخفضة الطاقة بعيدة المدى)، أو WiFi. هذه البروتوكولات تسمح باستخدام مستشعرات عن بُعد غير متصلة فعليًا بجهاز IoT.
|
|
|
|
|
|
أحد الأمثلة على ذلك هو مستشعرات رطوبة التربة التجارية. تقوم هذه المستشعرات بقياس رطوبة التربة في الحقل، ثم إرسال البيانات عبر LoRaWAN إلى جهاز مركزي، والذي يقوم بمعالجة البيانات أو إرسالها عبر الإنترنت. هذا يسمح للمستشعر بأن يكون بعيدًا عن جهاز IoT الذي يدير البيانات، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحاجة إلى شبكات WiFi كبيرة أو كابلات طويلة.
|
|
|
|
|
|
BLE شائع للمستشعرات المتقدمة مثل أجهزة تتبع اللياقة التي تعمل على المعصم. تجمع هذه الأجهزة بين مستشعرات متعددة وترسل بيانات المستشعر إلى جهاز IoT مثل هاتفك عبر BLE.
|
|
|
|
|
|
✅ هل لديك أي مستشعرات بلوتوث على شخصك، في منزلك أو في مدرستك؟ قد تشمل هذه المستشعرات مستشعرات درجة الحرارة، مستشعرات الإشغال، أجهزة تتبع الأجهزة وأجهزة اللياقة.
|
|
|
|
|
|
طريقة شائعة لربط الأجهزة التجارية هي Zigbee. يستخدم Zigbee WiFi لتشكيل شبكات متشابكة بين الأجهزة، حيث يتصل كل جهاز بأكبر عدد ممكن من الأجهزة القريبة، مكونًا عددًا كبيرًا من الاتصالات مثل شبكة العنكبوت. عندما يريد جهاز إرسال رسالة إلى الإنترنت، يمكنه إرسالها إلى أقرب الأجهزة، والتي تقوم بعد ذلك بإعادة توجيهها إلى الأجهزة القريبة الأخرى وهكذا، حتى تصل إلى منسق ويمكن إرسالها إلى الإنترنت.
|
|
|
|
|
|
> 🐝 يشير اسم Zigbee إلى رقصة التمايل التي تقوم بها النحل العسلية عند عودتها إلى الخلية.
|
|
|
|
|
|
## قياس مستويات الرطوبة في التربة
|
|
|
|
|
|
يمكنك قياس مستوى الرطوبة في التربة باستخدام مستشعر رطوبة التربة، جهاز IoT، ونبتة منزلية أو قطعة تربة قريبة.
|
|
|
|
|
|
### المهمة - قياس رطوبة التربة
|
|
|
|
|
|
اتبع الدليل المناسب لقياس رطوبة التربة باستخدام جهاز IoT الخاص بك:
|
|
|
|
|
|
* [Arduino - Wio Terminal](wio-terminal-soil-moisture.md)
|
|
|
* [كمبيوتر أحادي اللوحة - Raspberry Pi](pi-soil-moisture.md)
|
|
|
* [كمبيوتر أحادي اللوحة - جهاز افتراضي](virtual-device-soil-moisture.md)
|
|
|
|
|
|
## معايرة المستشعر
|
|
|
|
|
|
تعتمد المستشعرات على قياس الخصائص الكهربائية مثل المقاومة أو السعة.
|
|
|
|
|
|
> 🎓 المقاومة، التي تُقاس بالأوم (Ω)، هي مقدار المعارضة التي تواجهها التيار الكهربائي أثناء مروره عبر مادة ما. عندما يتم تطبيق جهد على مادة، فإن كمية التيار التي تمر تعتمد على مقاومة المادة. يمكنك قراءة المزيد على [صفحة المقاومة الكهربائية على ويكيبيديا](https://wikipedia.org/wiki/Electrical_resistance_and_conductance).
|
|
|
|
|
|
> 🎓 السعة، التي تُقاس بالفاراد (F)، هي قدرة مكون أو دائرة على جمع وتخزين الطاقة الكهربائية. يمكنك قراءة المزيد عن السعة على [صفحة السعة على ويكيبيديا](https://wikipedia.org/wiki/Capacitance).
|
|
|
|
|
|
هذه القياسات ليست دائمًا مفيدة - تخيل مستشعر درجة حرارة يعطيك قياسًا بقيمة 22.5KΩ! بدلاً من ذلك، يجب تحويل القيمة المقاسة إلى وحدة مفيدة من خلال المعايرة - أي مطابقة القيم المقاسة مع الكمية المقاسة للسماح بتحويل القياسات الجديدة إلى الوحدة الصحيحة.
|
|
|
|
|
|
بعض المستشعرات تأتي معايرة مسبقًا. على سبيل المثال، مستشعر درجة الحرارة الذي استخدمته في الدرس السابق كان معايرًا بالفعل بحيث يمكنه إرجاع قياس درجة الحرارة بوحدة °C. في المصنع، يتم تعريض أول مستشعر تم إنشاؤه لمجموعة من درجات الحرارة المعروفة ويتم قياس المقاومة. يتم استخدام هذه البيانات لإنشاء معادلة يمكنها تحويل القيمة المقاسة بوحدة Ω (وحدة المقاومة) إلى °C.
|
|
|
|
|
|
> 💁 المعادلة المستخدمة لحساب المقاومة من درجة الحرارة تُعرف بـ [معادلة Steinhart–Hart](https://wikipedia.org/wiki/Steinhart–Hart_equation).
