How does the system measure the water level inside the tank?

The HC-SR04 sensor mounted at the top of the tank sends ultrasonic waves toward the water surface and measures the echo return time; distance is time multiplied by the speed of sound (about 343 m/s) divided by 2. The Arduino Nano converts this distance into a water-level percentage based on the tank's minimum and maximum height limits, then shows it on an LCD and sends it to the phone.

What components does the water level measurement system use?

The system consists of an Arduino Nano board for processing, an HC-SR04 sensor with a 2–400 cm range, a 16×2 LCD for local display, and an HC-05 Bluetooth module for data transfer. The phone app was built with MIT App Inventor, and the controller program was written in the Arduino IDE.

Can the water level be monitored over the internet?

No. The documented version relies on Bluetooth via an HC-05 module to send the reading to a phone app built with MIT App Inventor, so monitoring works only within Bluetooth range. Replacing Bluetooth with a technology such as Wi-Fi or Zigbee is proposed as a future development, not part of the current version.

What were the results of testing the water level measurement system?

The prototype was tested in three cases: 0% displayed with an empty tank, a reading near 58% at a mid-level, and 100% when full. These are functional tests of the prototype; the materials do not include extended calibration testing or a documented error rate across the full measurement range.

What challenges emerged during the prototype's development?

Connecting the sensor, LCD, and Bluetooth module to the Arduino required repeated wiring and code changes. Temperature and humidity slightly affected the sensor reading, so correction equations were used, and temporary Bluetooth dropouts appeared with greater distance or interference. The student completed the project with assistance from the Techno Enjaz office.

قياس مستوى الماء بحساس فوق صوتي وArduino

طُوّر هذا المشروع كنموذج أولي أكاديمي لقياس نسبة مستوى الماء داخل خزان باستخدام مستشعر الأمواج فوق الصوتية HC-SR04 ولوحة Arduino Nano، مع عرض القراءة مباشرة على شاشة LCD 16×2 وإرسالها لاسلكيًا عبر وحدة HC-05 Bluetooth إلى تطبيق هاتف أندرويد بُني باستخدام MIT App Inventor. أنجز فريق من الطلاب المشروع بمساعدة مكتب تكنو إنجاز خلال مسار تطوير النموذج الأولي.

يعكس المشروع تجربة عملية في دمج الحساسات والمتحكمات الدقيقة وواجهة الهاتف ضمن نظام واحد، بدءًا من قياس المسافة إلى سطح الماء دون تلامس، مرورًا بمعالجة القراءة على Arduino Nano، وصولًا إلى عرض نسبة المستوى على الشاشة والهاتف. وفي الاختبارات الموثقة عرض النظام 0% للخزان الفارغ، ونحو 58% عند مستوى قريب من المنتصف، و100% عند الامتلاء.

حقائق المشروع

العنصر	البيانات
نوع المشروع	نموذج أولي أكاديمي لنظام قياس مستوى الماء
المجال	الأنظمة المدمجة والمراقبة بالحساسات
حالة المشروع	نموذج أولي اختُبر في ثلاث حالات للخزان
دور تكنو إنجاز	دعم ومساعدة تقنية للطلاب أثناء تطوير المشروع
تقنيات أساسية	Arduino Nano، HC-SR04، LCD 16×2، HC-05 Bluetooth، Arduino IDE، MIT App Inventor
المخرجات	نسبة مئوية لمستوى الماء على شاشة LCD وعلى تطبيق الهاتف عبر Bluetooth

المشكلة التي يعالجها المشروع

يعتمد كثير من المنازل والمنشآت على تقديرات يدوية أو أدوات بسيطة لمعرفة كمية الماء في الخزانات، وهي طرق لا تقدم قراءة دقيقة أو محدثة. وقد يؤدي ذلك إلى نفاد الماء في الخزان دون انتباه وانقطاعه المفاجئ عن الاستخدام المنزلي، أو إلى تعطّل عمليات إنتاجية تعتمد على إمداد مائي مستقر في البيئات الصناعية، إضافة إلى هدر المياه بسبب غياب رؤية واضحة للاستهلاك.

