ضى النهار
07-22-2012, 08:46 AM
http://up.mosw3a.com/files/12619.jpg (http://up.mosw3a.com/index.php?action=viewfile&id=12619)
ظهرت الحاجة الى الدوائر الكهربائية لتشغيل المتطلبات المختلفة وتتبع الأعطال ، وبدأت التعقيدات تظهر فى السيارات وبدأت الدوائر الكهربائية فى التطور حتى تعطى تحسنا فى الأداء وتوفيرا للامان واقتصادا فى الوقود، وظهر التلوث الناتج من عادم السيارات الذى أدى الى صدور القوانين الصارمة لحماية البيئة فى أوروبا بدءاً من يورو واحد حتى يورو سبعة لضمان خروج عادم صديقا للبيئة. وأتبع ذلك الغاء الكاربيراتير الذى أصبح لا يوفى متطلبات هذه القوانين الصارمة .
وبظهور تكنولوجيا أشباه الموصلات تألق الدايود ليمنح السيارة دينامو غزير الكهرباء ،خفيف للوزن. وتطورت الاجزاء الالكترونيه تطورا سريعا وظهر الترانزسستور وظهر معه الاسبراتير بدون أبلاتين، وظهرت مجموعات الحقن فى الوقود(الانجكشن).
وظهرت الدوائر التكاملية والميكروشيب الذى أدى الى التعجيل السريع للتطوير فى هذه الدوائر الكهربائية فى صورة كمبيوترات صغيرة ، ومنذ ذلك الحين لا تستغنى السيارات عن الدوائر الالكترونية. وبظهور وحدات التحكم الصغيرة هذه، استطاع العلماء خلق انظمة كثيرة لتحسين الاداء والامان والعادم الخارج من السيارة .
وتفوقت الاجهزة الالكترونية فى السيارات عن مثيلتها من الاجهزة الاخرى ، وذلك لاستجابتها السريعة ، ودقة تحكمها، وعدم وجود اجزاء متحركة .وسهلت الاجهزة الالكترونية عمل انظمة بسيطة وجيدة فى السيارة اصبح من السهل تطويرها،واصبح من السهل معها وجود وحدة للتشخيص الذاتى لهذه الانظمة حتى يمكن اصلاح اى عطل فيها.
أما كثرة الانظمة المختلفة ، وكل نظام له كمبيوتر ، وكل كمبيوتر له حساساته ومشغلاته، وكل حساس او مشغل متصل بأسلاك من وإلى الكمبيوتر، أدى الى زيادة الأسلاك والتوصيلات ، مما جعل المهندسون يفكرون فى طريقه لتقليل عدد هذه الاسلاك وتبسيط توصيلاتها. فمثلا أي دائرة كهربائية بسيطة في السيارة تتكون من سلك متصل بالطرف الموجب للبطارية والطرف الآخر متصل بفيوز ثم بمفتاح كهربي ثم بسلك كهربي إلى لمبة مثلا ثم بسلك إلى شاسيه السيارة (الارضى) المتصل بالطرف السالب للبطارية . وعند تشغيل المفتاح يمر تيار كهربي من الطرف الموجب للبطارية إلى المفتاح إلى اللمبة إلى الارضى ثم الى الطرف السالب للبطارية . والسيارة مكونة من عدة دوائر كهربائية بسيطة. كل دائرة تعمل على تشغيل حمل من الأحمال المختلفة مثل الانوار والتكييف وغيرها في السيارة .
وأسلاك هذه الدوائر الكهربائية تسمى الضفيرة وكلما زادت الإمكانيات والمتطلبات والرفاهية في السيارة زادت معها عدد الأسلاك في الضفيرة أي كلما زاد سمك هذه الضفيرة .والمتطلبات في السيارات الحديثة من رفاهية وأمان وتأمين استلزم دوائر كهربائية كثيرة جدا جعلت قطرالضفيرة كبير جدا حيث تلتف حول محيط السيارة لتخدم جميع ملحقاتها. ولكن في الحقيقة وجدنا أن قطر الضفيرة في هذه السيارات الحديثة صغير جدأ بالنسبة للكم الهائل من الإمكانيات والأحمال التي تقدمها.
