أدت الزيادة الهائلة في أسعار الطاقة في الأشهر الأخيرة إلى التركيز الشديد على حاجة الشركات إلى خفض استخدامها بسرعة.
تتطلب التغييرات الأكبر عمومًا نفقات مقدمة كبيرة – وهو أمر قد يستغرق سنوات لتحقيق عائد. على خلفية ارتفاع التكاليف في جميع المجالات ، وتزايد عدم اليقين بشأن اتجاه الاقتصاد العالمي ، قد يكون من الصعب بشكل خاص تبرير هذا النوع من الإنفاق في الوقت الحالي.
ومع ذلك ، هناك العديد من الطرق التي يمكن للشركات من خلالها وضع حد في فواتير الطاقة الخاصة بهم اليوم – مع القليل من النفقات المسبقة أو بدونها. قد لا يكون كافيًا التراجع تمامًا عن تأثير ارتفاع تكاليف الطاقة ، ولكن على الأقل سيساعد ذلك على تخفيف تأثيرها بشكل كبير.
تغير بسيط
قالت جولي فارلي ، المديرة التنفيذية للبرامج في فريق الشركات الصغيرة والمتوسطة في هيئة الطاقة المستدامة في أيرلندا: “رسالتنا الأساسية للأعمال هي أنه يمكنك استخدام طاقة أقل دون المساومة على مخرجاتها”.
“نحن لا نطلب من الشركات عدم إنتاج نفس القدر من الإنتاج ، أو عدم تقديم خدماتهم – لدينا أشياء يمكننا القيام بها لتقليل تكاليف الطاقة حقًا – والتي تكلف القليل من المال أو لا تكلف شيئًا.”
ربما يكون التغيير الأكثر أهمية الذي يمكن أن يحدثه النشاط التجاري هو التغيير الذي يتطلب أقل جهد.
مثل الكثير من المنازل ، يمكن أن يؤدي تغيير مزود الخدمة – أو حتى التعريفة – إلى إحداث تأثير كبير في المبلغ الذي تدفعه الشركة مقابل احتياجاتها من الطاقة.
ولكن على عكس الأسر ، قد يكون إجراء مقارنة أمرًا صعبًا – لأن نوع العداد الذي تستخدمه الشركة يمكن أن يؤثر على المبلغ الذي تدفعه.
قال آرون ماكيتريك ، مؤسس شركة استشارات الطاقة Green Energy Partners: “إذا كنت تبحث عن سعر عمل عبر الإنترنت ، فستعتقد أنك على موقع Bonkers أو أحد مواقع المقارنة”.
“لا يعرض أي منهم الأسعار – يرجع الأمر إلى نوع العداد المحدد الذي تستخدمه الشركة.”
يمكن لعوامل أخرى ، بما في ذلك الرسوم الإضافية ، أن تزيد من تعكير المياه – على سبيل المثال الرسوم المتعلقة بسوق الطاقة الموحدة المتكاملة التي يمكن أن تظهر على الفاتورة.
يمكن أن يكون توظيف خدمات وسيط الطاقة طريقة سهلة للتغلب على الارتباك ، حيث سيتمكنون من معرفة ما إذا كان يمكن تحسين سعرك الحالي.
وقال: “يمكننا أن نلجأ إلى العملاء ونقول لهم ، دون أي تكلفة ، سنقارن السوق بالنسبة لهم ونعود بسعر يتناسب مع عدادهم ولكن أيضًا يناسب استهلاكهم على مدار العام”.
يمكن أن يؤدي التغيير إلى مزود أكثر مراعاة للبيئة أيضًا إلى تقليل التكاليف بما يتجاوز التعريفة الأساسية التي يتم فرضها.
وذلك لأن الطاقة المتجددة مخولة للإعفاء من ضريبة الكهرباء ، والتي يتم تحصيلها مقابل 1 يورو لكل ميغاواط / ساعة.
قال آرون: “يمكن أن تصل التكلفة إلى 200 يورو سنويًا لمعظم الشركات”.
“هناك الكثير من الموردين الذين يقولون إنهم خالي من الكربون لكنهم يعوضون ذلك فقط – لذلك لا يزالون يدفعون الثمن.”
بشكل عام ، المفتاح هو إبقاء التعريفة والمزود الخاصين بك قيد المراجعة المنتظمة ، لأن نهاية العرض التمهيدي أو الرسوم الجديدة أو التغيير في الطريقة التي تمارس بها عملك يمكن أن يتركك تدفع أكثر مما تحتاج إليه بسرعة.
نظرة فاحصة
ومع ذلك ، قد يتطلب تحقيق أقصى استفادة من أي تغيير في مزود الخدمة نظرة أعمق قليلاً على العمل.
هذا لأن الطريقة التي تعمل بها الشركة ستحدد التعريفة الأكثر فائدة.
على سبيل المثال ، تقدم بعض التعريفات سعرًا مخفضًا بين عشية وضحاها ، ولكن في المقابل ، يتم فرض معدل أعلى خلال اليوم. قد يكون ذلك مفيدًا للأعمال التي تعتمد على التبريد على مدار 24 ساعة – ولكن سيكون له نتائج عكسية بالنسبة للمكتب العادي.
قال آرون: “أو يمكن أن تكون الحالة أن العمل موسمي ، ومن الأفضل أن يأخذوا سعر وحدة أعلى قليلاً للحصول على رسوم ثابتة أقل بكثير”. “يمكن أن يكون لذلك تأثير على شركة تصل إلى 40٪ من تكلفتها السنوية.”
يمكن أن يكون لإلقاء نظرة أعمق على الطريقة التي تنفق بها الشركات الطاقة أرباحًا أوسع في البحث عن خفض التكاليف.
قالت جولي: “سينظر تدقيق الطاقة في ما يستخدمه عملك حاليًا ويحدد أفضل الإجراءات التي يجب اتخاذها”. “كل عمل مختلف تمامًا – يحتاج حقًا إلى أن يكون مخصّصًا لهم.”
عادةً ما يستغرق التدقيق نصف يوم ، حتى يومين ، مع التقرير الناتج الذي يحدد تفاصيل واضحة عن كيفية استخدام الشركة للطاقة وأين يمكن تحقيق أكبر وفورات.
سيساعد ذلك في الإبلاغ عن أي تغييرات أكبر ترغب الشركة في إجرائها – خاصة تلك التي تتطلب استثمارات كبيرة.
قالت جولي: “لدينا الكثير من الشركات التي تتطلع إلى تركيب [الطاقة الشمسية] الكهروضوئية ، وهذا رائع ، لكنها ليست الخطوة الأولى التي يتعين عليهم اتخاذها”. “من المهم جدًا أن نحد من كمية الطاقة التي نستخدمها أولاً قبل أن نبدأ في البحث عن مصادر الطاقة المتجددة.”
قالت إنه في بعض الحالات قد تكتشف شركة تركز على الألواح الشمسية أن معظم ميزانية الطاقة الخاصة بها تذهب نحو تزويد أسطولها من السيارات بالوقود – وبالتالي فإن الاستثمار في الكهرباء سيكون بدلاً من ذلك الخطوة الأكثر ذكاءً.
يقدم SEAI حاليًا للشركات الصغيرة والمتوسطة منحة بقيمة 2000 يورو من أجل تدقيق الطاقة – والذي يجب أن يمضي معظم أو كل الطريق نحو تغطية تكلفته.
قم بالقياس قبل القص
يمكن أن يؤدي الانتباه عن كثب إلى الطريقة التي تستخدم بها الطاقة أيضًا إلى اكتشاف بعض المكاسب الخفية.
يمكن أن يكون التحقق لمعرفة ما إذا كنت قد انتهيت (أو أقل) من القيام بذلك على الإعدادات الخاصة بك مكانًا جيدًا للبدء.
قالت جولي: “إذا قمت بتقليل درجة الحرارة ، حدد نقاطًا للتدفئة وزادت درجات الحرارة وفقًا لمتطلبات التبريد والتبريد لديك”. “في كل مرة تقوم فيها برفع درجة حرارة التدفئة بمقدار درجة واحدة ، فإنك تزيد فاتورة التدفئة بنسبة 8٪ – لذلك فإن الحصول على القليل من الراحة يكلف الكثير.”
من السهل نسبيًا مراقبة الأجهزة الأخرى عن كثب – مع توفر أجهزة مراقبة الطاقة الرخيصة لأولئك الذين يتطلعون إلى التركيز على بعض مصارف الطاقة الكبيرة داخل المبنى.
قال آرون: “إذا اعتقدوا أنهم أوقفوا كل شيء في الليل وقاموا بتشغيل الشاشة وأدركوا أنهم أحرقوا 5 كيلو وات ، فيمكنهم حينئذٍ الذهاب ورؤية ما لا يزال قيد التشغيل”. “يمكن أن يصل ذلك إلى 700 يورو في السنة ، فقط من خلال تحديد أنه تم ترك شيء ما بين عشية وضحاها.”
بالطبع قد لا يكون الأمر مجرد حالة اختيار بين تشغيل الجهاز أو إيقاف تشغيله.