يقترح المشروع حلًا بسيطًا يقيس المستوى دون تلامس مع الماء، ويعرضه في مكان الخزان وعلى الهاتف، بحيث يعرف المستخدم مستوى الماء دون فتح الخزان أو فحصه يدويًا.

أهداف المشروع

قياس المسافة بين سطح الماء والجهاز بحساس فوق صوتي، وتحويلها إلى مستوى ماء بمعادلات رياضية.
توفير عرض مرئي فوري عبر شاشة LCD متصلة بالنظام.
بناء تطبيق هاتف يتيح متابعة مستوى الماء دون الوصول المباشر إلى الخزان.
دمج الاتصال اللاسلكي عبر وحدة HC-05 لنقل البيانات دون أسلاك.
تقديم حل يمكن تكييفه للبيئات السكنية والصناعية.

دور مكتب تكنو إنجاز

تم تنفيذ المشروع بواسطة فريق من الطلاب ضمن سياق أكاديمي بمساعدة مكتب تكنو إنجاز. تمثّل مساهمة المكتب في مساندة مسار تطوير النموذج الأولي للمشروع، بينما تبقى الأعمال التفصيلية لكل طرف — مثل تصميم الدارة أو كتابة Firmware أو بناء تطبيق الهاتف — غير مفصّلة في المواد المتاحة، ولذلك لا تُنسب هذه المهام منفردة إلى المكتب داخل هذه الصفحة.

آلية عمل النظام

يُثبَّت مستشعر HC-SR04 أعلى الخزان ووجهه مواجه لسطح الماء.
يرسل Arduino Nano نبضة لا تقل عن 10 ميكروثانية إلى قطب Trigger، فيُصدر المستشعر موجات فوق صوتية نحو سطح الماء.
يُقاس زمن عودة الصدى عبر قطب Echo باستخدام الدالة pulseIn().
تُحسب المسافة بالمعادلة: المسافة = (الزمن × سرعة الصوت) ÷ 2، حيث تبلغ سرعة الصوت في الهواء نحو 343 م/ث عند حرارة الغرفة، ويُقسم الناتج على 2 لأن الموجة تقطع المسافة ذهابًا وإيابًا.
تحوّل خوارزمية برمجية على Arduino Nano المسافة إلى نسبة مئوية لمستوى الماء وفق الحدين الأدنى والأعلى لارتفاع الخزان.
تُعرض النسبة على شاشة LCD 16×2 التي تُحدَّث دوريًا بآخر قراءة.
تُرسل النسبة نفسها عبر وحدة HC-05 (واجهة UART) إلى تطبيق الهاتف الذي يعرضها للمستخدم.

النسخة الموثقة من المشروع تعتمد على Bluetooth للاتصال مع الهاتف، لذلك فإن المتابعة اللاسلكية تتم ضمن نطاق اتصال Bluetooth، وليست مراقبة عبر الإنترنت أو منصة سحابية.

مكونات النظام

المكوّن	الدور في النظام	مواصفات موثقة
Arduino Nano	استقبال قراءة المستشعر ومعالجتها وتحويلها إلى نسبة	جهد تشغيل 5V، دخل 7–12V، مذبذب 16 MHz، 14 قطبًا رقميًا و8 مداخل تناظرية
HC-SR04	قياس المسافة إلى سطح الماء بالموجات فوق الصوتية	جهد 5V، مجال قياس 2–400 سم، زاوية قياس فعالة 15 درجة، استهلاك نحو 15 mA أثناء العمل
LCD 16×2	عرض نسبة مستوى الماء محليًا	16 حرفًا في سطرين، شريحة تحكم HD44780، توصيل بالوضع 4 بت (D4–D7) مع مقاومة متغيرة لضبط التباين
HC-05 Bluetooth	نقل القراءة لاسلكيًا إلى الهاتف	جهد 3.3–5V، Bluetooth V2.0، اتصال تسلسلي UART عبر TX/RX
تطبيق MIT App Inventor	استقبال البيانات وعرضها على هاتف أندرويد	بيئة برمجة مرئية بالكتل (Designer وBlocks Editor)

وكُتب برنامج المتحكم باستخدام بيئة Arduino IDE، ووُصلت أقطاب الطاقة والأرضي والإشارة لكل عنصر وفق المخطط الكهربائي النهائي للدارة.