ترى ما هو السبب ؟
قبل ثورة الدوائر الرقمية ودخولها فى السيارات نجد ان كمبيوتر تشغيل المحرك او الفتيس او الاشعال متصلة به مجموعة من الحساسات لتعطيه المعلومات فيقوم بمعالجتها ويرسل الاوامر المختلفة للمشغلات لتنفيذ الاحمال المطلوبة طبقا للمعلومات. هناك عدد من الحساسات فى نظام مجموعة المحرك مثلا يمكن ان تحتاجها انظمة اخرى فى السيارة فبدلا من ازدواجية الحساسات وازدواجية الاسلاك ، يمكن ان نستخدم حساس واحد لقياس درجة حرارة الموتور، ثم يمكن لأى كمبيوتر ولأى نظام فى السيارة استخدام قياس هذه الحرارة لمعالجة بياناته بدلا من عمل حساس جديد باسلاك جديدة.
لقد فاقت عدد الانظمة فى السيارات الملاكى الاربعين، يعنى أربعين كمبيوتر بحساساته بمشغلاته بالأسلاك الواصلة منه واليه ، فاذا عملت هذه الانظمة منفصلة عن بعضها، تخيل عدد الاسلاك المطلوبة فى كل نظام وبالتالى ما تحتاجها السيارة من عدد اسلاك وحساسات.
رأى المهندسون انه اذا عملت كمبيوترات الانظمة مع بعضها بحيث يمكن تبادل المعلومات والاتصال ببعضها البعض، سوف يؤدى ذلك الى تطور هام لم يسبق له مثيل، وأدي ذلك لسرعة استخدام وتطوير الدوائر الرقمية التى تسهل التخاطب بين الكمبيوترات وبعضها ، ومشاركة المعلومات واستخدامها. وهذه الدوائر الرقمية تسمح مثلا لدرجة الحرارة المرسلة من حساس معين ان تستعملها باقى الانظمة الاخرى المشتركة فى هذه الدوائر الرقمية.
فدرجة الحرارة التى تصل الى الكمبيوتر الاول يمكن نقلها الى كل من الكمبيوتر الثانى والثالث عن طريق كابل واحد، وهذا الكابل يمكنه ان ينقل ايضا المعلومات بين هذه الكمبيوترات ويسمى (الداتا باص). كل كمبيوتر يرسل رسائل الى مشغلات المجموعة الخاصة به، كلها يحملها الداتا باص لتوصيلها الى الكمبيوتر المطلوب.ولكن كيف تكون طبيعة هذه الرسائل وكيف تتكون وكيف يمكنها الوصول الى مكانها الصحيح ؟
نجد ان الوحدات الالكترونية تعمل بواسطة نبضات رقمية هذه النبضات تنقل البيانات من وحدة الى اخرى بواسطة كود رقمى ، حتى ان القياسات التى تتم بواسطة حساس يعطى اشارة مستمرة مثل حساس درجة الحرارة تحول هذه الاشارة المستمرة الى نبضات حتى يمكن للكمبيوتر قراءتها ، وهذه النبضات تمثل الرقم (0 أو1) ، وهو ما يسمى بالكود الثنائى، والدوائر التى تستجيب لكود هذين الرقمين تسمى دوائر منطقية تتجمع كلها فى دوائر تكاملية، وهذه الدوائر تستجيب لاشارات الجهد الكهربى.
والجهد الذى نحتاجه ليعطى مستوى المنطق للنبضة التى تمثل(1) هو من (2.4 الى 5) فولت وهو المستوى العالى، والجهد الذى نحتاجه ليعطى مستوى المنطق للنبضة التى تمثل(0 ) هو من( 0 الى 0.8) فولت وهو المستوى المنخفض. والاشارة الرقمية تعطى اعلى مستوى عندما يزيد عن 2.4 فولت ويستمر هذا المستوى فى الجهد حتى يقل عن مستوى المنطق1 فيعود الى المستوى المنخفض وهنا يكون عندنا اما مرور تيار فى الحالة (1) او عدم مرور تيار فى الحالة(0) اى يكون عندنا فقط فتح اوغلق للدائرة الكهربائية او بمعنى آخر لو وجد مصباح كهربى فى الدائرة الكهربائية فانه يضئ عند المستوى (1) ولايضئ عند المستوى (0) وتسمى هذه الدوائر بدوائر المفاتيح الرقمية ويمكن بواسطة ربط العديد من دوائر المفاتيح الرقمية عمل كمبيوتر يكون من السهل فيه تحويل او معالجة او تخزين هذه الاشارات الرقمية .
