أنواع حساسات الأردوينو (المستشعرات) ووظائفها: دليل مبسّط للمبتدئين بالأمثلة والجداول

الحساسات والقطعم. راكان خالد9 أكتوبر 202610 دقائق للقراءة

يعرض هذا الدليل أنواع حساسات الاردوينو واستخداماتها: ماذا يقيس كل حساس، وما نوع إشارته، وما الخطأ الشائع معه، وكيف تختار المناسب لمشروعك، دون أكواد أو مخططات توصيل.

ما هو الحساس (المستشعر) وكيف يفهمه الأردوينو؟

الحساس قطعة تحوّل شيئًا من العالم الحقيقي، كالحرارة أو الضوء أو المسافة، إلى إشارة كهربائية. والأردوينو لا «يشعر» بالحرارة؛ إنه يقرأ جهدًا على أحد أطرافه، ويحوّل برنامجك القراءة إلى معنى مثل «الغرفة حارة».

وتصل الإشارة بإحدى ثلاث طرق:

• رقمية: حالتان فقط، كمفتاح الإنارة، مثل «حركة» أو «لا حركة» في حساس PIR.
• تماثلية (Analog): جهد يتغير تدريجيًا، يحوّله الأردوينو أونو إلى رقم من 0 إلى 1023، وتحوّله لوحة ESP32 إلى رقم من 0 إلى 4095.
• ناقل اتصال (Bus): يرسل الحساس القيمة جاهزة في رسائل رقمية، وغالبًا يحتاج إلى مكتبة برمجية.

جدول سريع: أشهر حساسات الأردوينو واستخداماتها

الأرقام من نشرات البيانات (Datasheets)، وقد تختلف الوحدات الجاهزة قليلًا.

حساسات البيئة: الحرارة والرطوبة والضوء والغاز والتربة

حساس الحرارة اردوينو: DHT11 و DHT22

هو الأشهر بين المبتدئين، لأنه يقيس الحرارة والرطوبة معًا ويرسل القراءة رقمية جاهزة. DHT11 هو الأرخص: دقته نحو ±2 °C للحرارة و±5% للرطوبة، ومداه محدود (تذكر أغلب النشرات من 0 إلى 50 درجة). أما DHT22 (أو AM2302) فأدق وأوسع مدى. كما يُستخدمان في محطات الطقس والبيوت المحمية.

خطأ شائع: القراءة بسرعة كبيرة. الحساسان بطيئان، لذلك لا تقرأهما أكثر من مرة كل ثانيتين تقريبًا.

حساسات حرارة أخرى: LM35 و TMP36 و DS18B20

LM35 و TMP36 تماثليان، يرتفع جهد مخرجهما 10 mV مع كل درجة مئوية. يحتاج LM35 إلى 4 V على الأقل، ونسخته الشائعة LM35DZ مصممة لمدى 0 إلى 100 درجة، بينما يعمل TMP36 من 2.7 V. أما DS18B20 فرقمي على ناقل 1-Wire، ودقته ±0.5 °C بين −10 و85 درجة، ومنه نسخة مقاومة للماء لقياس حرارة السوائل.

خطأ شائع: الخلط بينها؛ فالثلاثة قد تأتي في غلاف صغير بثلاثة أطراف يشبه الترانزستور، وكل منها يُقرأ بطريقة مختلفة. اقرأ الرقم المطبوع قبل التوصيل.

حساس الضوء LDR

LDR مقاومة تقل قيمتها كلما زاد الضوء، وتُستخدم مع مقاومة ثابتة ليتحول تغيرها إلى جهد تماثلي يقرؤه الأردوينو. لذلك مكانها الطبيعي الإنارة الليلية التلقائية.

خطأ شائع: استخدامه لقياس الإضاءة بالأرقام. LDR ممتاز لسؤال «هل المكان مظلم؟»، لكنه غير دقيق، وقد تختلف قطعتان من النوع نفسه كثيرًا؛ فحدّد العتبة بالتجربة.

حساس الغاز MQ-2 وأخواته

داخل MQ-2 سخّان صغير ومادة حساسة (ثاني أكسيد القصدير) تتغير مقاومتها بوجود الغازات القابلة للاشتعال والدخان، وبالفكرة نفسها تعمل بقية سلسلة MQ. وتعطي وحدة MQ-2 الجاهزة مخرجًا تماثليًا يتغير مع تركيز الغاز، ومخرجًا رقميًا عند تجاوز عتبة تضبطها بمقاومة متغيرة.