التحديات الفنية

أظهر تطوير النموذج عددًا من التحديات العملية التي ترتبط مباشرة بدمج الأنظمة الإلكترونية والبرمجية:

تكامل المكونات: احتاج ربط المستشعر وشاشة LCD ووحدة Bluetooth مع Arduino إلى تعديلات متكررة على التوصيلات والبرمجة لحل مشكلات نقل البيانات بين الأجزاء.
حساسية القياس للبيئة: أشار المشروع إلى أن الحرارة والرطوبة أثرتا بشكل طفيف على قراءة المستشعر فوق الصوتي، ما استدعى إضافة معادلات رياضية لتصحيح القراءات.
استقرار الاتصال اللاسلكي: ظهرت حالات انقطاع مؤقت في Bluetooth عند زيادة المسافة أو وجود تداخل، وعولجت بتحسين إعدادات الاتصال.
معالجة القراءة وتوقيتها: احتاج تحويل المسافة الخام إلى نسبة سهلة الفهم إلى ضبط الخوارزمية وحدود القياس، مع موازنة دقيقة بين سرعة الاستجابة ودقة النتيجة.

التجارب والنتائج

تم اختبار النموذج في ثلاث حالات رئيسية للخزان:

حالة الخزان	القراءة المعروضة
فارغ تمامًا	0%
ممتلئ إلى ما يقارب منتصف الارتفاع	نحو 58%
ممتلئ حتى الحد الأعلى المستخدم في التجربة	100%

الخزان الفارغ

عند اختبار الخزان وهو فارغ، عرض النظام قراءة 0%، ما يؤكد عمل نقطة الحد الأدنى في النموذج.

مستوى متوسط

عند ملء الخزان إلى مستوى وُصف في التقرير بأنه قريب من منتصف الارتفاع، عرض النظام قراءة تقارب 58%. توضح هذه التجربة أن النظام يحوّل المسافة المقاسة إلى قراءة نسبية بين نقطتي الفراغ والامتلاء. ولا تُستخدم هذه الحالة وحدها لاحتساب نسبة دقة، لأن المستوى المرجعي نفسه وُصف بأنه تقريبي.

الخزان الممتلئ

عند ملء الخزان حتى الحد الأعلى المستخدم في التجربة، عرض النظام قراءة 100%، ما يوضح عمل نقطة الحد الأعلى في النموذج.

ما الذي يثبته النموذج؟

توضح التجارب أن النموذج استطاع تنفيذ دورة القياس والعرض الأساسية عبر ثلاث حالات مختلفة للخزان، مع تكامل المستشعر والمتحكم والشاشة والاتصال بالهاتف. ولا تتضمن المواد المتاحة اختبار معايرة موسعًا أو نسبة خطأ موثقة على كامل مجال القياس، لذلك تُعرض النتائج هنا كاختبارات وظيفية للنموذج الأولي وليس كاعتماد قياسي لدقة القياس.

حدود النسخة الحالية

يعرض النظام نسبة مئوية لمستوى الماء، ولا يعرض حجم الماء باللتر في التطبيق الموثق.
الاتصال بالهاتف محلي عبر Bluetooth، دون مراقبة عبر الإنترنت.
لا توجد في النسخة الحالية تنبيهات عند انخفاض المستوى أو تقارير استهلاك؛ وهي مقترحة ضمن التطويرات.
الاختبار تم على خزان تجريبي واحد في ثلاث حالات، دون قياس منهجي لنسبة الخطأ.

فرص التطوير المستقبلية

بحسب التوصيات الواردة في المشروع، يمكن توسيع النموذج من خلال:

تحسين الدقة باستخدام عدة مستشعرات تعمل بالتوازي أو مستشعرات أكثر تطورًا للتعامل مع تأثير الحرارة والرطوبة.
تطوير خوارزميات معالجة تقلل أخطاء التأخير والتداخل، واستخدام الذكاء الاصطناعي لتحليل البيانات وتوقع استهلاك المياه.
إضافة معلومات وتنبيهات على شاشة LCD عند انخفاض المستوى إلى حد معين.
إضافة تقارير أسبوعية أو شهرية وإشعارات فورية في التطبيق عند حدوث تسرب أو انقطاع الاتصال.
استبدال Bluetooth بتقنية اتصال أبعد مدى وأكثر استقرارًا مثل Wi-Fi أو Zigbee.
إعدادات قابلة للتخصيص تناسب أنواعًا وأحجامًا مختلفة من الخزانات، وتحسين مقاومة النظام للغبار والرطوبة.
دمج النظام مع تقنيات إنترنت الأشياء ضمن منزل ذكي أو أنظمة إدارة مياه أوسع.