تسمى الوحدة فى النظام الثنائى بـ(البت)، وتسمى الاربع وحدات بـ(النيبل)، وتسمى 8 وحدات بـ(البايت)، والكيلو بت يساوى 1000 بت ، والكيلو بايت يساوى 1024 بايت.
تسمى الدوائر الرقمية التى تربط مجموعة الكمبيوترات و تقوم بتبادل المعلومات بينها وبعضها بدوائر المالتبلكس ،ونستطيع ان نستنتج ان دوائر المالتبلكس هى مشاركة العديد من الكمبيوترات فى موصل واحد يسمى الباص مكون من سلكين مبرومين على بعضهم البعض حتى لا يكون هناك اى تأثير لتشويش الموجات الكهرومغناطيسية احداهما يسمى هاى والاخر لو،high & low .مع دوائر المالتبلكس يسهل تقليل عدد الموصلات والحساسات وبالتالى تقليل التكلفة وتوفير مكان فى حيز السيارة ،وتسهيل اى تطوير فيها.
جميع الرسائل التى ترسل على هذه الدوائر تشمل على جزء معلومات ،وجزء تعريف بالكمبيوتر المرسل،وجزء تعريف بالكمبيوتر المرسل اليه،كل هذا فى رسالة واحدة، مثلا تبدأ الرسالة ببداية الاعلان عن صدورها مثل كلمة (الو) فى التليفون ويبدأ معها تزامن الرسالة، ويلى ذلك مكان صدور الرساله يعنى تقول انا من الكمبيوتر الفلانى (مجال صدور الامر) وتحديد اولوية المرور فى الباص ،مثلا اذا جاءت الرسالة من مجموعة الفرامل، يكون لها الاولوية فى المرور فى الباص عن رسالة قادمة من الكاست.
ويعرف الباص هذه الاولوية عن طريق كود الكمبيوتر الموجود فى الرسالة، وتوضح الرسالة للمستقبل نوعها، هل هى امر بفعل شئ ام هى مجرد معلومة، ثم يلى ذلك بيان بالمعلومات التى يجب نقلها، ويقوم الكمبيوتر المستقبل للرسالة بالتحقق من التربط المنطقى لها، ثم يرسل اشعار باستلام الرساله، ثم ينهى الرساله مثل باى او مع السلامه.
وتنقسم هذه الدوائر الى مجموعات ومسميات تعتمد على سرعة توصيل المعلومات، فنجد ما يسمى بدوائر (CAN)(Control Area Network) والكان يستعمل بمجال واسع فى السيارات الاوروبية، ويستعمل ايضا فى دوائر التحكم فى الصناعة، مقاومته للتشويش الكهرومغناطيسى فائقة، اقصى عدد كمبيوترات فى الباص الواحد هو 30 والكمبيوترات متصلة مع بعضها بسلك مزدوجCan low) )و(Can high) ، وبوش تفضل هذه الاتصالات للسرعات 1 ميجا بت/الثانية ، ولكن السرعة فى مجال السيارات تحدد فقط الى 250 كيلو بت /الثانية وعدد الكمبيوترات الى 8 ،يستعمل الكان فى التطبيقات الميكانيكية مثل الفتيس الاوتوماتيك وكمبيوتر ادارة المحرك وكل ما يندرج تحت دوائر الفرامل من ABS وESP وخلافه.
هناك دوائر المالتبلكس تسمى بـ (Vehicle Area Network) (VAN) وهو خاص بما هو داخل السيارة مثل الراديو وآليات الملاحة والمجموعات الضوئية والصوتية. كما ان هناك دوائر مالتباكس أخرى فى السيارة مثل LS can ودوائر LIN وآخريات.
فاذا استقبلت مجموعة ABS اشارة من حساس العجل تفيد بانزلاق السيارة، يقوم الكمبيوتر بارسال رسالة الى كمبيوتر الموتور الذى يقوم بتقليل تسارع السيارة وهنا تكون رسائل ABS لها الاولوية فى المرور فى الباص ، فاذا لم تنجح السيارة فى الوقوف واصبحت على وشك الاصطدام، يرسل الى مجموعة الـSRS لتشغيل الوسائد الهوائية.