يمكن أن تساعد الشاشات أيضًا في تحديد ما إذا كانت قطعة من المعدات تعاني من نقص – وتجذب المزيد من الطاقة نتيجة لذلك. في هذه الحالات ، قد يتم تعويض تكلفة الإصلاح بسرعة من خلال توفير الطاقة.
وكذلك يمكن أيضًا معرفة ما إذا كان الجهاز المخالف له وضع اقتصادي أم لا ، أو إذا كان قد وصل إلى نهاية عمره الافتراضي ، فهل سيكون الطراز الأحدث أكثر كفاءة.
قالت جولي: “إذا نظرت إلى شيء مثل آلة التصوير ، يمكنك توفير 90٪ من استخدامها المعتاد بمجرد وضعها في وضع الإعداد البيئي”. “وإذا كنت تشتري معدات جديدة – فاشترِ الجهاز الذي يحتوي على ملصق أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
“قد تنظر إلى واحدة مصنفة على تصنيف A ولكنها تزيد بمقدار 150 يورو عن تصنيف C ، ولكن في الواقع سيكلفك ذلك المصنف C الكثير من المال على المدى الطويل.”
العقل (إعادة) تعيين
ليست المعدات فقط هي التي قد تكون في حاجة للترقية – قد تحتاج عقلية الموظفين إلى التحديث أيضًا.
يتضمن بعض ذلك نهج العودة إلى الأساسيات – مثل تشجيع إيقاف تشغيل الأجهزة والإضاءة عندما لا تكون قيد الاستخدام.
وقالت جولي: “يتم استخدام 46٪ من الكهرباء المستخدمة في الأعمال التجارية خارج ساعات العمل ، وهو إهدار إجمالي للطاقة والمال”. “لماذا تدفع مقابل شيء لا تستخدمه؟”
يمكن أن يكون لتغيير العقلية حول التدفئة والإضاءة والتهوية تأثير كبير على الفواتير.
قالت جولي: “افتح النوافذ بدلاً من تشغيل مكيف الهواء وافتح الستائر لتسمح بدخول ضوء النهار بدلاً من تشغيل الأنوار”. “إننا نجري الكثير من مكالمات Zoom على مكتبنا وفي فترة ما بعد الظهيرة قد يأتي ضوء الشمس فوقك ويؤدي إلى إصابتك بالعمى – ولكن بدلاً من إغلاق الستائر وتشغيل الضوء ، فكر فقط في تحريك مكتبك أو تحريك زاوية.”
هذه تغييرات بسيطة نسبيًا – ولكن قد يكون من الصعب ترسيخها في سلوك الموظفين. تقول جولي إن إحدى طرق تشجيع التحول هي تكليف الفرد بجهود توفير الطاقة – على غرار مسؤول الصحة والسلامة – الذي يمكنه أن يأخذ زمام المبادرة في ترسيخ ثقافة أكثر كفاءة.
ولكن هناك بعض التغييرات الأقل وضوحًا في السلوك والتي قد تؤدي أيضًا إلى تحقيق وفورات ، اعتمادًا على العمل.
يمكن أن يتيح تحويل المهام المليئة بالطاقة إلى ساعات صغيرة للشركات توفير من خلال معدلات الليل المذكورة أعلاه. وفي الوقت نفسه ، يمكن أن يكون لإيجاد طرق أخرى لتسوية سحب طاقتك تأثير مفاجئ على التكاليف.
قال آرون: “لقد خرجت مع مخبز مؤخرًا … لديه ثلاثة أفران وكان يدخل في الصباح ويشغلها جميعًا مرة واحدة”. “نظرًا لأن هذا يمثل سحبًا كبيرًا على الكهرباء الخاصة به دفعة واحدة ، فإن قدرته القصوى على الإدخال أعلى بكثير مما ينبغي.
“لكنه يمكن أن يوفر على نفسه 1000 يورو سنويًا فقط من خلال تغيير ممارسة عمله بشكل طفيف وتشغيل الأفران واحدًا تلو الآخر.”
وفر قبل الدفع
يمكن العثور على وفورات كبيرة من خلال هذه التغييرات البسيطة – ولكن في النهاية أولئك الذين يسعون إلى خفض كبير في استخدام الطاقة سينتهي بهم الأمر إلى مواجهة قرارات استثمارية كبيرة.
لكن هذا لا يجب أن يكون دائمًا جنبًا إلى جنب مع تكلفة مقدمة كبيرة.
ذلك لأن العديد من الشركات تقدم الآن تثبيت ما يمكن أن يكون ترقيات طاقة باهظة الثمن “مجانًا” – مع سداد التكلفة من خلال المدخرات التي تخلقها.
أحد الأمثلة على ذلك هو الطاقة الشمسية “Free to Roof”. مع هذا ، يتم تركيب النظام الشمسي بدون تكلفة ، مما يؤدي إلى توفير في فاتورة الطاقة. ثم يذهب جزء من المبلغ المحفوظ إلى تكلفة النظام ، ولكن لا يزال من المفترض أن يؤدي إلى توفير إجمالي للأعمال.
هذا يعني أن الشركات يمكنها رؤية الفوائد الفورية للنظام الشمسي حتى لو لم يكن لديها آلاف اليورو في متناول اليد.
قال آرون: “قد يكون النظام 50.000 يورو ، والذي يمكن أن يولد 40.000 كيلوواط ساعة على مدار عام”.
تتوفر ترتيبات مماثلة أيضًا في مجالات مثل الإضاءة ، حيث يتم تثبيت أنظمة فعالة مع بعض المدخرات المستخدمة لتغطية التكلفة.
غالبًا ما تعمل هذه الأنواع من الأنظمة وفقًا لنموذج الخدمة ، مما يعني أنك تدفع مقابل تأجير المعدات وصيانتها.
قد يكون البديل هو تمويل تثبيت النظام بشكل مباشر ، وتنظيم عمليات السداد لضمان أن التكلفة أقل من المبلغ الذي تدخره نتيجة لذلك.
“سنعمل على حلها لهم حيث ، إذا دفعوا 1000 يورو على فواتير الكهرباء الخاصة بهم في الوقت الحالي ويمكننا توفير 400 يورو من هذا المبلغ ، فهذا في الأساس ما سيدفعونه مقابل نظامهم الشمسي ،” هارون.
“ربما تتحدث عن تمويل بنسبة 3٪ لكنهم يمتلكون النظام – وكل كيلو واط في الساعة يولد بعد العام الخامس تقريبًا هو ملكهم.”
يعني التشريع الجديد أيضًا أنه يمكن للشركات بيع بعض الطاقة المولدة مرة أخرى إلى الشبكة إذا لم تكن بحاجة إليها بأنفسهم.
هل تستطيع سيارتك الكهربائية الجديدة اللامعة تشغيل منزلك؟ إنه سؤال نراه كثيرًا هذه الأيام ، خاصة مع زيادة شعبية السيارات الكهربائية. من الناحية الفنية ، تمتلك معظم المركبات الكهربائية طاقة كافية في البطارية لتشغيل المنزل لعدة أيام ، لكن الأمور أكثر تعقيدًا من ذلك بقليل.
تخزن جميع المركبات الكهربائية على الطريق أطنانًا من الطاقة في البطارية ، لكنها تفتقر إلى الأجهزة والميزات المناسبة لنقل كل طاقة البطارية إلى مكان آخر. بالنسبة لمعظم مالكي المركبات الكهربائية ، الإجابة هي لا ، لا يمكنك تشغيل منزلك من EV. ومع ذلك ، فإن السيارات الجديدة مثل Chevy Silverado E و Ford F-150 Lightning تتميز بشحن ثنائي الاتجاه ويمكنها مشاركة طاقة البطارية هذه.
فيما يلي بعض التفاصيل الإضافية حول كيفية عمل هذه التقنية ، وكيف يمكنك تحويل السيارة الكهربائية إلى مولد كهربائي ، والمدة التي يمكن أن تعمل بها المركبة الكهربائية في منزلك.
ما هو الشحن ثنائي الاتجاه؟
لنفترض أنك تريد استخدام سيارتك الكهربائية كمولد وتزويد منزلك بالطاقة في حالة الطوارئ أو انقطاع التيار الكهربائي أو المواقف الأخرى مثل التي رأيناها في كاليفورنيا أو تكساس. في هذه الحالة ، تحتاج إلى EV أحدث يدعم الشحن ثنائي الاتجاه. وبينما نعم ، من الناحية الفنية ، كان لدى نيسان برنامج Leaf to-home الخاص بها ، بشكل عام ، ستحتاج إلى EV جديد.
من المحتمل أن تكون هذه واحدة من أكبر نقاط البيع للمركبات الكهربائية الجديدة في المستقبل القريب. إذن ماذا تعني هذه الكلمة؟ يعني الشحن ثنائي الاتجاه أن سيارتك أو شاحنتك الكهربائية يمكنها إرسال طاقة البطارية في كلا الاتجاهين. لذلك بدلاً من تلقي الطاقة من الحائط فقط ، يمكن أن يرسلها مرة أخرى إلى منزلك أو الشبكة.
