https://virgool.io/feed/@mhmalekalaei fa 2026-06-18 12:25:42 https://files.virgool.io/upload/users/472578/avatar/avatar.png?height=120&width=120 https://virgool.io/@mhmalekalaei https://virgool.io/@mhmalekalaei/cnc-processor-d6ct1g3xks8z کنترل عددی کامپیوتری (CNC) چیست؟کنترل عددی کامپیوتری (CNC) روشی برای کنترل خودکار ماشین ابزار از طریق استفاده از نرم افزار تعبیه شده در میکرو کامپیوتر متصل به ابزار است. معمولاً در تولید برای ماشینکاری قطعات فلزی و پلاستیکی استفاده می شود.با CNC، هر شی که باید تولید شود، یک برنامه کامپیوتری سفارشی دریافت می‌کند که معمولاً به زبان استاندارد بین‌المللی به نام G-codeنوشته می‌شود، که در واحد کنترل ماشین (MCU)، یک میکرو کامپیوتر متصل به ماشین، ذخیره و اجرا می‌شود. این برنامه حاوی دستورالعمل ها و پارامترهایی است که ماشین ابزار دنبال خواهد کرد، مانند نرخ تغذیه مواد و موقعیت و سرعت اجزای ابزار.آسیاب، ماشین تراش، مسیریاب و لیزر ابزارهای رایجی هستند که عملیات آنها را می توان با CNC خودکار کرد. همچنین می توان از آن برای کنترل ابزارهای غیر ماشینی مانند جوشکاری، مونتاژ الکترونیکی و دستگاه های سیم پیچ فیلامنت استفاده کرد.فرآیند CNC، مخفف ” کنترل عددی کامپیوتر” ، برخلاف محدودیت های کنترل دستی عمل می کند (درنتیجه این کنترل جایگزین کنترل دستی می شود) ، که در آن به اپراتورهای زنده نیاز است تا دستورات ابزارهای ماشین کاری را با استفاده از اهرم ها، دکمه ها و چرخ ها انجام داده و راهنمایی کنند. برای یک ناظر، یک سیستم CNC ممکن است یک مجموعه عادی از اجزای کامپیوتر به نظر برسد، اما برنامه های نرم افزاری و کنسول های به کاربرده شده در ماشین کاری CNC آن را از شکل های دیگر محاسبات کامپیوتری متمایز می کند.ماشین های CNC چه زمانی کاربرد پیدا کردند ؟اگر چه ماشین های CNC فناوری جدیدی در دنیا نیست، ولی از ورود و ظهور چشمگیر آن به صنعت چوب ایران – زمان زیادی نمی گذرد.نیاز صنایع نظامی به ابزارهای دقیق، باعث به وجود آمدن نسل اول ماشین های کنترل عددی پس از جنگ دوم جهانی بوده است. تا پیش از سال ۱۹۴۹ ماشین ها به وسیله کارت های سوراخ دار کنترل می شدند، اما در این سال (۱۹۶۹) شرکت پارسونز» قراردادی برای ساخت اولین دستگاه کنترل عددی با نیروی هوایی آمریکا منعقد کرد.در سال ۱۹۵۱ میلادی این قرارداد به دانشگاه MIT واگذار گردیده و در سال ۱۹۵۲ اولین ماشین کنترل عددی سه محوره ساخته شد. ماشین های کنترل عددی روز به روز پیشرفته تر شدند و با ورود سیستم های PC و ریز پردازنده ها به صنعت، در کنترل این ماشین ها نیز تحولی ایجاد شد. امروزه استفاده از کامپیوتر در واحد کنترل ماشین های CNC، باعث افزایش سرعت و دقت بیشتر ماشین ها شده است و این روند تکاملی همچنان ادامه دارد.خصوصیات ماشین های CNC چیست ؟