ظهرت الحاجة الى الدوائر الكهربائية لتشغيل المتطلبات المختلفة وتتبع الأعطال ، وبدأت التعقيدات تظهر فى السيارات وبدأت الدوائر الكهربائية فى التطور حتى تعطى تحسنا فى الأداء وتوفيرا للامان واقتصادا فى الوقود، وظهر التلوث الناتج من عادم السيارات الذى أدى الى صدور القوانين الصارمة لحماية البيئة فى أوروبا بدءاً من يورو واحد حتى يورو سبعة لضمان خروج عادم صديقا للبيئة. وأتبع ذلك الغاء الكاربيراتير الذى أصبح لا يوفى متطلبات هذه القوانين الصارمة .
وبظهور تكنولوجيا أشباه الموصلات تألق الدايود ليمنح السيارة دينامو غزير الكهرباء ،خفيف للوزن. وتطورت الاجزاء الالكترونيه تطورا سريعا وظهر الترانزسستور وظهر معه الاسبراتير بدون أبلاتين، وظهرت مجموعات الحقن فى الوقود(الانجكشن).
وظهرت الدوائر التكاملية والميكروشيب الذى أدى الى التعجيل السريع للتطوير فى هذه الدوائر الكهربائية فى صورة كمبيوترات صغيرة ، ومنذ ذلك الحين لا تستغنى السيارات عن الدوائر الالكترونية. وبظهور وحدات التحكم الصغيرة هذه، استطاع العلماء خلق انظمة كثيرة لتحسين الاداء والامان والعادم الخارج من السيارة .
وتفوقت الاجهزة الالكترونية فى السيارات عن مثيلتها من الاجهزة الاخرى ، وذلك لاستجابتها السريعة ، ودقة تحكمها، وعدم وجود اجزاء متحركة .وسهلت الاجهزة الالكترونية عمل انظمة بسيطة وجيدة فى السيارة اصبح من السهل تطويرها،واصبح من السهل معها وجود وحدة للتشخيص الذاتى لهذه الانظمة حتى يمكن اصلاح اى عطل فيها.
أما كثرة الانظمة المختلفة ، وكل نظام له كمبيوتر ، وكل كمبيوتر له حساساته ومشغلاته، وكل حساس او مشغل متصل بأسلاك من وإلى الكمبيوتر، أدى الى زيادة الأسلاك والتوصيلات ، مما جعل المهندسون يفكرون فى طريقه لتقليل عدد هذه الاسلاك وتبسيط توصيلاتها. فمثلا أي دائرة كهربائية بسيطة في السيارة تتكون من سلك متصل بالطرف الموجب للبطارية والطرف الآخر متصل بفيوز ثم بمفتاح كهربي ثم بسلك كهربي إلى لمبة مثلا ثم بسلك إلى شاسيه السيارة (الارضى) المتصل بالطرف السالب للبطارية . وعند تشغيل المفتاح يمر تيار كهربي من الطرف الموجب للبطارية إلى المفتاح إلى اللمبة إلى الارضى ثم الى الطرف السالب للبطارية . والسيارة مكونة من عدة دوائر كهربائية بسيطة. كل دائرة تعمل على تشغيل حمل من الأحمال المختلفة مثل الانوار والتكييف وغيرها في السيارة .
وأسلاك هذه الدوائر الكهربائية تسمى الضفيرة وكلما زادت الإمكانيات والمتطلبات والرفاهية في السيارة زادت معها عدد الأسلاك في الضفيرة أي كلما زاد سمك هذه الضفيرة .والمتطلبات في السيارات الحديثة من رفاهية وأمان وتأمين استلزم دوائر كهربائية كثيرة جدا جعلت قطرالضفيرة كبير جدا حيث تلتف حول محيط السيارة لتخدم جميع ملحقاتها. ولكن في الحقيقة وجدنا أن قطر الضفيرة في هذه السيارات الحديثة صغير جدأ بالنسبة للكم الهائل من الإمكانيات والأحمال التي تقدمها.