قد ترى هذا أيضًا مدرجًا على أنه تقنية “V2H” أو “V2G” ، والتي تعني من مركبة إلى منزل ومن مركبة إلى شبكة. في كلتا الحالتين ، فإنهم جميعًا فكرة متشابهة ، وهي مشاركة طاقة البطارية من السيارات الكهربائية مع الأجهزة الأخرى.
في الواقع ، وقعت جي إم سي وشيفروليه للتو شراكة في كاليفورنيا لتشغيل برنامج تجريبي حيث يمكن للشاحنة الكهربائية سيلفرادو إي الجديدة تزويد المنازل أو حتى المساعدة في إعادة الطاقة إلى الشبكة خلال أوقات التحميل القصوى. يسميها بعض مصنعي السيارات سيارة لكل شيء ، مثل Hyundai IONIQ 5 .
كيف يعمل الشحن ثنائي الاتجاه؟
أول شاحنة كهربائية بشحن ثنائي الاتجاه هي Ford F-150 Lightning. تم دمج هذه التقنية في الشاحنة ، مما يسمح لها باستخدام البطارية المدمجة لتشغيل الأدوات في موقع العمل أو في منزلك في حالات الطوارئ.
ومع ذلك ، سوف تحتاج إلى أكثر من مجرد سيارة لتزويد منزلك بمركبة كهربائية. سيحتاج المالكون إلى نظام شحن مطور ، وهو صندوق طاقة يمكنه تحويل تيار التيار المستمر من السيارة إلى طاقة تيار متردد قابلة للاستخدام لمنافذ الحائط في المنزل ، ودفع للكهربائي لتوصيل كل شيء بأمان. إنه أغلى من شاحن EV التقليدي ، هذا أمر مؤكد.
نظرًا لأن Ford F-150 Lightning هي واحدة من أولى المركبات ذات الشحن ثنائي الاتجاه ، فسنستخدمها كمثال. تبيع فورد بالفعل ما تسميه Ford Power Station Pro ، وتضيفه إلى منزلك 1300 دولار.
يتطلب توصيل F-150 Lightning بمنزلك محرك Ford Charge Station Pro بقدرة 19.2 كيلو وات ، والذي يأتي بشكل قياسي في الطرز ذات النطاق الواسع ويكلف إضافية على الطرز الأساسية.
ستكون جاهزًا تمامًا بمجرد توصيل الأسلاك بمنزلك للتعامل مع الشحن ثنائي الاتجاه. على الرغم من وجود إمكانات V2H الآن ، فإننا نتوقع الانتظار بعض الوقت قبل أن يبدأ في رؤية اعتماد واسع النطاق. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن المنازل القديمة قد لا تحتوي على أسلاك قادرة على التعامل مع التيار العالي القادم من المركبات.
في الأساس ، لا تزال تقنية جديدة ومعقدة وليست سهلة مثل شراء سيارة كهربائية جديدة والحصول على جميع أجهزة الشحن المطلوبة. ومع ذلك ، هذا هو المستقبل ، ونتوقع أن تدعم معظم المركبات الكهربائية الجديدة هذه الميزة.
بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك Tesla تقنية Powerwall الخاصة بها ، والتي تخزن الطاقة المسحوبة من الألواح الشمسية على السطح. هذه تقنية مختلفة تمامًا. يعد Tesla Powerwall نظامًا رائدًا لتخزين البطاريات الاحتياطية لمنزلك بالكامل ، لكنه لا ينفد من سيارة Tesla.
ما هي المدة التي يمكن للسيارة الكهربائية أن تزود بها المنزل؟
الآن بعد أن عرفت أن مركبتك الكهربائية القادمة يمكن أن تزود منزلك بالطاقة ، فمن المحتمل أنك تتساءل عن المدة. مرة أخرى ، هذه ليست إجابة مباشرة لعدة أسباب مختلفة. يعتمد هذا على حجم البطارية في سيارتك أو شاحنتك الكهربائية ، وحجم المنزل ، ومقدار الطاقة التي تستخدمها في يوم عادي.
على سبيل المثال ، يحتوي Chevy Silverado E على بطارية كبيرة بقدرة 200 كيلو وات في الساعة ، وهي أكبر من معظم السيارات الكهربائية الموجودة في السوق اليوم. وفقًا لوكالة حماية البيئة وإدارة معلومات الطاقة الأمريكية ، تستهلك الأسرة الأمريكية المتوسطة حوالي 893 كيلو وات في الساعة شهريًا ، أو 30 كيلو وات في الساعة يوميًا.
عند إجراء العمليات الحسابية ، عند 30 كيلو واط في الساعة في اليوم ، يمكن لبطارية سيلفرادو البالغة 200 كيلو واط في الساعة تشغيل متوسط المنزل لمدة ستة أيام تقريبًا. ومع ذلك ، ستختلف أرقام العالم الحقيقي بسبب فقدان الطاقة من التيار المستمر إلى التيار المتردد ، وعوامل أخرى.
بعد ذلك ، تتمتع العديد من السيارات الكهربائية الأخرى بقدرات بطارية أصغر بكثير ، غالبًا ما تكون حوالي 70 كيلووات في الساعة ، مما يعني أنه يمكنك الحصول على طاقة لمدة يوم أو يومين ، طالما أنها تدعم الشحن ثنائي الاتجاه.
هل هناك قوة كافية للتجول؟
شيء واحد يجب أخذه في الاعتبار هو إجمالي الطلب على الطاقة. لقد رأينا انقطاع التيار الكهربائي في ولايات كاليفورنيا وتكساس ونيفادا خلال أشهر الصيف الحارة. على سبيل المثال ، في الصيف الماضي في لاس فيجاس ، قضينا عدة أيام حيث طلبت المدينة من السكان تجنب استخدام مكيف الهواء للمساعدة في استمرار تشغيل الشبكة.
عندما تفكر في ملايين المركبات الكهربائية التي ستصل إلى الطريق في الأسابيع والأشهر والسنوات المقبلة ، فقد يزيد هذا الوضع سوءًا. نتيجة لذلك ، نرى مستقبلًا حيث يمكن للسيارات استخدام الطاقة ومشاركتها أثناء التنقل ، حسب الحاجة ، لمنزل أو لشبكة مدينة بأكملها.
ما زلنا في المراحل الأولى من الشحن ثنائي الاتجاه والسيارات الكهربائية. ومع ذلك ، مع تطور الأشياء وتحسينها وزيادة قدرات البطارية ، يمكن أن تكون هذه التكنولوجيا حيوية لأي مشتر للمركبات الكهربائية.
إذا كنت تمتلك Raspberry Pi أو كمبيوتر هاوٍ آخر مشابه ، فربما تكون قد لاحظت أنه يحتوي على ميزة GPIO (إدخال-إخراج للأغراض العامة). لن يستخدم معظم المستخدمين GPIO مطلقًا ، ولكن إذا كنت ترغب في إنشاء أشياء ، فإن GPIO ضروري.
GPIO عبارة عن مجموعة من الدبابيس
في المستوى الأساسي ، يشير GPIO إلى مجموعة من المسامير على اللوحة الرئيسية للكمبيوتر أو البطاقة الإضافية. يمكن لهذه المسامير إرسال أو استقبال إشارات كهربائية ، لكنها ليست مصممة لأي غرض محدد. هذا هو سبب تسميتها “للأغراض العامة” IO.
هذا على عكس معايير المنافذ الشائعة مثل USB أو DVI . باستخدام هذه الكابلات ، يكون لكل دبوس سلكي داخل الوصلة غرض محدد ، والذي تحدده الهيئة الحاكمة التي أنشأت المعيار.
يجعلك GPIO مسؤولاً عما يفعله كل دبوس بالفعل. على الرغم من وجود أنواع مختلفة من المسامير في مجموعة GPIO.
باستخدام Raspberry Pi كمثال مرة أخرى ، ستجد بعض أنواع الدبوس:
الدبابيس التي توفر الطاقة بجهد نموذجي مثل 3.3 فولت أو 5 فولت. هذا لتزويد الأجهزة المتصلة بالطاقة التي ليس لها مصدر طاقة خاص بها ، مثل مصباح LED بسيط .
المسامير الأرضية التي لا تنتج الطاقة ، ولكنها ضرورية لإكمال بعض الدوائر.
دبابيس GPIO ، والتي يمكن تهيئتها لإرسال أو استقبال الإشارات الكهربائية.
دبابيس الأغراض الخاصة ، والتي تختلف بناءً على GPIO المحدد المعني.
يمكن أن تختلف تطبيقات GPIO في التفاصيل الدقيقة على أساس كل جهاز ، ولكن الفكرة دائمًا هي السماح للمستخدمين باستقبال أو إرسال إشارة كهربائية إلى أي شيء تقريبًا.
ما هو استخدام GPIO؟
الاستخدام الأكثر شيوعًا لـ GPIO هو تشغيل الإلكترونيات المخصصة. سواء كنت تقوم ببناء ذراع الروبوت الخاص بك أو محطة طقس DIY ، تتيح لك واجهة GPIO تخصيص الإشارات بحيث تعمل على جهازك بشكل صحيح.