در این نوع ماشین ها، مراحل کار در یک برنامه ذخیره می گردد و واحد کنترل ماشین ابتدا کل برنامه و دستورات آن را مرور می کند و با نرم افزارهای خاصی، صحت و سقم آن را طی یک عملیات شبیه سازی بررسی کرده و در صورت نیاز پیام هایی را قبل از انجام و جرای برنامه برای اصلاح دستورات صادر می کند.پس از تصحیح خطاها از قبیل برخورد ابزار، ماشین CNC برنامه را می خواند و پس از چک کردن، آن را اجرا می کند. بر خلاف ماشین های NC که تعویض یا ارتقای تولید وابسته به تعویض اجزای سخت افزاری و امکانات جدید است، در CNCها به راحتی می توان با کمک نرم افزارهای مربوطه، تولید را ارتقا داد و یا تغییراتی را در روند و روش تولید ایجاد کرد.سیستم مختصات در ماشین های CNC چگونه است ؟ماشین های CNC دارای سه محور اصلی X (طول ماشين)، Y عرض ماشین و Z ( قابلیت بالا و پائین رفتن هد) است. ماشین های CNC با توجه به کاربردشان، مخصوصا برای کاربرد در صنعت چوب ماسیو ممکن است دارای محور چهارمی نیز باشند. محور چهارم که به محور C معروف است، چرخش ابزار حول محور Z را امکان پذیر می سازد و باعث زاویه دار شدن تیغه از حالت عمودی (راستای محور y) به افقی (راستای محور X) می شود. همچنین ابزار در حالت زاویه دار بودن هم قابلیت چرخش به دور خود را دارا است که به آن قابلیت یونیورسال ابزار می گویند .در این ماشین ها دو نوع محور وجود دارد که عبارتند از:محورهای متعامد؛ همان محورهای کارتزین X-Y-Z هستند که طبق قانون دست راست، تعیین می شوند. محورهای X و Y مختصات سطح میز را مشخص می کند و محور Z عمود بر سطح میز قرار دارد و عمق نفوذ ابزار درون قطعه کار را مشخص می کند.محورهای چرخشی؛ با حروف A-B-C نمایش داده می شوند و متناسب با ساختمان و نوع طراحی ماشین به میز ماشین و یا به ابزارهای ماشین نسبت داده می شوددر ماشین هایی که محور چرخشی C دارند، قابلیت برش های مورب صفحات مرکب نیز وجود دارد و با چرخش تیغه حول محور Z امکان چنین برش هایی میسر می شود. ابزارهای یونیورسال قابلیت چرخش در همه جهات را دارند و بیشتر برای طرح های برجسته مورد استفاده قرار می گیرند. انجام این حرکت، توسط ماشین به اتوماسیون و کنترل دقیق موقعیت ابزار نیاز دارد، که توسط پردازشگر ماشین انجام می شود.به طور کلی به سه طریق می توان ابزار را بر روی مصنوعات چوبی،  برای عملیات ماشین کاری کنترل کرد، که عبارتند از:کنترل نقطه به نقطه و کنترل مستقیم و کنترل پیوسته در کنترل نقطه به نقطه، عملیات فقط در نقاط تعریف شده انجام می شود و ابزار، در مسیر بین دو نقطه، کاری بر روی قطعه کار انجام نمی دهد. مانند عملیات سوراخ کاری که فقط نقاط تعریف شده تحت عمل ماشین کاری قرار می گیرد و در فاصله بین دو نقطه هیچ عملی انجام نمی شود.در کنترل مستقیم، ابزار موازی با محورهای متعامد حرکت می کنند و طول مسیر نیز برای ماشین کاری تعریف شده است. از این کنترل برای فرزکاری و برش پانل استفاده می شود، زیرا علاوه بر نقاط ابتدا و انتها، در طول مسیر نیز عملیات ماشین کاری بر روی قطعه کار انجام می شود. در کنترل پیوسته، ابزار در دو یا چند محور به طور همزمان حرکت می کند و می تواند سطوح شیب دار و منحنی را نیز ماشین کاری کند. مانند عملیات لبه چسبانی به صورت قوس که در ضخامت صفحات منحنی کنترل هد دستگاه به صورت همزمان در دو محور X و Y  انجام می شود هر چه تعداد محورهای ماشین بیشتر باشد، قدرت مانور و سرعت انجام کار بیشتر شده و ماشین قادر است کارهای پیچیده تری را انجام دهد.