طاولة ترسم بالرمل: مشروع تخرج Arduino بحركة مغناطيسية

تتحرك كرة معدنية فوق طبقة رمل رقيقة، بينما يسحبها مغناطيس مخفي تحت السطح. خلال دقائق يظهر مسار حلزوني أو زخرفة هندسية، ويمكن للزائر متابعة الرسم وهو يتكون. هذه فكرة مشروع Arduino تجمع التصميم الميكانيكي وتخطيط الحركة في قطعة يمكن عرضها على طاولة. السؤال الهندسي فيها واضح: كيف تتحول نقاط مرسومة على الحاسوب إلى أثر متصل، وكيف يعرف الجهاز موضعه بعد التشغيل؟ بين مشاريع تخرج Arduino، تتيح هذه الفكرة دراسة العلاقة بين المسار المحسوب والأثر المادي على نموذج صغير يمكن تقييمه.

ابدأ بزخرفة واحدة ومساحة صغيرة

حدّد النسخة الأولى بصينية مغلقة الجوانب، ومساحة عمل افتراضية 200 × 200 ملم، ومحورين متعامدين يحركان حاملاً خفيفاً للمغناطيس. استخدم شكلاً واحداً متصلاً مثل حلزون مربع، وزر بدء وإيقاف ظاهر، وشاشة تعرض مرحلة الحركة. لا تدخل رفع الكرة أو محو الرمل آلياً في البداية؛ هذه مسائل ميكانيكية مستقلة. تغطية السيور ونقاط القرص، وتثبيت المغناطيس داخل حامله، جزء من تصميم المجسم الذي سيلامسه الزوار. الأبعاد هنا اقتراح لتحديد النطاق، وليست مواصفات جهاز جرى اختباره.

اختر المحرك والسائق كوحدة واحدة

تحتاج لوحة Arduino، ومحركين خطويين صغيرين، وسائقاً مناسباً لكل محرك، وسيوراً وبكرات، وأربعة مفاتيح لنهايات مشوار المحورين، ومصدر تيار مستمر منخفض الجهد. يشرح مرجع Adafruit انتقال المحرك على خطوات محددة. أما DRV8834 فيقبل تغذية محرك ضمن 2.5–10.8 فولت؛ هذا المجال لا يجعل كل محرك متوافقاً معه. راجع تيار الملف وحدّ التيار وتبريد لوحة السائق ومداخل المنطق، ووثّق القطع الفعلية. لا تغذِّ ملفات المحرك من أرجل المتحكم، ولا تستخدم توصيلات درس لمحرك مختلف دون مراجعة.

احسب الحركة قبل إرسال النبضات

يمر الرسم بمراحل: قائمة نقاط بالملليمتر، ثم التحقق من حدودها، ثم تقسيم المقاطع، ثم تحويلها إلى خطوات متزامنة، وأخيراً إرسال النبضات للسائقين. في مثال افتراضي لمحرك 200 خطوة لكل دورة، وتقسيم ثماني، وبكرة 20 سناً وسير بخطوة 2 ملم، تكون المعايرة النظرية 200 × 8 ÷ 40 = 40 نبضة لكل ملم. مقطع من (10،10) إلى (30،25) يحتاج 800 نبضة للمحور الأول و600 للثاني. وزّع نبضات المحور الأقل على زمن المقطع نفسه حتى لا يتحول القطر إلى زاوية قائمة.

هذه المعادلة بداية حسابية؛ قِس انتقالاً فعلياً بمسطرة وعدّل المعامل عند التنفيذ. راعِ التسارع والتباطؤ وحداً منخفضاً للسرعة، لأن إرسال النبضات أسرع لا يضمن انتقال المغناطيس أو بقاء الكرة فوقه. كثافة الرمل وسمك السطح وشد السير تؤثر في النتيجة.

اجعل العودة إلى المرجع مساراً مستقلاً

أي مفتاح عالق، أو نهاية مشوار مقابلة نشطة، أو انتهاء مهلة، ينقل الجهاز إلى عطل ويوقف النبضات. بعد انقطاع الطاقة أو توقف طارئ، أبطل الموضع السابق واطلب تحديد المرجع مجدداً. عدّ الخطوات وحده لا يكشف انزلاق السير أو تعثر المحرك؛ اذكر ذلك صراحة في تقرير المشروع.

الرمل لا يملك أمر رفع القلم

إذا استوردت شعاراً مؤلفاً من جزيرتين منفصلتين، ستترك الكرة خطاً عند الانتقال بينهما. لذلك ابدأ برسومات ذات مسار واحد، أو اجعل خطوط الوصل جزءاً مقصوداً من الزخرفة. اعرض معاينة تشمل الانتقالات كلها قبل التشغيل. ارفض النقطة الواقعة خارج المساحة بدلاً من قصّها بصمت؛ القص قد ينتج زاوية غير متوقعة. احفظ ملف الرسم مع وحدته وترتيب النقاط وإعداد السرعة، وافصل هذا الملف عن برنامج التحكم حتى تعيد التجربة بالإعداد نفسه.

قارن الصورة المطلوبة بالأثر الناتج

خط الأساس المناسب مربع وخطان قطريان بسرعة ثابتة منخفضة. عند توفر العتاد، كرر الشكل بعد إعادة تحديد المرجع، وسجّل انحراف نقاط الزوايا وتوقف الكرة والزمن الكلي. قارن بعدها المسار نفسه مع منحنى تسارع، ولا تنسب التحسن إلى الخوارزمية إذا تغيّر الرمل أو المغناطيس بين التجربتين. جرّب ملفاً فارغاً، ونقطة خارج الحدود، ومفتاحاً مفصولاً، وإيقافاً في منتصف الرسم. معايير القبول تكتب قبل القياس؛ لا توجد هنا نسب دقة أو نجاح ميداني.

ثلاث إضافات تخدم الرسم نفسه

الإضافة الأولى مولد زخارف يسمح بتغيير عدد الأضلاع مع معاينة طول المسار. الثانية مقارنة خوارزميتين لتوزيع النقاط، مع قياس استدارة المنحنيات بالصور. الثالثة مستشعر مستقل يساعد على اكتشاف فقد موضع العربة ويطلب إعادة المرجع، بدلاً من متابعة الرسم بثقة زائفة. سلّم المخطط الميكانيكي والتوصيلات ومعاملات المعايرة وملفات الأشكال وسجل الاختبارات. للمناقشة مع المشرف، اعرض ملف المسار إلى جانب صور الأثر واشرح أين اختلفا؛ بذلك يصبح تقييم الطاولة مرتبطاً بالحركة التي نفذتها. وإذا احتجت مساعدة في تنفيذ مشروع التخرج أو بناء منظومة Arduino الحركية، أرفق مساحة الصينية والمكونات المتاحة والرسم الذي تريد استخدامه في الاختبار.