مشروع Raspberry Pi يتميز بلوح التجارب. goodcat / Shutterstock.com
تُستخدم واجهات GPIO عادةً جنبًا إلى جنب مع “لوحة التجارب”. تعد ألواح التوصيل نوعًا من لوحات الدوائر المؤقتة. يمكنك عمل نموذج أولي للدوائر عن طريق إضافة أو إزالة أو نقل المكونات الإلكترونية. العديد من المشاريع التي تتضمن أجهزة مثل Raspberry Pi تجعلك تقوم بتجميع جهازك على لوحة توصيل ثم توصيله بدبابيس GPIO باستخدام الأسلاك.
تأتي بعض مجموعات Raspberry Pi المتقدمة مع لوحة توصيل متكاملة ، مثل الكمبيوتر المحمول CrowPi 2 ، والذي يتضمن كلاً من Raspberry Pi ومستشعرات أكثر مما يمكنك هز العصا بها.
أحد أبسط مشاريع GPIO لأجهزة كمبيوتر Raspberry Pi هو إضافة زر طاقة بسيط تفتقر إليه اللوحة القياسية.
جهاز شائع آخر يتميز بـ GPIO هو متحكم Arduino . هذا ليس كمبيوترًا كاملاً مثل Raspberry Pi ، ولكنه جهاز مصمم ليكون قابلاً للبرمجة خصيصًا للتحكم في المعدات الأخرى. على سبيل المثال ، يمكنك توصيل مستشعر الضوء بـ Arduino ثم برمجته لتشغيل أضواء حديقتك عندما تغرب الشمس. لقد لعبت Arduinos دورًا محوريًا في فتح عالم الروبوتات والاختراع للأشخاص الذين قد لا تكون لديهم الوسائل اللازمة للانخراط في الهندسة والبرمجة.
تمتلك مؤسسة Raspberry Pi منافسها الخاص من Arduino ، على شكل 4 دولارات Pico . يتميز Pico بـ 30 دبوسًا GPIO ، يمكن لبعضها التعامل مع الإشارات التناظرية ، بدلاً من النبضات الرقمية الأكثر شيوعًا.
كيفية استخدام GPIO
بصرف النظر عن توصيل دبابيس GPIO بالتوصيلات الصحيحة على لوحة أو أجهزتك الخارجية ، يحتاج الكمبيوتر أو المتحكم الدقيق الخاص بك إلى معرفة ما يجب إرساله عبر تلك الأسلاك أو كيفية فهم الإشارات التي تأتي إلى واجهة GPIO.
هذا يعني أنك بحاجة إلى برنامج ، وفي كثير من الأحيان يتعين عليك كتابته! في أنظمة Raspberry Pi ، من الشائع كتابة برنامج بلغة Python يمكنه إخبار وحدة تحكم GPIO بما يجب إرساله أو الاستماع إليه على الإشارات الواردة. بعد كل شيء ، يشير “باي” إلى بايثون !
تحتوي لغة Python على وجه الخصوص على وحدتين تعرفان باسم Rpi.GPIO و Gpiozero . من خلال استدعاء هذه الوحدات ، يمكنك التحكم في نظام GPIO وجعله يقوم بالمزايدة الخاصة بك.
المتحكمات الدقيقة Arduino لها لغة البرمجة الخاصة بها ، مما يجعل من السهل بشكل خاص تجميع المشاريع. ومع ذلك ، يمكنك استخدام إصدار خاص من Python يُعرف أيضًا باسم MicroPython .
مخاطر GPIO
عندما تقوم بتوصيل جهاز USB بمنفذ USB ، باستخدام كبل USB معتمد ، فليس هناك أي فرصة تقريبًا لحدوث أي خطأ كارثي. هذا لأن معايير IO هذه قد تم تصميمها واختبارها بعناية ، ثم اختبار بعضها للتأكد من أنها آمنة.
عندما يتعلق الأمر بـ GPIO ، فإن المسؤولية تتوقف معك. أنت من يصمم واجهتك ودوائرك. إذا قمت بتوصيل دبابيس قصيرة أو توصيل الطاقة بأشياء لا يجب أن تحصل على طاقة ، أو إذا كنت تعمل بسرعة وفقدان مع داراتك ووصلاتك ، فقد يكون لديك كومة من المكونات الميتة (ولوحات GPIO) على يديك. هذا هو السبب في أنك قد ترغب في الاستثمار في مجموعة Raspberry Pi Kit جيدة ، لأنها غالبًا ما تأتي مع كل من الأجهزة التي تحتاجها وممارسة المشاريع حتى تتمكن من تعلم الحبال بأمان.
تعد البطاريات في صميم أهم تقنياتنا اليومية. يعتمد هاتفك وجهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بك وفي النهاية سيارتك ومنزلك على تخزين الطاقة في البطاريات. تعد تقنية البطاريات الحالية رائعة ، لكن بطاريات الجرافين يمكن أن تحل أوجه القصور فيها.
ما هو الجرافين بالضبط؟
هناك فرصة جيدة لأنك سمعت عن الجرافين في وسائل الإعلام من قبل. كل بضع سنوات ، هناك تنبؤات غير متوقعة حول كيف ستحول هذه المادة العجيبة تقنيات مختلفة. ما قد لا تعرفه هو أن الجرافين هو مجرد كربون. نفس الأشياء التي تقوم عليها الحياة على الأرض وهي عنصر وفير بشكل لا يصدق على الأرض.
الجرافين عبارة عن شبكة بلورية من الجرافيت بسماكة ذرة واحدة ، وهو في الأساس كربون بلوري. يبدو هذا وكأنه شيء خيالي بشكل لا يصدق ، ولكن يمكنك صنع رقائق من الجرافين بقلم رصاص وبعض الشريط اللاصق. ومع ذلك ، فقد تم بالفعل منح جائزة نوبل لفعل ذلك .
يحتوي الجرافين على العديد من الخصائص التي تجعله مثيرًا للغاية كجزء محتمل من التكنولوجيا المستقبلية. لديها موصلية حرارية وكهربائية عالية. لذلك إذا كنت تريد نقل الكهرباء أو التدفئة بكفاءة عالية ، فهذا خيار واعد.
يُظهر الجرافين أيضًا مستوى عالٍ من الصلابة والقوة. إنه مرن للغاية ومرن. كما أنها شفافة ويمكن استخدامها لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس.
يصعب إنتاج الجرافين بكميات كبيرة
كل هذا يبدو رائعًا ، لكن هناك عقبة كبيرة. على الرغم من أنه من التافه صنع رقائق الجرافين أو الألواح الصغيرة للبحث في المختبر ، إلا أن الإنتاج الضخم يثبت أنه صعب. لولا تحديات الإنتاج الضخم لهذه المادة النانوية بشكل موثوق ، لكانت موجودة في المنتجات منذ زمن بعيد.
الخبر السار هو أن هناك العديد من السبل الواعدة للإنتاج الضخم التي يمكن أن تجعل الجرافين أرخص بما يكفي للوصول إلى السوق الشامل. يمكن الآن تصنيع الألياف المشبعة بالجرافين بكميات معقولة. يمكن أيضًا إنتاج الجرافين باستخدام المذيبات ، على الرغم من أنها شديدة السمية. كان الباحثون يبحثون عن مذيبات أكثر أمانًا ويبدو ذلك واعدًا أيضًا.
غالبًا ما يُصنع الجرافين حاليًا باستخدام ترسيب البخار الكيميائي. هنا يتشكل الجرافين كطبقة على مادة الركيزة. المشكلة في ذلك هي أن معدل الخلل في الجرافين مرتفع. بحث جديد باستخدام سائل (بسطحه المسطح تمامًا) كركيزة قد يحل مشكلة معدل الخلل. إذا افترضنا أننا في النهاية نكسر الإنتاج الضخم للجرافين ، فلماذا نريده في البطاريات؟
تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على مشاكل لا يمكن أن يتسبب بها الجرافين
بطاريات الليثيوم هي أكثر البطاريات كثافة للطاقة التي يمكن أن تجدها في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية. إنهم يجعلون أجهزة مثل الهواتف الذكية والطائرات بدون طيار والسيارات الكهربائية ممكنة. ومع ذلك ، الليثيوم. البطاريات متقلبة وتحتاج إلى دوائر أمان شاملة للحفاظ على ثباتها.
كما أنها تتحلل مع كل عملية إعادة شحن ، وهناك حد لمقدار الطاقة التي يمكن أن توفرها دفعة واحدة ، ويجب شحنها ببطء خشية ارتفاع درجة حرارة البطارية وتنفجر .
يمكن للبطاريات المُحسَّنة باستخدام الجرافين إصلاح العديد من هذه المشكلات أو تخفيفها. يمكن أن تؤدي إضافة الجرافين إلى بطاريات الليثيوم الحالية إلى زيادة سعتها بشكل كبير ، ومساعدتها على الشحن بسرعة وأمان ، وجعلها تدوم لفترة أطول قبل أن تحتاج إلى الاستبدال.
