ماسح يرسم أثر المغناطيس: مشاريع تخرج Arduino للقياس والروبوتات

المغناطيس لا يرسم خطوطه في الهواء، لكن مسح نقاط متقاربة بحساس Hall يستطيع تحويل أثره إلى خريطة يمكن مقارنتها بين جلسة وأخرى. في مشاريع تخرج Arduino للقياس والروبوتات، يبني الفريق منصة تحرك مسباراً خطياً فوق مغناطيس قضبي أو زوج مغناطيسات، وتعرض لوناً لكل قراءة مع المسافة واتجاه الحساس. الفكرة ليست جهاز تصوير علمياً معتمداً؛ إنها أداة تعليمية تشرح كيف يتغير القياس باختلاف الموضع والمحور، وكيف يمكن لرسمة جميلة أن تخفي معايرة خاطئة.

ابدأ بشبكة صغيرة ومغناطيس معلوم

ثبت مغناطيساً واحداً تحت لوح غير مغناطيسي، وحدد مركزه واتجاه قطبيه قبل بدء القياس. استخدم مسبار Hall خطياً على عربة يتحكم بها محرك خطوة أو حركه يدوياً على مسطرة مدرجة في النسخة الأولى. ابدأ شبكة مثل 9 في 9 نقاط مع مسافة منتظمة، وسجل ارتفاع المسبار عن السطح ووجه الحساس الذي يشير إلى الأعلى. لا تستخدم مغناطيسات قوية قرب بطاقات ممغنطة أو أجهزة حساسة، ولا تترك مغناطيساً صغيراً في متناول طفل. اجعل وحدة العرض تلون القراءة، لكن احتفظ أيضاً بالقيمة الخام والوحدة والاتجاه وسياق كل نقطة.

اختر حساساً خطياً لا مفتاحاً رقمياً

حساس Hall الرقمي العادي يعطي حالة تشغيل أو إيقاف عندما يعبر المجال عتبة، بينما يحتاج رسم خريطة إلى قراءة تتغير مع المجال. توضح ورقة Texas Instruments DRV5053 حساسات Hall خطية ذات خرج تناظري تناسبي، وتعرض خصائص مثل جهد السكون والحساسية؛ افحص الإصدار والجهد ونوع الحزمة قبل شراء لوحة breakout. استخدم مقسماً أو واجهة مناسبة إن تجاوز جهد الخرج مجال ADC في لوحتك. تذكر وثائق ESP32 أن بعض أرجل GPIO لها وظائف أو قيود مختلفة، وأن بعض الأرجل دخل فقط؛ اختر المدخل بعد مراجعة لوحة التطوير نفسها، لا من قائمة عامة.

الموضع والمحور جزء من القياس

يقرأ المتحكم خرج الحساس بعد استقرار العربة عند النقطة المطلوبة، ثم يسجل الإحداثيين والارتفاع والقراءة. افحص انحياز الخرج بعيداً عن المغناطيس، وكرر قياس نقطة مرجعية بين صفوف الشبكة لرؤية تغير الحرارة أو التغذية. حرك الحساس 180 درجة في موضع واحد لمعرفة أثر اتجاه المحور، ولا تدمج القراءات ذات المحاور المختلفة في مخطط واحد. يمكن أن يشوش هيكل حديدي قريب القياس؛ لهذا استخدم قاعدة غير مغناطيسية وأبعد البراغي الفولاذية عن المسبار. إذا تحرك المغناطيس أثناء المسح، ألغ الجلسة بدلاً من تفسير الخريطة على أنها حقل ثابت.

مثال شبكة توضيحي

للتوضيح فقط، ضع مغناطيساً قضبياً أفقياً على ورقة شبكية، وقس تسع نقاط على امتداد طوله وثلاثة صفوف أمامه. من المتوقع أن تختلف الإشارة قرب الطرفين عنها قرب الوسط، لكن إشارة الخرج واتجاه الزيادة يعتمدان على اتجاه الحساس والقطب وتوصيله. يرسم البرنامج مخططاً ثنائياً الأبعاد ويعرض اللون مع مفتاح قراءة، لا خطوط قوة محسوبة كأنها حقيقة. هذه توقعات تعليمية وليست قياسات فعلية؛ أضف قيماً اصطناعية فقط إذا وسمتها بوضوح كي لا تختلط بملف تجربة لاحقة.

اختبر الخطأ قبل اختيار لوحة الألوان

ابدأ بفحص خرج السكون، ثم قارن عدة نقاط بقراءة جهاز قياس مجال إن توفر أو بحساب مرجعي مبسط مع بيان افتراضاته. كرر الشبكة بعد رفع المسبار قليلاً وبعد تدويره، واحسب تغير النقطة المرجعية والفرق بين الذهاب والإياب. اختبر انقطاع الحساس، وسلكاً مفصولاً، ومدى ADC، وإعادة تموضع المغناطيس. خط الأساس هو قياس يدوي بنقاط أقل؛ قارن زمن جمع الخريطة وتكراريتها على نفس المسافة. لا تستنتج قيمة المجال المطلقة من تدرج لون أو من حساسية اسمية دون معايرة، ولا تعرض اتجاه خطوط ثلاثية الأبعاد من قياسات محور واحد.

مخرج قابل للتكرار وحدود واضحة

يسلم فريق مشروع التخرج مخططاً يبين قطبية المسبار، ورسم شبكة القياس وارتفاعه، وملفات CSV الخام، ونسخة من خوارزمية تلوين القيم، وتقريراً يشرح التكرارية وحدود ADC. يمكن إضافة محور حركة ثانٍ لاحقاً، لكن يجب أولاً إثبات أن العربة تعود إلى الموضع نفسه. ناقش أي حقل مغناطيسي قرب معدات أو أجهزة طبية بحذر؛ النموذج المقترح ليس أداة سلامة أو فحص معدات. إذا لم يتوفر مسبار مرجعي، قل إن القياس نسبي داخل التجربة، ولا تصف الألوان بأنها شدة مطلقة للمجال. يمكن حفظ مخطط الخريطة كصورة منفصلة عن ملف البيانات حتى يستطيع قارئ آخر إعادة تلوين الأرقام بمقياس مختلف. ثبّت اتجاه محور القياس على حامل الحساس بعلامة، وسجل رقم القطعة ومجال ADC المختار. إن استبدلت المسبار بقطعة أخرى، لا تدمج السلسلتين قبل إجراء معايرة مشتركة؛ اختلاف الحساسية قد يجعل الخريطة تبدو كأن المغناطيس تغير.يمكن ترتيب سؤال القياس ومخرجاته عبر مشاريع التخرج قبل شراء الحساس أو بناء العربة.