|
|
|
|
|
|
### معايرة مستشعر رطوبة التربة
|
|
|
|
|
|
يتم قياس رطوبة التربة باستخدام محتوى الماء الجاذبي أو الحجمي.
|
|
|
|
|
|
* الجاذبي هو وزن الماء في وحدة وزن التربة، ويُقاس بعدد الكيلوجرامات من الماء لكل كيلوجرام من التربة الجافة.
|
|
|
* الحجمي هو حجم الماء في وحدة حجم التربة، ويُقاس بعدد الأمتار المكعبة من الماء لكل متر مكعب من التربة الجافة.
|
|
|
|
|
|
> 🇺🇸 بالنسبة للأمريكيين، يمكن قياس هذه الوحدات بالرطل بدلاً من الكيلوجرام أو بالقدم المكعب بدلاً من المتر المكعب.
|
|
|
|
|
|
مستشعرات رطوبة التربة تقيس المقاومة الكهربائية أو السعة - وهذا لا يختلف فقط حسب رطوبة التربة، ولكن أيضًا حسب نوع التربة لأن مكونات التربة يمكن أن تغير خصائصها الكهربائية. من الأفضل معايرة المستشعرات - أي أخذ قراءات من المستشعر ومقارنتها بالقياسات التي تم الحصول عليها باستخدام نهج علمي أكثر. على سبيل المثال، يمكن لمختبر حساب رطوبة التربة الجاذبية باستخدام عينات من حقل معين تُؤخذ عدة مرات في السنة، ويمكن استخدام هذه الأرقام لمعايرة المستشعر، مما يطابق قراءة المستشعر مع رطوبة التربة الجاذبية.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
الرسم البياني أعلاه يوضح كيفية معايرة مستشعر. يتم تسجيل الجهد لعينة تربة يتم قياسها بعد ذلك في مختبر بمقارنة الوزن الرطب بالوزن الجاف (عن طريق قياس الوزن الرطب، ثم التجفيف في فرن وقياس الوزن الجاف). بمجرد أخذ عدة قراءات، يمكن رسمها على رسم بياني وتحديد خط يناسب النقاط. يمكن استخدام هذا الخط لتحويل قراءات مستشعر رطوبة التربة التي يتم أخذها بواسطة جهاز IoT إلى قياسات فعلية لرطوبة التربة.
|
|
|
|
|
|
💁 بالنسبة لمستشعرات رطوبة التربة المقاومة، يزداد الجهد مع زيادة رطوبة التربة. بالنسبة لمستشعرات رطوبة التربة السعوية، ينخفض الجهد مع زيادة رطوبة التربة، لذا فإن الرسوم البيانية لهذه المستشعرات ستنحدر للأسفل بدلاً من الأعلى.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
الرسم البياني أعلاه يظهر قراءة جهد من مستشعر رطوبة التربة، ومن خلال تتبع ذلك إلى الخط على الرسم البياني، يمكن حساب رطوبة التربة الفعلية.
|
|
|
|
|
|
هذا النهج يعني أن المزارع يحتاج فقط إلى الحصول على عدد قليل من القياسات المخبرية لحقل معين، ثم يمكنه استخدام أجهزة IoT لقياس رطوبة التربة - مما يسرع بشكل كبير من وقت أخذ القياسات.
|
|
|
|
|
|
---
|
|
|
|
|
|
## 🚀 تحدي
|
|
|
|
|
|
مستشعرات رطوبة التربة المقاومة والسعوية لها عدد من الاختلافات. ما هي هذه الاختلافات، وأي نوع (إن وجد) هو الأفضل للمزارع لاستخدامه؟ هل يتغير هذا الجواب بين الدول النامية والمتقدمة؟
|
|
|
|
|
|
## اختبار ما بعد المحاضرة
|
|
|
|
|
|
[اختبار ما بعد المحاضرة](https://black-meadow-040d15503.1.azurestaticapps.net/quiz/12)
|
|
|
|
|
|
## المراجعة والدراسة الذاتية
|
|
|
|
|
|
اقرأ عن الأجهزة والبروتوكولات المستخدمة بواسطة المستشعرات والمحركات:
|
|
|
|
|
|
* [صفحة GPIO على ويكيبيديا](https://wikipedia.org/wiki/General-purpose_input/output)
|
|
|
* [صفحة UART على ويكيبيديا](https://wikipedia.org/wiki/Universal_asynchronous_receiver-transmitter)
|
|
|
* [صفحة SPI على ويكيبيديا](https://wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface)
|
|
|
* [صفحة I<sup>2</sup>C على ويكيبيديا](https://wikipedia.org/wiki/I²C)
|
|
|
* [صفحة Zigbee على ويكيبيديا](https://wikipedia.org/wiki/Zigbee)
|
|
|
|
|
|
## الواجب
|
|
|
|
|
|
[عاير مستشعرك](assignment.md)
|
|
|
|
|
|
---
|
|
|
|
|
|
**إخلاء المسؤولية**:
|
|
|
تم ترجمة هذا المستند باستخدام خدمة الترجمة بالذكاء الاصطناعي [Co-op Translator](https://github.com/Azure/co-op-translator). بينما نسعى لتحقيق الدقة، يرجى العلم أن الترجمات الآلية قد تحتوي على أخطاء أو عدم دقة. يجب اعتبار المستند الأصلي بلغته الأصلية المصدر الرسمي. للحصول على معلومات حاسمة، يُوصى بالاستعانة بترجمة بشرية احترافية. نحن غير مسؤولين عن أي سوء فهم أو تفسيرات خاطئة ناتجة عن استخدام هذه الترجمة. |