ترى ما هو السبب ؟
قبل ثورة الدوائر الرقمية ودخولها فى السيارات نجد ان كمبيوتر تشغيل المحرك او الفتيس او الاشعال متصلة به مجموعة من الحساسات لتعطيه المعلومات فيقوم بمعالجتها ويرسل الاوامر المختلفة للمشغلات لتنفيذ الاحمال المطلوبة طبقا للمعلومات. هناك عدد من الحساسات فى نظام مجموعة المحرك مثلا يمكن ان تحتاجها انظمة اخرى فى السيارة فبدلا من ازدواجية الحساسات وازدواجية الاسلاك ، يمكن ان نستخدم حساس واحد لقياس درجة حرارة الموتور، ثم يمكن لأى كمبيوتر ولأى نظام فى السيارة استخدام قياس هذه الحرارة لمعالجة بياناته بدلا من عمل حساس جديد باسلاك جديدة.
لقد فاقت عدد الانظمة فى السيارات الملاكى الاربعين، يعنى أربعين كمبيوتر بحساساته بمشغلاته بالأسلاك الواصلة منه واليه ، فاذا عملت هذه الانظمة منفصلة عن بعضها، تخيل عدد الاسلاك المطلوبة فى كل نظام وبالتالى ما تحتاجها السيارة من عدد اسلاك وحساسات.
رأى المهندسون انه اذا عملت كمبيوترات الانظمة مع بعضها بحيث يمكن تبادل المعلومات والاتصال ببعضها البعض، سوف يؤدى ذلك الى تطور هام لم يسبق له مثيل، وأدي ذلك لسرعة استخدام وتطوير الدوائر الرقمية التى تسهل التخاطب بين الكمبيوترات وبعضها ، ومشاركة المعلومات واستخدامها. وهذه الدوائر الرقمية تسمح مثلا لدرجة الحرارة المرسلة من حساس معين ان تستعملها باقى الانظمة الاخرى المشتركة فى هذه الدوائر الرقمية.
فدرجة الحرارة التى تصل الى الكمبيوتر الاول يمكن نقلها الى كل من الكمبيوتر الثانى والثالث عن طريق كابل واحد، وهذا الكابل يمكنه ان ينقل ايضا المعلومات بين هذه الكمبيوترات ويسمى (الداتا باص). كل كمبيوتر يرسل رسائل الى مشغلات المجموعة الخاصة به، كلها يحملها الداتا باص لتوصيلها الى الكمبيوتر المطلوب.ولكن كيف تكون طبيعة هذه الرسائل وكيف تتكون وكيف يمكنها الوصول الى مكانها الصحيح ؟
نجد ان الوحدات الالكترونية تعمل بواسطة نبضات رقمية هذه النبضات تنقل البيانات من وحدة الى اخرى بواسطة كود رقمى ، حتى ان القياسات التى تتم بواسطة حساس يعطى اشارة مستمرة مثل حساس درجة الحرارة تحول هذه الاشارة المستمرة الى نبضات حتى يمكن للكمبيوتر قراءتها ، وهذه النبضات تمثل الرقم (0 أو1) ، وهو ما يسمى بالكود الثنائى، والدوائر التى تستجيب لكود هذين الرقمين تسمى دوائر منطقية تتجمع كلها فى دوائر تكاملية، وهذه الدوائر تستجيب لاشارات الجهد الكهربى.
والجهد الذى نحتاجه ليعطى مستوى المنطق للنبضة التى تمثل(1) هو من (2.4 الى 5) فولت وهو المستوى العالى، والجهد الذى نحتاجه ليعطى مستوى المنطق للنبضة التى تمثل(0 ) هو من( 0 الى 0.8) فولت وهو المستوى المنخفض. والاشارة الرقمية تعطى اعلى مستوى عندما يزيد عن 2.4 فولت ويستمر هذا المستوى فى الجهد حتى يقل عن مستوى المنطق1 فيعود الى المستوى المنخفض وهنا يكون عندنا اما مرور تيار فى الحالة (1) او عدم مرور تيار فى الحالة(0) اى يكون عندنا فقط فتح اوغلق للدائرة الكهربائية او بمعنى آخر لو وجد مصباح كهربى فى الدائرة الكهربائية فانه يضئ عند المستوى (1) ولايضئ عند المستوى (0) وتسمى هذه الدوائر بدوائر المفاتيح الرقمية ويمكن بواسطة ربط العديد من دوائر المفاتيح الرقمية عمل كمبيوتر يكون من السهل فيه تحويل او معالجة او تخزين هذه الاشارات الرقمية .