لا تحتوي بطاريات الحالة الصلبة على سائل إلكتروليت. هذه هي المادة الموجودة بين طرفي البطارية وتخزن الطاقة الكيميائية المحولة إلى تيار كهربائي. لا يزال إنشاء بطاريات صلبة عملية كبيرة للاستخدام التجاري هدفًا بحثيًا مستمرًا ، ولكن الجرافين قد يكون المرشح المناسب لجعل بطاريات الحالة الصلبة حقيقة واقعة في السوق الشامل.
في بطارية الحالة الصلبة من الجرافين ، يتم مزجه مع السيراميك أو البلاستيك لإضافة الموصلية لما هو عادة مادة غير موصلة. على سبيل المثال ، ابتكر العلماء نموذجًا أوليًا لبطارية الحالة الصلبة للجرافين والسيراميك يمكن أن يكون مخططًا لبدائل آمنة وسريعة الشحن لبطاريات الليثيوم أيون مع إلكتروليت سائل متطاير.
بطاريات الجرافين التي يمكنك شراؤها (نوعًا ما)
تبدو بطاريات الجرافين رائعة ، مثل شيء من الخيال العلمي. الخبر السار هو أنه ليس عليك الانتظار لتجربة فوائد الجرافين. على الرغم من أن بطاريات الجرافين الصلبة لا تزال بعيدة ، إلا أن بطاريات الليثيوم المعززة بالجرافين موجودة بالفعل في السوق.
على سبيل المثال ، يمكنك شراء إحدى بطاريات Elecjet’s Apollo ، والتي تحتوي على مكونات الجرافين التي تساعد في تحسين بطارية الليثيوم بالداخل. الميزة الرئيسية هنا هي سرعة الشحن ، حيث تطالب Elecjet بشحن فارغ إلى كامل لمدة 25 دقيقة. يتم تحسين هذه البطاريات قليلاً فقط باستخدام القليل من الجرافين ، لكن تكلفتها ليست عالية جدًا بحيث تجعلها بعيدة عن متناول المستهلكين العاديين.
على مدى السنوات القليلة المقبلة ، مع انخفاض تكلفة إنتاج الجرافين ، نتوقع أن نرى المزيد من الأجهزة تعزز بطاريات الليثيوم بهذه المادة الرائعة. قريبًا ، ربما ستصبح بطاريات الجرافين ذات الحالة الصلبة الثورة الكبيرة التالية في تخزين الطاقة .
كانت المكثفات الفائقة موجودة منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، ولكن لم تتضح إمكاناتها إلا في السنوات الأخيرة. دعنا نلقي نظرة على مكونات الكمبيوتر هذه التي تخزن الطاقة تمامًا مثل البطاريات ولكنها تستخدم مبادئ مختلفة تمامًا.
ما هو المكثف؟
قبل أن نصل إلى المكثفات الفائقة ، يجدر بنا أن نشرح بسرعة ما هو المكثف العادي للمساعدة في توضيح ما يجعل المكثفات الفائقة مميزة. إذا سبق لك أن نظرت إلى اللوحة الأم للكمبيوتر أو أي لوحة دائرة كهربائية تقريبًا ، فسترى هذه
المكونات الإلكترونية. يخزن المكثف الكهرباء كمجال كهربائي ثابت . هذا هو نفس الشيء الذي يحدث عندما تمشي على سجادة مرتديًا الجوارب وتكوِّن شحنة كهربائية ، فقط لتفريغها عندما تلمس مقبض الباب. كنت تعمل كمكثف!داخل مكثف نموذجي ، ستجد موصلين مفصولين بمادة عازلة. تتراكم الشحنة الموجبة على أحد الموصلات والشحنة السالبة على الموصل الآخر. وبالتالي ، هناك مجال إلكتروستاتيكي بين الصفيحتين. هناك العديد من الطرق المختلفة لتصميم مكثف ، ولكن جميعها تحتوي على المكونات الأساسية لوحي شحن وعازل (عازل). يمكن أن يكون العازل هواء ، سيراميك ، زجاج ، فيلم بلاستيكي. سائل أو أي شيء آخر سيء في توصيل الكهرباء.
للمكثفات استخدامات عديدة في الإلكترونيات. في أجهزة الكمبيوتر والأنظمة الرقمية الأخرى ، يتأكدون من عدم فقدان المعلومات إذا كان هناك فقدان مؤقت للطاقة. تعمل أيضًا كمرشحات لتنظيف الاندفاعات الكهربائية التي قد تلحق الضرر بالإلكترونيات الحساسة.كيف تختلف المكثفات والبطارياتالمكثفات والبطاريات متشابهة بمعنى أنهما يستطيعان تخزين الطاقة الكهربائية ثم إطلاقها عند الحاجة. الفرق الكبير هو أن المكثفات تخزن الطاقة كمجال إلكتروستاتيكي ، بينما تستخدم البطاريات تفاعلًا كيميائيًا لتخزين الطاقة وإطلاقها لاحقًا.يوجد داخل البطارية طرفان (الأنود والكاثود) مع إلكتروليت بينهما. المنحل بالكهرباء هو مادة (عادة سائلة) تحتوي على أيونات. الأيونات عبارة عن ذرات أو جزيئات ذات شحنة كهربائية.
يوجد أيضًا فاصل داخل المنحل بالكهرباء يسمح فقط للأيونات بالمرور خلاله. عندما تقوم بشحن البطارية ، تنتقل الأيونات من أحد جوانب الفاصل إلى الجانب الآخر. يحدث العكس عند تفريغ البطارية. تخزن حركة الأيونات الكهرباء كيميائيًا أو تحول الطاقة الكيميائية المخزنة إلى تيار كهربائي.
الفرق الرئيسي بين المكثفات الفائقة والمكثفات العادية هو السعة.
هذا يعني فقط أن المكثفات الفائقة يمكنها تخزين مجال كهربائي أكبر بكثير من المكثفات العادية.في هذا الرسم البياني ، يمكنك أن ترى اختلافًا رئيسيًا آخر عندما يتعلق الأمر بالمكثفات الفائقة. مثل البطارية (وعلى عكس المكثف التقليدي) ، يحتوي المكثف الفائق على إلكتروليت. هذا يعني أنه يستخدم مبادئ التخزين الكهروستاتيكي والكهروكيميائي للاحتفاظ بشحنة كهربائية.
هذا تبسيط فادح ، والجوانب التقنية لهذا الأمر ستستغرق وقتًا أطول لتفسيرها. أهم شيء يجب معرفته عن المكثفات الفائقة هو أنها توفر نفس الخصائص العامة للمكثفات ، ولكنها يمكن أن توفر عدة أضعاف تخزين الطاقة وإيصال الطاقة للتصميم الكلاسيكي.إيجابيات وسلبيات المكثفات الفائقة تقدم المكثفات الفائقة مزايا عديدة تفوق ، على سبيل المثال ، بطاريات الليثيوم أيون. يمكن شحن المكثفات الفائقة بسرعة أكبر بكثير من البطاريات.
تولد العملية الكهروكيميائية حرارة ، وبالتالي يجب أن يتم الشحن بمعدل آمن لمنع حدوث عطل كارثي للبطارية. يمكن للمكثفات الفائقة أيضًا توصيل طاقتها المخزنة بسرعة أكبر بكثير من البطارية الكهروكيميائية لنفس السبب.
إذا تم تفريغ البطارية بسرعة كبيرة ، فقد يؤدي ذلك أيضًا إلى فشل ذريع.
تعتبر المكثفات الفائقة أيضًا أكثر متانة من البطاريات ، وخاصة بطاريات الليثيوم أيون. بينما تبدأ البطاريات التي تجدها في الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والسيارات الكهربائية في التلف بعد بضع مئات من دورات الشحن ، يمكن شحن المكثفات الفائقة وتفريغها بما يزيد عن مليون مرة دون أي تدهور.
الشيء نفسه ينطبق على توصيل الجهد.
قد توفر بطارية بجهد 12 فولت 11.4 فولت فقط في غضون سنوات قليلة ، ولكن المكثف الفائق سيوفر نفس الجهد بعد أكثر من عقد من الاستخدام.أكبر عيب مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون هو أن المكثفات الفائقة لا يمكنها تفريغ طاقتها المخزنة ببطء مثل بطارية الليثيوم أيون ، مما يجعلها غير مناسبة للتطبيقات التي يجب أن يمر فيها الجهاز لفترات طويلة دون شحن.لذلك ، كما كانت الأمور في وقت كتابة هذا التقرير ، فإن المكثفات الفائقة ليست بديلاً عن بطاريات الليثيوم أيون أو تقنيات البطاريات الأخرى ، ولكن هناك عددًا متزايدًا من الوظائف التي تعتبر المكثفات الفائقة مثالية لها.منتجات Supercapacitorربما تكون قد استخدمت منتجات تحتوي على مكثفات فائقة ولم تعرفها حتى. تم إنشاء المكثفات الفائقة الأولى في الخمسينيات من القرن الماضي بواسطة مهندس من شركة جنرال إلكتريك يُدعى هوارد بيكر. في عام 1978 ، صاغت شركة NEC اسم “supercapacitor” واستخدمت الجهاز كشكل من أشكال الطاقة الاحتياطية لذاكرة الكمبيوتر.
