صنع جهاز لعرض الحالة المزاجية باستخدام لوحة راسبيري باي بيكو

في عالم التكنولوجيا الحديثة، أصبح التعبير عن الحالة المزاجية بطريقة ذكية ومتطورة مطلبًا متزايدًا، خصوصًا في مجالات الصحة النفسية، التواصل الاجتماعي، وحتى في بيئات العمل والتعليم. إحدى الطرق المبتكرة لتحقيق ذلك هي من خلال بناء جهاز إلكتروني يعرض الحالة المزاجية بشكل مرئي باستخدام لوحة التحكم راسبيري باي بيكو (Raspberry Pi Pico). هذا المقال يستعرض بشكل مفصل كيفية صنع مثل هذا الجهاز، مع شرح تقني معمق يغطي المكونات، البرمجة، وآليات العرض، مع التركيز على الجوانب العملية والتطبيقية.

مقدمة حول لوحة راسبيري باي بيكو

راسبيري باي بيكو هي لوحة تحكم مصغرة مبنية على شريحة RP2040 التي طورتها مؤسسة راسبيري باي. تتميز هذه اللوحة بمعالج ثنائي النواة بسرعة 133 ميجاهرتز، ذاكرة RAM بحجم 264 كيلوبايت، وقدرة عالية على التعامل مع مختلف الحساسات والمكونات الإلكترونية بفضل توفر العديد من المداخل والمخارج الرقمية والتماثلية. تتميز أيضًا بدعمها لغات البرمجة مثل MicroPython وC/C++، مما يسهل عملية تطوير المشاريع المختلفة.

استخدام راسبيري باي بيكو في المشاريع الإلكترونية ذات التكلفة المنخفضة مع أداء عالٍ يجعلها خيارًا مثاليًا لإنشاء جهاز عرض الحالة المزاجية، حيث يمكن دمجها مع حساسات متعددة لتحديد الحالة النفسية وعرضها من خلال واجهة بصرية.

فكرة المشروع وأهميته

يرتكز مشروع جهاز عرض الحالة المزاجية على جمع بيانات تعبر عن الحالة النفسية للمستخدم، سواء عبر استشعار علامات حيوية مثل معدل ضربات القلب، أو عبر إدخال مباشر من المستخدم عبر أزرار أو شاشة لمس. بعد ذلك، يعالج الجهاز البيانات ويرسلها إلى وحدة عرض لتمثيل المزاج بشكل بصري واضح مثل ألوان أو رموز تعبر عن المزاج كالحزن، السعادة، التوتر، أو الاسترخاء.

الأهمية تكمن في:

• المتابعة الذاتية: يساعد المستخدم على مراقبة حالته النفسية بشكل دوري.

• التواصل: يمكن أن يستخدم في بيئات العمل أو الصفوف الدراسية للتعبير عن الحالة المزاجية بدون الحاجة إلى كلمات.

• الصحة النفسية: يساهم في الكشف المبكر عن تغيرات مزاجية قد تستدعي تدخلًا طبيًا.

المكونات الأساسية لجهاز عرض الحالة المزاجية

يتطلب المشروع عدة مكونات إلكترونية متوافقة مع راسبيري باي بيكو، وهي:

1. لوحة راسبيري باي بيكو
   
   هي قلب الجهاز، تقوم بجمع البيانات ومعالجتها والتحكم بوحدة العرض.

2. حساسات لقياس المؤشرات الحيوية (اختياري)

   • حساس معدل ضربات القلب (Pulse Sensor)

   • حساس قياس درجة حرارة الجلد (Thermistor)

   • حساس التعرق (Galvanic Skin Response Sensor)

3. وحدة الإدخال

   • أزرار ضغط للتعبير عن الحالة المزاجية يدويًا

   • شاشة لمس صغيرة (مثل OLED أو TFT) لإدخال مباشر

4. وحدة العرض

   • شاشة OLED أو LCD صغيرة لعرض رموز الحالة المزاجية

   • مصابيح LED ملونة للتعبير عن مزاج محدد (الألوان تتغير حسب المزاج)

5. مزود الطاقة

   • بطارية ليثيوم قابلة لإعادة الشحن أو مصدر طاقة USB

6. مكونات إلكترونية أخرى

   • مقاومات، أسلاك توصيل، لوحات تجريبية (Breadboard) حسب الحاجة.