خطأ شائع: الوثوق بالقراءة فور التشغيل. يحتاج السخان إلى تسخين طويل في أول استخدام (من 24 إلى 48 ساعة في نشرات المصنعين)، ثم إلى دقائق عند كل تشغيل.

تنبيه: حساسات MQ ليست أجهزة سلامة معتمدة؛ استخدمها للتعلم فقط.

حساس رطوبة التربة: مقاوم أم سعوي؟

هو أساس مشاريع الري الذكي، وله نوعان: المقاوم شوكتان معدنيتان مكشوفتان تقيسان توصيل التربة للتيار، والسعوي يقيس الرطوبة دون معدن مكشوف. لكن كلاهما يحتاج إلى معايرة على تربتك: جافة ثم مبللة.

خطأ شائع: ترك النوع المقاوم موصولًا بالكهرباء طوال الوقت؛ فشوكتاه تتآكلان في التربة الرطبة وتنحرف قراءاته. شغّله لحظة القراءة فقط، أو اختر السعوي الأطول عمرًا.

حساس الصوت

وحدات مثل KY-038 تجمع ميكروفونًا مع دائرة مقارنة، فتعطي مخرجًا رقميًا عندما يتجاوز الصوت حدًا تضبطه بمقاومة متغيرة، ومخرجًا تماثليًا. مثالها الشهير مصباح يعمل بالتصفيق.

خطأ شائع: توقّع أن تسجل الصوت أو تفهم الكلام؛ فهي تكشف الأصوات العالية فقط.

حساسات الحركة والمسافة

حساس الحركة اردوينو: PIR من نوع HC-SR501

PIR حساس «سلبي» لا يصدر أشعة، بل يلتقط التغير في الأشعة تحت الحمراء الصادرة من الأجسام الدافئة. الوحدة الشائعة HC-SR501 تكشف الحركة حتى نحو 7 أمتار، ومخرجها رقمي بجهد 3.3 V، وعليها مقاومتان متغيرتان لمسافة الكشف ومدة بقاء الإشارة. تجده في الإنارة التلقائية وأجهزة الإنذار. لكن انتبه: هو يكشف الحركة لا الوجود، ولا يخبرك ببعد الشخص.

خطأ شائع: الحكم عليه في الدقيقة الأولى؛ فهو يحتاج نحو دقيقة بعد التشغيل ليستقر، وقد يعطي إشارات خاطئة خلالها.

حساس المسافة اردوينو: HC-SR04 بالموجات فوق الصوتية

يعمل بفكرة الخفاش: يرسل نبضة صوتية بتردد 40 kHz لا تسمعها الأذن، ثم يقيس زمن عودة الصدى ليحسب المسافة. مداه في نشرته من 2 سم إلى 4 أمتار، ويعمل على 5 V. وتجده كذلك في حساسات ركن السيارات وقياس مستوى الماء في الخزانات، وتربكه الأجسام الصغيرة والأسطح الإسفنجية.

خطأ شائع: نسيان أن مخرج Echo جهده 5 V. مع لوحة تعمل بـ 3.3 V مثل ESP32 يجب خفض الجهد أولًا بمجزئ جهد أو محوّل مستويات، أو اختيار حساس مسافة متوافق مع 3.3 V.

حساسات الأشعة تحت الحمراء IR: العوائق وتتبع الخط

في كل وحدة مصباح يرسل أشعة تحت حمراء ومستقبل يلتقط انعكاسها. وحدة تجنب العوائق تكشف جسمًا قريبًا (حتى نحو 30 سم في أحسن الأحوال)، ووحدة تتبع الخط مثل TCRT5000 تعمل على بعد مليمترات لتميّز الخط الأسود من الأرضية البيضاء. ومخرجها غالبًا رقمي: «يوجد شيء» أو «لا يوجد».

خطأ شائع: الحكم بأنها معطلة بعد تجربتها تحت الشمس أو أمام سطح أسود؛ فالأسود يمتص الأشعة فيقصر المدى، وضوء الشمس القوي قد يربك القراءة.