ستجدها اليوم في أجهزة الكمبيوتر المحمولة ووحدات GPS وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وفلاش الكاميرا والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى.
استخدمت فلاشسيل كولمان مكثفًا فائقًا بدلاً من البطارية. هذا يعني أنه يعمل بنصف المدة التي يعمل بها الطراز التقليدي الذي يعمل بالبطارية ، ولكن يتم شحنه في 90 ثانية بدلاً من ساعات.وبالمثل ، استخدم S-Pen في Samsung Galaxy Note 9 مكثفًا فائقًا لتشغيل الوظائف اللاسلكية للقلم. ستنفد الطاقة في بضع دقائق من الاستخدام الكثيف أو بعد 30 ثانية من وقت الانتظار ، لكن الأمر يستغرق 40 ثانية فقط لملئها مرة أخرى.
تجد المكثفات الفائقة مكانًا في عالم السيارات الهجينة والكهربائية أيضًا. إنها مثالية لالتقاط وإطلاق الطاقة من الكبح المتجدد ، وهو حمل ديناميكي قصير المدى. المركبات مثل حافلات النقل العام أو الترام مناسبة أيضًا للمكثفات الفائقة. إنهم يحتاجون فقط إلى طاقة كافية للوصول إلى المحطة التالية ، حيث سيتم شحنها مرة أخرى في ثوانٍ أو دقائق.
نظرًا لأن المكثفات الفائقة لا تتآكل حقًا ، فإن دورة النقل العام الثابتة هذه منطقية جدًا للتكنولوجيا.هل المكثفات الفائقة هي مستقبل تخزين الطاقة؟مع الطريقة التي تجري بها الأبحاث حول المكثفات الفائقة ، يبدو من المحتمل أنه في يوم من الأيام سيكون لدينا بطاريات فائقة المكثفات.
ستكون هذه الأجهزة التي تتمتع بمتانة وسرعة المكثفات الفائقة ، ولكن مع كثافة الطاقة ووقت التشغيل الطويل للبطاريات. في عام 2016 ، ابتكر علماء من جامعة سنترال فلوريدا نموذجًا أوليًا مكثفًا فائقًا مرنًا بكثافة طاقة أعلى من المكثفات الفائقة الحالية ودورة شحن 30000 بدون تدهور.
تشير جميع المواد الجديدة على المقياس النانوي والتجارب مع الجرافين إلى إمكانية وجود مكثفات فائقة ذات كثافة طاقة أعلى بكثير. حتى لو لم تتطابق أبدًا مع بطاريات الليثيوم أيون ، فإن كمية الشحن القابلة للاستخدام ، إلى جانب وقت إعادة الشحن السريع يمكن أن تضعها في أماكن تشغل فيها البطاريات دورًا حاليًا.ثم مرة أخرى ، هناك تقنيات أخرى تتنافس مع المكثفات الفائقة.
وأهمها بطارية الحالة الصلبة الأسطورية وبطاريات الليثيوم أيون التقليدية المليئة بالجرافين والتي أظهرت نتائج واعدة أيضًا.
بغض النظر عن أي تقنية سريعة الشحن ومتينة وكثيفة الطاقة تفوز بالسباق ، فسنكون جميعًا فائزين.
ما هو الفرق بين Micro-Controller و Microprocessor ؟
ما هو المعالج الدقيق Microprocessor ؟
المعالج الدقيق هو وحدة تحكم في كمبيوتر دقيق ملفوف داخل شريحة صغيرة. ينفذ عمليات الوحدة المنطقية الحسابية (ALU) ويتواصل مع الأجهزة الأخرى المتصلة بها. إنها دائرة متكاملة واحدة يتم فيها دمج العديد من الوظائف.
في هذا المعالج الدقيق مقابل. برنامج تعليمي عن وحدة التحكم الدقيقة .
ما هو متحكم ؟
المتحكم الدقيق عبارة عن شريحة مُحسَّنة للتحكم في الأجهزة الإلكترونية. يتم تخزينها في دائرة متكاملة واحدة مخصصة لأداء مهمة معينة وتنفيذ تطبيق واحد محدد.
إنها دوائر مصممة خصيصًا للتطبيقات المضمنة وتستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية التي يتم التحكم فيها تلقائيًا. يحتوي على ذاكرة ومعالج وإدخال / إخراج قابل للبرمجة.
الاختلافات الرئيسية
يتكون المعالج الدقيق من وحدة معالجة مركزية فقط ، بينما تحتوي وحدة التحكم الصغيرة على وحدة معالجة مركزية ، وذاكرة ، و I / O كلها مدمجة في شريحة واحدة.
يتم استخدام المعالجات الدقيقة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية بينما يتم استخدام وحدة التحكم الدقيقة في نظام مضمن.
يستخدم المعالج الدقيق ناقلًا خارجيًا للواجهة مع ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM) والأجهزة الطرفية الأخرى ، من ناحية أخرى ، يستخدم Microcontroller ناقل تحكم داخلي.
تعتمد المعالجات الدقيقة على طراز Von Neumann. تعتمد وحدات التحكم الصغيرة على هندسة Harvard
المعالج الدقيق معقد ومكلف ، مع وجود عدد كبير من التعليمات للمعالجة ولكن Microcontroller غير مكلف ومباشر مع تعليمات أقل للمعالجة.
أنواع المعالجات الدقيقة
الأنواع الهامة من المعالجات الدقيقة هي:
مجموعة التعليمات المعقدة المعالجات الدقيقة
الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق
مجموعة تعليمات مختصرة من المعالجات الدقيقة
معالجات الإشارات الرقمية المتعددة (DSPs)
أنواع الميكروكونترولر
فيما يلي أنواع مهمة من وحدات التحكم الدقيقة:
متحكم 8 بت
16 بت متحكم
متحكم 32 بت
متحكم مضمن
متحكم ذاكرة خارجية
تاريخ المعالجات الدقيقة
هنا ، هي المعلم المهم من تاريخ المعالج الدقيق
اخترعت Fairchild Semiconductors أول دائرة متكاملة (IC) في عام 1959.
في عام 1968 ، أسس روبرت نويس وجوردان مور وأندرو جروف شركتهم الخاصة إنتل.
نمت إنتل من 3 رجال ناشئين في عام 1968 إلى عملاق صناعي بحلول عام 1981.
في عام 1971 ، ابتكرت شركة INTEL الجيل الأول من المعالجات الدقيقة 4004 التي تعمل بسرعة ساعة تبلغ 108 كيلو هرتز
من عام 1973 إلى عام 1978 ، تم تصنيع المعالجات الدقيقة من الجيل الثاني 8 بت مثل Motorola 6800 و 6801 و INTEL-8085 و Zilog’s-Z80.
في عام 1978 ، ظهرت عملية الجيل الثالث Intel 8008 في السوق.
في أوائل الثمانينيات ، أصدرت إنتل الجيل الرابع من معالجات 32 بت.
في عام 1995 ، تم إصدار إنتل في معالجات الجيل الخامس 64 بت.
تاريخ متحكم
فيما يلي معالم مهمة من تاريخ وحدة التحكم الدقيقة:
استخدم لأول مرة في عام 1975 (Intel 8048)
مقدمة EEPROM في عام 1993
في نفس العام ، قدم Atmel أول متحكم باستخدام ذاكرة فلاش.
المعالج الدقيق مقابل متحكم دقيق: ما هو الفرق؟
هنا هو الفرق بين المعالج الدقيق مقابل متحكم دقيق
معالج دقيق
متحكم
المعالج الدقيق هو قلب نظام الكمبيوتر.
وحدة التحكم الصغيرة هي قلب النظام المضمن.
إنه مجرد معالج ، لذا يجب توصيل مكونات الذاكرة والإدخال / الإخراج خارجيًا
يحتوي Micro Controller على معالج إلى جانب الذاكرة الداخلية ومكونات الإدخال / الإخراج.
يجب توصيل الذاكرة والإدخال / الإخراج خارجيًا ، بحيث تصبح الدائرة كبيرة.
الذاكرة و I / O موجودان بالفعل ، والدائرة الداخلية صغيرة.
لا يمكنك استخدامه في أنظمة مضغوطة
يمكنك استخدامه في الأنظمة المدمجة.
تكلفة النظام بأكمله مرتفعة
تكلفة النظام بأكمله منخفضة
بسبب المكونات الخارجية ، فإن إجمالي استهلاك الطاقة مرتفع. لذلك ، فهي ليست مثالية للأجهزة التي تعمل بالطاقة المخزنة مثل البطاريات.
نظرًا لانخفاض المكونات الخارجية ، يكون إجمالي استهلاك الطاقة أقل. لذلك يمكن استخدامه مع الأجهزة التي تعمل بالطاقة المخزنة مثل البطاريات.
لا تحتوي معظم المعالجات الدقيقة على ميزات توفير الطاقة.
توفر معظم وحدات التحكم الدقيقة وضع توفير الطاقة.
يستخدم بشكل رئيسي في أجهزة الكمبيوتر الشخصية.
يتم استخدامه بشكل أساسي في الغسالة ومشغلات MP3 والأنظمة المدمجة.