شرح تفصيلي لخطوات صنع الجهاز

1. تجهيز لوحة راسبيري بايكو

بعد شراء اللوحة، يجب تثبيت بيئة التطوير الخاصة بها. يفضل استخدام MicroPython لسهولة البرمجة والتحكم، حيث يمكن تحميل ملف MicroPython الرسمي على اللوحة من الموقع الرسمي، ثم البرمجة باستخدام أدوات مثل Thonny IDE.

2. توصيل الحساسات ووحدة الإدخال

• توصيل حساس معدل ضربات القلب عبر مخرج ADC (Analog to Digital Converter) في راسبيري بايكو، حيث يوفر قراءة آنية لمعدل نبضات القلب.

• توصيل الأزرار عبر مخارج GPIO، بحيث يتم تعيين كل زر لحالة مزاجية محددة (مثلاً زر للسعادة، زر للحزن).

• في حالة استخدام شاشة لمس، يتم توصيلها عبر بروتوكول SPI أو I2C حسب نوع الشاشة.

3. البرمجة لجمع وتحليل البيانات

يتم كتابة كود MicroPython يتضمن الآتي:

• قراءة البيانات من الحساسات باستمرار وبفترات زمنية محددة.

• تفسير البيانات بناءً على حدود تم تحديدها مسبقًا (مثلاً معدل ضربات القلب بين 60-100 نبضة في الدقيقة يعبر عن حالة استرخاء، وأعلى من 100 يعبر عن توتر).

• استقبال الأوامر من أزرار الإدخال لتحديث الحالة المزاجية يدويًا.

• اختيار الحالة المزاجية النهائية بناءً على دمج البيانات الحسية والإدخال اليدوي.

4. برمجة واجهة العرض

تعتمد واجهة العرض على نوع الوحدة المستخدمة:

• شاشة OLED أو LCD: عرض رموز تعبيرية (Emoji) أو نصوص قصيرة تشير إلى المزاج مثل “سعيد”، “حزين”، “متوتر”، مع تغيير ألوان الخلفية أو النص.

• مصفوفة LED ملونة: يتم تشغيل لون معين يعبر عن الحالة (أخضر للسعادة، أصفر للقلق، أحمر للتوتر، أزرق للاسترخاء).

5. اختبار الجهاز وضبط الإعدادات

بعد توصيل كل المكونات وكتابة البرمجة الأساسية، يبدأ الاختبار بتجربة الجهاز في مواقف مختلفة لتحديد دقة التفسير ومدى وضوح العرض. قد يحتاج الأمر إلى تعديل حدود الحساسية أو تحسين جودة القراءة في البرمجة.

البرمجة التفصيلية للمشروع (مثال باستخدام MicroPython)

python
CopyEdit
from machine import ADC, Pin, I2C
import ssd1306
import time

# إعداد شاشة OLED عبر I2C
i2c = I2C(0, scl=Pin(17), sda=Pin(16))
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

# تهيئة حساس ضربات القلب
pulse_sensor = ADC(Pin(26))

# أزرار الإدخال المزاجي
btn_happy = Pin(14, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)
btn_sad = Pin(15, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)

# دالة لتحويل قيمة الحساس إلى حالة مزاجية
def get_mood(pulse_value):
    if pulse_value < 3000:
        return "Relaxed"
    elif pulse_value < 4000:
        return "Neutral"
    else:
        return "Stressed"

mood = "Neutral"

while True:
    pulse_val = pulse_sensor.read_u16()
    