حساسات التعريف واللمس

قارئ RFID من نوع RC522

يولّد القارئ مجالًا بتردد 13.56 MHz، فتأخذ البطاقة طاقتها منه دون بطارية وترد برقمها التعريفي (UID). يعتمد RC522 على شريحة MFRC522 من NXP، ويتصل عبر SPI، ومداه بضعة سنتيمترات، ولا يقرأ بطاقات 125 kHz. تراه في أبواب الفنادق وأنظمة الحضور. لكن الاعتماد على رقم البطاقة وحده يناسب التعلم لا الأمان الحقيقي، لأن هذا الرقم يمكن نسخه.

خطأ شائع: تغذيته بـ 5 V؛ فالوحدة تعمل على 3.3 V فقط.

الأزرار والمقاومة المتغيرة وحساس اللمس

هي أول مداخل يتعلمها المبتدئ. الزر الضاغط مدخل رقمي، والمقاومة المتغيرة (البوتنشيوميتر) مجزئ جهد: تدوير مقبضها يغيّر الجهد على طرفها الأوسط فيقرؤه الأونو رقمًا من 0 إلى 1023. أما وحدة اللمس السعوية مثل TTP223 فزر بلا حركة: تلمسها فيتغير مخرجها الرقمي.

خطأ شائع: ترك طرف الإدخال «عائمًا» دون مقاومة سحب، فتظهر ضغطات وهمية.

حساسات الحركة والاتجاه

MPU6050: التسارع والدوران في قطعة واحدة

يجمع MPU6050 مقياس تسارع وجيروسكوبًا، كلاهما بثلاثة محاور، ويتصل عبر I2C، ويُستخدم لقياس الميلان والدوران في الروبوتات ذاتية التوازن والطائرات المسيّرة الصغيرة. الشريحة تعمل بنحو 3.3 V، لكن وحدة GY-521 الشائعة تحمل منظم جهد يقبل 5 V.

خطأ شائع: انتظار زاوية دقيقة من القراءات الخام؛ فالتسارع يتأثر بالاهتزاز، والجيروسكوب «ينجرف» مع الوقت، ويلزم دمج القراءتين، غالبًا بمكتبة جاهزة.

كيف تختار الحساس المناسب؟

1. ماذا أقيس بالضبط؟ «هل يتحرك أحد؟» سؤال لحساس PIR، أما «كم يبعد؟» فسؤال لحساس HC-SR04.
2. ما المدى؟ حرارة سيارة مغلقة في صيفنا تتجاوز مدى DHT11 بسهولة.
3. ما الدقة؟ خطأ بمقدار ±2 °C لا يهم في مروحة، لكنه كبير في حاضنة بيض.
4. ما نوع المخرج؟ الرقمي والتماثلي أسهل للبداية، والنواقل تحتاج إلى مكتبات.
5. ما جهد لوحتي: 5 V أم 3.3 V؟ الأونو يعمل بـ 5 V، وأطراف ESP32 تعمل بـ 3.3 V ولا تتحمل 5 V؛ فراجع جهد تغذية الحساس وجهد إشارته.
6. هل له مراجع؟ اختر حساسًا مشهورًا له مكتبة وشروحات، ويُفضَّل أن تتوفر له شروحات عربية ويسهل شراؤه محليًا.

تنبيه سلامة: اجعل مشاريع الطلاب على جهد منخفض فقط، مثل 5 فولت. لا توصل أي حساس أو لوحة أردوينو بكهرباء المنزل، ولا تجعل مشروعك يتحكم في أجهزة تعمل بها.

من الحساس إلى النظام الذكي

كل نظام آلي، من باب الفندق إلى خط الإنتاج، يمر بأربع مراحل: حساس يقيس، ثم متحكم كالأردوينو يقرأ، ثم قرار في البرنامج مثل «إذا تجاوزت الحرارة 30 درجة»، ثم مشغّل ينفذ: مروحة أو محرك سيرفو أو صفارة.

وهذه الفكرة محور المستوى الثاني في كهروبوت، «الحساسات الذكية وأساسيات التحكم»: 11 درسًا عمليًا ومشروع ختامي، تبني فيها إنارة ليلية بحساس الضوء، وإنذار حركة، وقفل باب يفتح ببطاقة RFID ومحرك سيرفو، ومروحة صغيرة منخفضة الجهد تعمل حسب درجة الحرارة، مع شاشة LCD تعرض القراءات.

أسئلة شائعة

آخر تحديث: أكتوبر 2026