يحتوي المعالج الدقيق على عدد أقل من السجلات ، لذا فإن المزيد من العمليات تعتمد على الذاكرة.
متحكم لديه المزيد من التسجيل. ومن ثم فإن البرامج أسهل في الكتابة.
تعتمد المعالجات الدقيقة على نموذج فون نيومان
تعتمد وحدات التحكم الصغيرة على هندسة هارفارد
إنها وحدة معالجة مركزية على شريحة واحدة متكاملة تعتمد على السيليكون.
إنه نتيجة ثانوية لتطوير المعالجات الدقيقة مع وحدة المعالجة المركزية إلى جانب الأجهزة الطرفية الأخرى.
لا تحتوي على ذاكرة وصول عشوائي (RAM) وذاكرة قراءة فقط (ROM) ووحدات إدخال وإخراج وأجهزة ضبط الوقت والأجهزة الطرفية الأخرى على الشريحة.
يحتوي على وحدة المعالجة المركزية مع ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط والأجهزة الطرفية الأخرى المضمنة في شريحة واحدة.
يستخدم ناقل خارجي لواجهة ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط والأجهزة الطرفية الأخرى.
إنها تستخدم ناقل تحكم داخلي.
يمكن للأنظمة القائمة على المعالجات الدقيقة أن تعمل بسرعة عالية جدًا بسبب التكنولوجيا المستخدمة.
تعمل الأنظمة القائمة على وحدة التحكم الدقيقة حتى 200 ميجا هرتز أو أكثر اعتمادًا على البنية.
يتم استخدامه للتطبيقات ذات الأغراض العامة
التي تسمح لك بمعالجة كميات كبيرة من البيانات.
يتم استخدامه للأنظمة الخاصة بالتطبيقات.
إنه معقد ومكلف ، مع وجود عدد كبير من التعليمات التي يجب معالجتها.
إنه بسيط وغير مكلف مع عدد أقل من التعليمات للمعالجة.
ميزات المعالجات الدقيقة
فيما يلي بعض الميزات الهامة للمعالج الدقيق:
يقدم برنامج شاشة / مصحح أخطاء مدمج مع إمكانية المقاطعة
كمية كبيرة من التعليمات كل منها تنفذ تنوعًا مختلفًا من نفس العملية
يقدم I / O الموازي
مؤقت دورة التعليمات
واجهة الذاكرة الخارجية
ميزات متحكم دقيق
فيما يلي بعض الميزات المهمة لـ Microcontroller:
إعادة تعيين المعالج
البرنامج والذاكرة المتغيرة (RAM) دبابيس الإدخال / الإخراج
جهاز تسجيل الوقت المعالج المركزي
توقيت دورة التعليمات
تطبيقات المعالجات الدقيقة
تستخدم المعالجات الدقيقة بشكل أساسي في أجهزة مثل:
حاسبات
نظام المحاسبة
آلة الألعاب
وحدات تحكم صناعية معقدة
إشارة المرور
بيانات التحكم
التطبيقات العسكرية
أنظمة الدفاع
أنظمة الحساب
تطبيقات الميكروكونترولر
تستخدم المتحكمات الدقيقة بشكل أساسي في أجهزة مثل:
الهواتف المحمولة
السيارات
مشغلات CD / DVD
غسالة ملابس
الكاميرات
أجهزة الإنذار الأمنية
تحكم لوحة المفاتيح
فرن المايكرويف
ساعات
مشغلات MP3
ملخص:
ما هو الفرق بين متحكم دقيق والمعالج الدقيق ؟
يتمثل الاختلاف الرئيسي بين المعالج الدقيق والمتحكم الدقيق في أن المعالج الدقيق يتكون من وحدة معالجة مركزية فقط ، بينما يحتوي المتحكم الدقيق على وحدة معالجة مركزية وذاكرة ومدخلات ومخرجات مدمجة في شريحة واحدة. وحدة التحكم الدقيقة عبارة عن عدد قليل التكلفة ومباشر من التعليمات التي يجب معالجتها ، في حين أن المعالج الدقيق معقد ومكلف ، مع العديد من الإرشادات.
أيهما أفضل متحكم أم معالج دقيق ؟
كل من هذه العمليات جيدة. ومع ذلك ، أي واحد يجب أن تستخدمه يعتمد على متطلباتك. تُستخدم المتحكمات الدقيقة بشكل أساسي في التطبيقات الصغيرة مثل الغسالات والكاميرات وأجهزة الإنذار الأمنية ووحدات التحكم في لوحة المفاتيح وما إلى ذلك ، بينما يتم استخدام المعالجات الدقيقة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية ووحدات التحكم الصناعية المعقدة وإشارات المرور وأنظمة الدفاع وما إلى ذلك.
ما هو أسرع معالج دقيق أو متحكم دقيق؟
المعالجات الدقيقة أسرع بكثير من المتحكمات الدقيقة. تزيد سرعة المعالج الدقيق عن 1 جيجاهرتز. بينما في حالة وحدة التحكم الدقيقة ، تكون سرعة الساعة 200 ميجا هرتز أو أكثر ، اعتمادًا على البنية.
ما هو الــ Microprocessor ؟
هو المعالج الذي يُرمز له بـ “CPU”، والذي يحتوي علي ملايين الترانزستورات بدون RAM أو ROM او I/O PORTS؛ وهو كالموجود في حاسوبك الخاص، المنعان الشهيرين للمعالجات هما intel و AMD، ويُسمى أيضاً بـ “General Purpose Microprocessor”.
ما هو الـ Micro-Controller ؟
هو يجمع الـ processor وRAM وROM وI/O PORTS في شريحة واحدة، كما يُمكن أن يكون به “ADC _محول الإشارات التناظرية إلي إشارات رقمية”، وهذا كي يستطيع قراءة إشارات تناظرية والمصمم هو من يحدد حجم كل شيء حسب الاستخدام.
باختصار هو عبارة عن Microprocessor وبعض الأشياء إلى جانبه والتي تسمى “بيرفلز”، تساعده وتساعدك كذلك في استخدامه كما وتسهل عليك التعامل معه بعكس لو أنك تتعامل مع Microprocessor فيكون من الصعب أن تبرمجه وما إلى ذلك.
هي إحدى مصادر الطاقة المتجددة، أي أنها غير قابلة للنفاذ، فالشمس تُشرق كل صباح وتزودنا بما نحتاجه من ضوء ودفءٍ، كما يمكن استغلال الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا التي تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية يمكن الاستفادة منها في كثيرِ من المجالات.
ما هي الخلايا الشمسية Photovoltaic Cell ؟
تعمل الخلية الشمسية على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية استناداً إلى ظاهرة تُسمى “تأثير الضوء الجهدي Photovoltaic Effect”، وتُبنى الخلية الشمسية غالباً من بلَّورات السيلكون شبه الموصلة، ويُضاف إليها بعض الشوائب مثل “الفسفور” لتحسين قدرتها على توصيل الكهرباء، وعند سقوط أشعة الشمس على بلورات السيلكون فإنها تمتصها، مما يحفِّز الإلكترونات التي ترتبط ببعضها بروابط تساهمية على التحرر، وتبدأ بالتحرك عشوائياً داخل بلورة السيلكون، مما يولِّد تياراً كهربائياً.
أشهر أنواع الخلايا الشمسية
◊ الخلايا الشمسية أحادية التبلور :
تُصنع من السيلكون النقي، وهي أكثر أنواع الخلايا الشمسية كفاءةً في تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية، إذ تصل كفائتها إلى %20، كما أنها تدوم لفترة أطول من باقي الأنواع، إلاّ أنها تعتبر مرتفعة الثمن.
◊ الخلايا الشمسية متعددة التبلور :
وهي أول خلايا شمسية تم تصنيعها، وذلك في عام 1981، وهي مصنوعة من بلورات سيليكون أقل نقاءً من تِلك المستخدمة في صُنع الخلايا الشمسية أحادية التبلور، لذلك فهي أقل كفاءةً، إذ تتراوح كفائتها ما بين 16 – 13%، وهي أقل سعراً كذلك.
◊ رقاقات الخلايا الشمسية :
وهي خلايا شمسية تُصنع من عدة طبقات من الرقائق، وتتراوح كفائتها بين 7 – 13%، ويُمكن أن تصنف إلى عدة أنواع بحسب المادة المستخدمة في صناعتها.
الليزر عبارة عن أشعة ضوئية ضيقة للغاية، عالية الطاقة، شديدة التماسك زمنياً ومكانياً؛ تكون فوتوناته مساوية في التردد ومتطابقة الطور الموجي، حيث تتداخل تداخلاً بناءً يتم إنتاجها من مصادر غير طبيعية (جهاز إلكتروني بصري).
※ تبسيط :
“فوتون” يمر بالقرب من “إلكترون” مُثار، يمكن للـفوتون تحفيز الإلكترون بالهبوط لمستوى طاقة أدنى مُطلِقاً فوتون جديد مطابق للـفوتون الأساسي الذي حفّزه، بشرط أن يكون الفوتون الأساسي يملك نفس الطاقة بين المستويين..