تسمى الوحدة فى النظام الثنائى بـ(البت)، وتسمى الاربع وحدات بـ(النيبل)، وتسمى 8 وحدات بـ(البايت)، والكيلو بت يساوى 1000 بت ، والكيلو بايت يساوى 1024 بايت.
تسمى الدوائر الرقمية التى تربط مجموعة الكمبيوترات و تقوم بتبادل المعلومات بينها وبعضها بدوائر المالتبلكس ،ونستطيع ان نستنتج ان دوائر المالتبلكس هى مشاركة العديد من الكمبيوترات فى موصل واحد يسمى الباص مكون من سلكين مبرومين على بعضهم البعض حتى لا يكون هناك اى تأثير لتشويش الموجات الكهرومغناطيسية احداهما يسمى هاى والاخر لو،high & low .مع دوائر المالتبلكس يسهل تقليل عدد الموصلات والحساسات وبالتالى تقليل التكلفة وتوفير مكان فى حيز السيارة ،وتسهيل اى تطوير فيها.
جميع الرسائل التى ترسل على هذه الدوائر تشمل على جزء معلومات ،وجزء تعريف بالكمبيوتر المرسل،وجزء تعريف بالكمبيوتر المرسل اليه،كل هذا فى رسالة واحدة، مثلا تبدأ الرسالة ببداية الاعلان عن صدورها مثل كلمة (الو) فى التليفون ويبدأ معها تزامن الرسالة، ويلى ذلك مكان صدور الرساله يعنى تقول انا من الكمبيوتر الفلانى (مجال صدور الامر) وتحديد اولوية المرور فى الباص ،مثلا اذا جاءت الرسالة من مجموعة الفرامل، يكون لها الاولوية فى المرور فى الباص عن رسالة قادمة من الكاست.
ويعرف الباص هذه الاولوية عن طريق كود الكمبيوتر الموجود فى الرسالة، وتوضح الرسالة للمستقبل نوعها، هل هى امر بفعل شئ ام هى مجرد معلومة، ثم يلى ذلك بيان بالمعلومات التى يجب نقلها، ويقوم الكمبيوتر المستقبل للرسالة بالتحقق من التربط المنطقى لها، ثم يرسل اشعار باستلام الرساله، ثم ينهى الرساله مثل باى او مع السلامه.
وتنقسم هذه الدوائر الى مجموعات ومسميات تعتمد على سرعة توصيل المعلومات، فنجد ما يسمى بدوائر (CAN)(Control Area Network) والكان يستعمل بمجال واسع فى السيارات الاوروبية، ويستعمل ايضا فى دوائر التحكم فى الصناعة، مقاومته للتشويش الكهرومغناطيسى فائقة، اقصى عدد كمبيوترات فى الباص الواحد هو 30 والكمبيوترات متصلة مع بعضها بسلك مزدوجCan low) )و(Can high) ، وبوش تفضل هذه الاتصالات للسرعات 1 ميجا بت/الثانية ، ولكن السرعة فى مجال السيارات تحدد فقط الى 250 كيلو بت /الثانية وعدد الكمبيوترات الى 8 ،يستعمل الكان فى التطبيقات الميكانيكية مثل الفتيس الاوتوماتيك وكمبيوتر ادارة المحرك وكل ما يندرج تحت دوائر الفرامل من ABS وESP وخلافه.
هناك دوائر المالتبلكس تسمى بـ (Vehicle Area Network) (VAN) وهو خاص بما هو داخل السيارة مثل الراديو وآليات الملاحة والمجموعات الضوئية والصوتية. كما ان هناك دوائر مالتباكس أخرى فى السيارة مثل LS can ودوائر LIN وآخريات.
فاذا استقبلت مجموعة ABS اشارة من حساس العجل تفيد بانزلاق السيارة، يقوم الكمبيوتر بارسال رسالة الى كمبيوتر الموتور الذى يقوم بتقليل تسارع السيارة وهنا تكون رسائل ABS لها الاولوية فى المرور فى الباص ، فاذا لم تنجح السيارة فى الوقوف واصبحت على وشك الاصطدام، يرسل الى مجموعة الـSRS لتشغيل الوسائد الهوائية.