تبقى هذه العناصر تطويرات مستقبلية وليست جزءًا من النسخة الموثقة الحالية.

وللصورة الأوسع عن تحوّل نموذج كهذا إلى نظام متصل، اقرأ مقالنا ما هو إنترنت الأشياء (IoT)؟ البنية والبروتوكولات والتطبيقات والأمان.

هل تخطط لنظام مشابه؟

إذا كنت تعمل على نظام قياس ومراقبة بمستشعرات وإلكترونيات وتحتاج إلى مساعدة تقنية في تطوير الفكرة أو بناء نموذج أولي، يمكن التواصل مع مكتب تكنو إنجاز لمناقشة متطلبات المشروع ونطاق الدعم المناسب.

الوسوم والكلمات المفتاحية:

#أنظمة مدمجة#إنترنت الأشياء#Arduino#حساسات

الأسئلة الشائعة حول المشروع

كيف يقيس النظام مستوى الماء داخل الخزان؟

يرسل مستشعر HC-SR04 المثبت أعلى الخزان موجات فوق صوتية نحو سطح الماء ويقيس زمن عودة الصدى، ثم تُحسب المسافة بضرب الزمن في سرعة الصوت (نحو 343 م/ث) وقسمة الناتج على 2. يحول Arduino Nano هذه المسافة إلى نسبة مئوية لمستوى الماء وفق الحدين الأدنى والأعلى لارتفاع الخزان، ثم تُعرض على شاشة LCD وتُرسل إلى الهاتف.

ما المكونات المستخدمة في نظام قياس مستوى الماء؟

يتكون النظام من لوحة Arduino Nano للمعالجة، ومستشعر HC-SR04 بمجال قياس 2–400 سم، وشاشة LCD 16×2 للعرض المحلي، ووحدة HC-05 Bluetooth لنقل البيانات. وبُني تطبيق الهاتف باستخدام MIT App Inventor، وكُتب برنامج المتحكم في Arduino IDE.

هل يمكن متابعة مستوى الماء عبر الإنترنت؟

لا، فالنسخة الموثقة تعتمد على Bluetooth عبر وحدة HC-05 لإرسال القراءة إلى تطبيق هاتف بُني باستخدام MIT App Inventor. لذلك تتم المتابعة ضمن نطاق اتصال Bluetooth فقط. ويُطرح استبدال Bluetooth بتقنية مثل Wi-Fi أو Zigbee كتطوير مستقبلي وليس جزءًا من النسخة الحالية.

ما نتائج اختبار نظام قياس مستوى الماء؟

اختُبر النموذج في ثلاث حالات: عرض 0% عند الخزان الفارغ، وقراءة تقارب 58% عند مستوى قريب من المنتصف، و100% عند الامتلاء. وهذه اختبارات وظيفية للنموذج الأولي، إذ لا تتضمن المواد اختبار معايرة موسعًا أو نسبة خطأ موثقة على كامل مجال القياس.

ما التحديات التي ظهرت أثناء تطوير النموذج؟

احتاج ربط المستشعر وشاشة LCD ووحدة Bluetooth مع Arduino إلى تعديلات متكررة في التوصيلات والبرمجة. كما أثرت الحرارة والرطوبة بشكل طفيف على قراءة المستشعر فاستُخدمت معادلات تصحيح، وظهرت انقطاعات مؤقتة في Bluetooth عند زيادة المسافة أو وجود تداخل. أنجز فريق من الطلاب المشروع بمساعدة مكتب تكنو إنجاز.

هل لديك فكرة أو متطلب هندسي مشابه؟

تواصل مع فريق تكنو إنجاز لمناقشة قابلية التنفيذ العملي، اختيار القطع، وتطوير النموذج الأولي.

تواصل مع المكتب