ـCNC چگونه کار می کند؟در اوایل فرآیند، مهندسان یک طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) از قطعه ای که قرار است ساخته شود ایجاد می کنند، سپس نقشه را به G-codeترجمه می کنند. این برنامه بر روی MCU بارگذاری می شود و یک اپراتور انسانی یک آزمایش را بدون مواد اولیه در محل انجام می دهد تا از موقعیت و عملکرد مناسب اطمینان حاصل کند. این مرحله مهم است زیرا سرعت یا موقعیت نادرست می تواند به دستگاه و قطعه آسیب برساند.در نظر گرفته می‌شود که CNC دقت، پیچیدگی و تکرارپذیری بیشتری نسبت به ماشین‌کاری دستی فراهم می‌کند. مزایای دیگر عبارتند از دقت، سرعت و انعطاف پذیری بیشتر، و همچنین قابلیت هایی مانند ماشین کاری کانتور، که امکان فرز کردن اشکال منحنی، از جمله آنهایی که در طرح های سه بعدی تولید می شوند، می باشد.از سوی دیگر، CNC می‌تواند گران‌تر باشد، نیاز به نگهداری بیشتری نسبت به سایر روش‌های تولید داشته باشد و شرکت‌ها را مجبور به استخدام یک برنامه‌نویس CNCماهر کند. برخی از سیستم های CNC با CADو نرم افزار تولید به کمک کامپیوتر (CAM) یکپارچه شده اند که می تواند روند برنامه نویسی MCUرا سرعت بخشد. یکپارچه‌سازی با نرم‌افزار ERPو برنامه‌های کاربردی مرتبط، مانند نرم‌افزار مدیریت دارایی سازمانی، می‌تواند فرآیندهای هوش عملیاتی را تسهیل کند و به بهبود عملکرد و نگهداری کارخانه کمک کند. طراحی به کمک رایانه (CAD):استفاده از رایانه ها (یا ایستگاه های کاری) برای کمک به ایجاد، اصلاح، تجزیه و تحلیل یا بهینه سازی یک طرح است. این نرم افزار برای افزایش بهره وری طراح، بهبود کیفیت طراحی، بهبود ارتباطات از طریق مستندسازی و ایجاد پایگاه داده برای تولید. طرح های ساخته شده از طریق نرم افزار CADدر حفاظت از محصولات و اختراعات هنگام استفاده در برنامه های ثبت اختراع مفید هستند. خروجی CAD اغلب به شکل فایل های الکترونیکی برای چاپ، ماشینکاری یا سایر عملیات های تولیدی است. اصطلاح CADD(برای طراحی به کمک کامپیوتر) نیز استفاده می شود.استفاده از آن در طراحی سیستم های الکترونیکی به عنوان اتوماسیون طراحی الکترونیکی (EDA) شناخته می شود. در طراحی مکانیکی به عنوان اتوماسیون طراحی مکانیکی (MDA) یا طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) شناخته می شود که شامل فرآیند ایجاد یک نقشه فنی با استفاده از نرم افزار کامپیوتری است.