◊ الشروط الثلاث لتحقيق عملية الانبعاث المحفز :
طاقة الفوتون المحفز تساوي فرق الطاقة بين المستوى الابتدائي والنهائي.
الزمن الذي يقضيه “الإلكترون” في المدار المُثار كافٍ لتحقيق التحفيز وهنا يأتي الشرط الثالث..
توفير عدد كافٍ من الإلكترونات في المستوى المثار بواسطة عملية تعرف بــ “الانعكاس السكاني”.
هكذا تخيل “أينشتاين” ودعم فكرته بالحسابات وبنظريته الخاصة بالانبعاثات المحفزة؛ بعد سنوات طُبقت الفكرة وتم اختراع “الليزر” عام 1960.
وبسبب طاقتها العالية وزاوية انفراجها الصغيرة جداً، تُستخدم أشعة الليزر في عدة مجالات من بينها : استخدام الليزر في قياس المسافات سواءً الصغيرة جداً أو الكبيرة جداً (قياس بعض الأجرام الفضائية)، ويُستخدم في إنتاج الحرارة لعمليات القَطع الصناعي، وفي العمليات الجراحية خاصةً عمليات العيون ويُستخدم أيضاً في الأجهزة الإلكترونية لتشغيل الأقراص الضوئية والطباعة اللَّيزَرية.. وله العديد من التطبيقات الأخرى.
ما هي المقاومة الكهربائية (Electrical Resistance) ؟
انها عنصر الكتروني من العناصر الالكترونية المهمة في الدوائر الكهربائية والالكترونية فهي تعمل على تخفيض التيار الكهربائي بقيمة معينة حسب المادة المصنوعة منها, ويتم تعريف المقاومات الكهربائية بأنها عملية إعاقة مرور التيار الكهربائي عبر قطع الموصل (الفلزات) وعادة تصنع المقاومة من مواد مثل الكربون.
ما هو رمز المقاومة الكهربائية ؟
يرمز للمقاومات الكهربائية بالرمز R على ألواح الدوائر الالكترونية وتقاس المقاومة الكهربائية بوحدة Ohm على ألواح الدوائر الالكترونية أو مخططات الدوائر الالكترونية, وتقاس المقاومة الكهربائية بوحدة & والتي تسمى الأوم أو مضاعفات الاوم مثل الكيلو والميغا أوم. ويتم قياس قيمة المقاومة الكهربائية باستخدام جهاز الأميتر. بشكل عام يوجد مقاومات ثابتات القيمات ومقاومات متغيرة القيمة.
استخدامات المقاومات الكهربائية, تستخدم المقاومات الكهربائية في الكثير جدا من التطبيقات الهندسية في عالم الالكترونيات والكهرباء وعلى سبيل المثال فهي تستخدم في التطبيقات التالية:
استخدام المقاومات في أجهزة الاتصالات والتلفاز- تستخدم للتحكم في مستوى الصوت في المذياع ومستوى سطوع الألوان في الشاشة.
تستخدم في دوائر التحكم في المحركات الكهربائية.
تستخدم المقاومات الكهربائية بكثرة كعنصر حماية للدوائر الكهربائية.
تستخدم المقاومات الكهربائية في مراحل الربط بين الدوائر الكهربائية ودوائر القدرة والطاقة.
تستخدم المقاومات في لوحات المتحكمات الالكترونية القابلة للبرمجة مثل الأردو ينو والراس بيري باي وغيرها.
يمكننا القول أن المقاومات الكهربائية من العناصر الالكترونية التي لها أكثر من شكل والعديد من الوظائف وطرق التعبير عنها في الدوائر الكهربائية إضافة إلى ذلك اختلاف طرق كتابة قيمتها, فبعض المقاومات يتم كتابة القيمة مباشرة عليها والبعض الآخر يتم التعبير عن قيمة المقاومة باستخدام الألوان وهي الأكثر شيوعا, وبعض المقاومات يتم تمييزها من خلال الألوان والتي عادة تكون مكونة من 4 أو 5 وأحيانا 6 ألوان.
ما هو تصنيف المقاومات الكهربائية:
1. التصنيف حسب مادة الصنع: المقاومات الفلزية والتي تصنع من الفلزات, والمقاومات الكربونية التي تصنع من مادة الكربون.
2. تصنيف المقاومات إذا كانت ثابتة القيمة أو متغيرة القيمة مثل المقاومات ذات الألوان أو متغيرة القيمة مثل المقاومات المتغيرة التي تتغير باستخدام مفتاح أو حسب مؤثر خارجي مثل الضوء.
3. تصنيف المقاومات المشتركة والتي هي عبارة عن مقاومة بها عدة مقاومات كهربائية.
4. المقاومة الضوئية: تتغير قيمة المقاومة الكهربائية تبعا لاختلاف شدة الضوء الساقط على جسم المقاومة.
5. المقاومة متغيرة خطية أو مقاومة متغيرة دورانية: تتغير قيمة المقاومة الكهربائية حسب ضبط المستخدم مثل التحكم في مستوى الصوت والصورة.
6. مقاومة شبكية: عبارة عن عدة مقاومات متصلة مع بعضها البعض في جسم واحد.
7. مقاومة ذات جهد عالي: تستخدم في دوائر الجهد العالي,
8. المقاومات السطحية اللاصقة SMD: هي مقاومات صغيرة الحجم تستخدم كثيرا في أجهزة الحاسوب والهواتف المحمولة.
كيف يتم قراءة قيم المقاومات الكهربائية ؟
تعرفنا على المقاومة الكهربائية وأهميتها وأشكالها المختلفة دعونا الآن نتعلم كيف نجد قيم المقاومات الكهربائية المكونة من 4 أو 5 ألوان وما دلالة هذه الألوان. كما قلنا سابقا ستجد أن بعض المقاومات قيمتها مكتوبة عليها مباشرة والبعض الآخر يتم تمثيل قيمة المقاومة باستخدام نظام الألوان الرباعي أو الخماسي أو السداسي على شكل حلقات دائرية أو أحيانا مربعة الشكل, الآن سوف نقوم بدراسة قراءة ألوان المقاومات الكهربائية:
ما هو قواعد قراءة قيمة المقاومة الكهربائية؟
1. يجب أن يكون اللون الذهبي والفضي من جهة اليمين دائما.
2. أول لون من جهة اليسار هو رقم ثابت.
3. ثاني لون من جهة اليسار هو رقم ثابت.
4. ثالث لون من جهة اليسار هو معامل الضرب أي عدد الأصفار (للمقاومة ذات 4ألوان)
5. رابع لون من جهة اليسار هو نسبة الخطأ (للمقاومة ذات 4 ألوان)
6. في المقاومات ذات 5 ألوان يكون الفرق في إضافة رقم ثابت ثالت.
نعم هناك منصة لبرمجة Arduino وهي عبارة عن منصة مفتوحة المصدر تستعمل من أجل بناء المشاريع الإلكترونية التي تتدرج بدءاً من المشاريع البسيطة مثل مقياس حراري وحتى المشاريع المعقدة مثل الروبوتات والطابعات ثلاثية الأبعاد وتطبيقات إنترنت الأشياء IoT.
الهدف الرئيسي من إحداث منصة الــ Arduino هو توفير منصة سهلة الاستعمال لمساعدة الأشخاص الذي لا يملكون خلفية مسبقة عن الإلكترونيات والبرمجة.
من ماذا تتكون منصة Arduino ؟
تتكون منصة Arduino من قسمين رئيسين هما : “قسم العتاد”، و”القسم البرمجي”.
القسم العتادي يتمثل بلوحة Arduino وما يتصل بها من عناصر إلكترونية ومكونات عتادية أخرى، بينما يتألف القسم البرمجي من بيئة Arduino التطويرية “Arduino IDE” التي تمثل البيئة الحاضنة لكتابة شيفرة البرنامج بلغة Arduino ورفعها على لوحات Arduino للتحكم بالقسم العتادي.
لغة Arduino هي مجرد مجموعة من دوال Ｃ و ++C، أي مشتقة بشكل رئيسي من لغة Ｃ، وإطاري العمل “Wiring” و”Processing” وهي مفتوحة المصدر، تستخدم لغة Arduino في برمجة لوحات أردوينو بمختلف أنواعها، إذ توحد طريقة برمجة اللوحات مهما اختلفت أنواعها والمتحكمات التي تستند عليها، وتسهل عملية البرمجة على أولئك الذين ليس لديهم خلفية برمجية.
This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish. Accept
Privacy & Cookies Policy
Privacy Overview
This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may affect your browsing experience.
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. This category only includes cookies that ensures basic functionalities and security features of the website. These cookies do not store any personal information.
Any cookies that may not be particularly necessary for the website to function and is used specifically to collect user personal data via analytics, ads, other embedded contents are termed as non-necessary cookies. It is mandatory to procure user consent prior to running these cookies on your website.
يتكون المعالج الدقيق من وحدة معالجة مركزية فقط ، بينما تحتوي وحدة التحكم الصغيرة على وحدة معالجة مركزية ، وذاكرة ، و I / O كلها مدمجة في شريحة واحدة.
ما هو قواعد قراءة قيمة المقاومة الكهربائية؟