    # تحديث الحالة المزاجية حسب الحساس
    mood = get_mood(pulse_val)
    
    # تحديث الحالة المزاجية حسب الأزرار
    if btn_happy.value() == 1:
        mood = "Happy"
    elif btn_sad.value() == 1:
        mood = "Sad"
    
    # عرض الحالة المزاجية على شاشة OLED
    oled.fill(0)
    oled.text("Mood Display", 0, 0)
    oled.text(mood, 0, 20)
    oled.show()
    
    time.sleep(0.5)

الكود السابق نموذج مبسط لقراءة بيانات من حساس ومزجها مع مدخلات أزرار، ثم عرض النص المناسب على شاشة OLED.

التحديات التي قد تواجهها في المشروع

• دقة قراءة الحساسات: بعض الحساسات قد تعطي قراءات غير مستقرة بسبب التشويش أو الحركة، مما يستدعي استخدام تقنيات ترشيح مثل المتوسط المتحرك.

• تحديد المعايير النفسية بدقة: تفسير البيانات الحيوية مثل معدل ضربات القلب لا يكفي وحده لتحديد المزاج بدقة عالية، لذا يفضل دمج أكثر من مؤشر.

• توافق المكونات: بعض شاشات العرض أو الحساسات قد لا تدعم بروتوكولات الاتصال المدعومة في راسبيري بايكو بسهولة.

• مصادر الطاقة: الحفاظ على استقرار التيار الكهربائي ضروري لتجنب إعادة التشغيل المفاجئ أو قراءات خاطئة.

تطبيقات مستقبلية وتطويرات ممكنة

يمكن تطوير جهاز عرض الحالة المزاجية ليشمل:

• الاتصال اللاسلكي: مثل استخدام البلوتوث أو Wi-Fi لإرسال الحالة المزاجية إلى تطبيقات الهواتف الذكية.

• التكامل مع أنظمة ذكية: ربط الجهاز مع أنظمة المنزل الذكي لتعديل الإضاءة أو الموسيقى حسب المزاج.

• توسيع قاعدة الحساسات: إضافة حساسات أخرى مثل تعقب تعبيرات الوجه أو نبرة الصوت لزيادة دقة التقييم.

• تخزين البيانات وتحليلها: تسجيل تاريخ الحالة المزاجية للمستخدم وتحليل الاتجاهات على مدى فترة طويلة.

مقارنة بين أنواع شاشات العرض المستخدمة في المشروع

خلاصة

بناء جهاز لعرض الحالة المزاجية باستخدام لوحة راسبيري باي بيكو مشروع عملي يجمع بين البرمجة والإلكترونيات الحديثة ليخلق أداة ذكية تعبّر عن الحالة النفسية بطريقة بصرية مبتكرة. يتميز المشروع بتكلفته المعقولة، قابليته للتخصيص، وإمكانياته المتعددة التي يمكن تطويرها مع الوقت. من خلال اختيار الحساسات المناسبة وبرمجة فعالة، يمكن للجهاز أن يقدم قيمة حقيقية في مراقبة الحالة المزاجية وتعزيز التواصل بين الأفراد. يستند المشروع على أساس متين من تقنيات التحكم الرقمية والبرمجة المدمجة التي تفتح آفاقًا واسعة للتطبيقات المستقبلية في مجال الصحة النفسية والتواصل الاجتماعي.

المراجع

• موقع Raspberry Pi الرسمي: https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-pico/

• دليل MicroPython على راسبيري باي بيكو: https://docs.micropython.org/en/latest/rp2/quickref.html

• مستودعات مشاريع إلكترونية على GitHub للمشاريع المشابهة

هذا المقال يدمج بين النظريات العلمية والتطبيقات العملية، مع التركيز على توفير محتوى غني، علمي، ومفيد لجميع المهتمين بصنع مشاريع إلكترونية ذكية باستخدام راسبيري باي بيكو.