مجسم يرسم بالظل: فكرة مشروع تخرج بـArduino

قد يكون الجسم فوق القاعدة مجرد شرائح متباعدة، لكن ظله على اللوحة يجتمع ليظهر قوساً أو حرفاً. مع تغير اتجاه الضوء تتفكك الصورة، فيغيّر محرك صغير زاوية المجسم بحثاً عن التكوين الأقرب. هذه فكرة مشروع تخرج فني هندسي تستخدم Arduino وحساسات ضوء وسيرفو. لا تحتاج لوح طاقة أو تجهيزات كهرباء منزلية؛ الضوء هنا مدخل قياس، والخرج حركة بطيئة لمجسم خفيف داخل قاعدة محددة. إذا كنت تبحث عن مشاريع تخرج Arduino تجمع الفن بالتحكم، فهذا النموذج يقدّم فرضية بصرية وخطة مقارنة ضمن حركة محدودة.

اختر ظلاً واحداً تستطيع وصفه

ابدأ بمحور دوران واحد ولوحة خلفية ثابتة ومجسم من مواد خفيفة. استخدم مصباح LED مكتبي منخفض الجهد في تجربة الطاولة، ثم ادرس ضوء النافذة إذا بقي وقت. اختر تكويناً بسيطاً، مثل محاذاة ظل شريحتين مع خط مطبوع، بدلاً من وجه كامل يحتاج هندسة بصرية أصعب. النسخة الأولى تضبط اتجاه المجسم بناءً على فرق إضاءة حساسين، ثم تقيس جودة الظل بصورة ثابتة. لا تفترض أن توازن الحساسين يضمن جمال الصورة؛ هذه فرضية يحتاج المشروع إلى فحصها.

حساسان وحاجز صغير ومجسم متوازن

تحتاج Arduino وسيرفو موضعياً صغيراً ومقاومتين ضوئيتين ومقاومتين ثابتتين وقاعدة دوارة وزر إيقاف. ضع حاجزاً قصيراً بين الحساسين، وثبتهما على الجزء الدوار كي يتغير الفرق مع الاتجاه. يشرح دليل Adafruit للمقاومات الضوئية قراءة مقسم الجهد، وينبه إلى تشبع المجال عند الضوء القوي. اختر التغذية والمقاومة بحيث لا يتجاوز خرج المقسم مجال مدخل اللوحة، ثم اختبر الاستجابة في إضاءة التجربة الفعلية. لا تعامل القراءة الخام كوحدة لوكس معايرة.

يوضح مرجع السيرفو أن مجال الدوران الفعلي يختلف بين المحركات. راجع جهد السيرفو وتيار بدء حركته، واستخدم تغذية منظمة منخفضة الجهد ملائمة مع أرضي مشترك. لا تعتمد على رجل تغذية المتحكم لتوفير تيار محرك غير موثق. وازن المجسم، وغطّ نقاط القرص، وحدّد مجالاً ميكانيكياً لا يشد أسلاك الحساسين.

افصل انحياز الحساس عن اتجاه الضوء

ضع الحساسين تحت إضاءة متقاربة وسجّل فرق الاستجابة عند عدة مستويات. قد يختلف حساسان من الطراز نفسه، فتحتاج معاملاً لتقريب استجابتيهما قبل المقارنة. بعد ذلك اربط زاوية مرجعية باتجاه الجسم واللوحة الخلفية. في مثال افتراضي تصبح القراءة المصححة يساراً 600 ويميناً 400؛ الخطأ النسبي يساوي (600 − 400) ÷ (600 + 400) = 0.20. هذا وصف لتوازن الإشارة، وليس قياساً لزاوية الشمس أو لشدة الإضاءة المطلقة.

حركة صغيرة ثم انتظار قراءة جديدة

if light_total < minimum_light: hold_position()
else if abs(error) < dead_band: hold_position()
else:
    target = clamp(angle + gain * error, min_angle, max_angle)
    move_slowly(target)
    wait_for_settling()

هذا منطق توضيحي يحتاج تحويله إلى برنامج غير حاجب للأزرار. اختر اتجاه التصحيح باختبار صغير؛ إذا زاد الخطأ بعد الحركة فإشارة التحكم مقلوبة. استخدم منطقة سكون، مثلاً قيمة تجريبية 0.05، وحداً صغيراً لتغير الزاوية في الدورة. الرقم المقترح ليس ضبطاً جاهزاً. تضيف مهلة الاستقرار وقتاً كي لا يطارد النظام ظلال المجسم أثناء حركته، وتحمي حدود الزاوية من استمرار التصحيح قرب نهاية المشوار.

متى يتوقف عن البحث؟

ابدأ التشغيل دون حركة مفاجئة إلى زاوية مفترضة. عاير الوضع الأولي يدوياً داخل المجال، وحدّد سرعة انتقال محدودة. إذا أضفت محوراً بمدى أكبر لاحقاً، ستحتاج طريقة مستقلة لمعرفة موضعه ونهايات مشوار مناسبة؛ أمر السيرفو لا يثبت وحده وصول المجسم.

قارن التحكم بصورة الظل نفسها

صوّر الظل من موضع ثابت أمام ثلاث زوايا محددة لمصدر الضوء، ثم كرر بعد تثبيت المجسم يدوياً بوصفه خط أساس. قارن مقدار ابتعاد حافة الظل عن علامات مرجعية، وعدد انعكاسات اتجاه المحرك، والزمن حتى الاستقرار. جرّب تحكماً بعتبة واحدة ثم منطقة السكون مع الحفاظ على المجسم والمصباح نفسيهما. إذا حسّن التوازن الضوئي لكنه أفسد الظل، فالنتيجة مفيدة: موضع الحساسين لا يمثل الهدف البصري كما افترضت. دوّن ذلك قبل تغيير التصميم.

ثلاث إضافات دون توسيع الفكرة بلا حدود

يمكن إضافة قرص قابل للتبديل يحمل تكوينات ظل مختلفة، أو كاميرا تقيس تطابق الظل مع قناع مرجعي محلي، أو سجل يربط زاوية المجسم بجودة التكوين خلال فترة إضاءة. للأولى اختبر ثبات تركيب القرص، وللثانية قارِنها بالتحكم الضوئي البسيط، وللثالثة ميّز القراءات المفقودة من تغير الإضاءة. سلّم ملفات الشرائح والقاعدة ومخطط التوصيل ومعاملات المعايرة وصور الاختبار. ضع صورتين متقابلتين، قبل التصحيح وبعده، في عرض مشروع التخرج، واربطهما بزاوية المجسم وقراءات الحساسين. أما عند تجهيز منظومة Arduino للمجسم، فابدأ بتحديد مصدر الضوء ووزن الأجزاء وحدود الدوران؛ هذه المعلومات هي أساس مراجعة التصميم الذي سيحمل الشكل الظلي.