نرم افزار CAD برای طراحی مکانیکی از گرافیک های مبتنی بر برداری برای به تصویر کشیدن اشیاء پیش نویس سنتی استفاده می کند، یا همچنین ممکن است گرافیک شطرنجی تولید کند که ظاهر کلی اشیاء طراحی شده را نشان می دهد. با این حال، فراتر از شکل‌ها را شامل می‌شود. همانطور که در پیش نویس دستی نقشه های فنی و مهندسی، خروجی CADباید اطلاعاتی مانند مواد، فرآیندها، ابعاد و تلرانس ها را طبق قراردادهای خاص برنامه انتقال دهد.ـCAD ممکن است برای طراحی منحنی ها و اشکال در فضای دو بعدی (2 بعدی) استفاده شود. یا منحنی ها، سطوح و جامدات در فضای سه بعدی .ـCAD یک هنر صنعتی مهم است که به طور گسترده در بسیاری از کاربردها از جمله خودروسازی، کشتی سازی و صنایع هوافضا، طراحی صنعتی و معماری، پروتز و بسیاری موارد دیگر استفاده می شود. CAD همچنین به طور گسترده ای برای تولید انیمیشن های رایانه ای برای جلوه های ویژه در فیلم ها، تبلیغات و دستورالعمل های فنی استفاده می شود که اغلب به نام ایجاد محتوای دیجیتال DCC نامیده می شود. همه جا و قدرت مدرن رایانه ها به این معنی است که حتی بطری های عطر و دستگاه های پخش شامپو نیز با استفاده از تکنیک هایی طراحی شده اند که مهندسان دهه 1960 آن را نشنیده بودند. به دلیل اهمیت اقتصادی بسیار زیاد، CAD یک نیروی محرکه اصلی برای تحقیقات در هندسه محاسباتی، گرافیک کامپیوتری (هم سخت افزار و هم نرم افزار) و هندسه دیفرانسیل گسسته بوده است.طراحی مدل‌های هندسی برای اشکال اجسام، به ویژه، گاهی اوقات طراحی هندسی به کمک رایانه (CAGD) نامیده می‌شود.برنامه ریزی منابع سازمانی (ERP):مدیریت یکپارچه فرآیندهای اصلی کسب و کار، اغلب در زمان واقعی و با واسطه نرم افزار و فناوری است. ERPمعمولاً به عنوان دسته‌ای از نرم‌افزارهای مدیریت کسب‌وکار ( معمولاً مجموعه‌ای از برنامه‌های کاربردی یکپارچه ) گفته می‌شود که یک سازمان می‌تواند برای جمع‌آوری، ذخیره، مدیریت و تفسیر داده‌های بسیاری از فعالیت‌های تجاری از آن استفاده کند. سیستم های ERP می توانند مبتنی بر محلی یا مبتنی بر ابر باشند. برنامه های کاربردی مبتنی بر ابر در سال های اخیر به دلیل دسترسی آسان به اطلاعات از هر مکانی با دسترسی به اینترنت، رشد کرده اند.ـERP با استفاده از پایگاه داده های رایج که توسط یک سیستم مدیریت پایگاه داده نگهداری می شود، یک نمای یکپارچه و به روز شده مداوم از فرآیندهای تجاری اصلی را ارائه می دهد. سیستم‌های ERPمنابع کسب‌وکار (پول نقد، مواد خام، ظرفیت تولید) و وضعیت تعهدات تجاری: سفارش‌ها، سفارش‌های خرید و حقوق و دستمزد را دنبال می‌کنند. برنامه‌هایی که سیستم را تشکیل می‌دهند، داده‌ها را در بخش‌های مختلف (تولید، خرید، فروش، حسابداری و غیره) به اشتراک می‌گذارند که داده‌ها را فراهم می‌کنند.نرم افزار سیستم Enterprise یک صنعت چند میلیارد دلاری است که اجزایی را تولید می کند که از انواع عملکردهای تجاری پشتیبانی می کند. اگرچه سیستم های ERPاولیه بر شرکت های بزرگ متمرکز بودند، شرکت های کوچکتر به طور فزاینده ای از سیستم های ERP استفاده می کنند.سیستم ERP سیستم های سازمانی متنوعی را یکپارچه می کند و معاملات و تولید بدون خطا را تسهیل می کند و در نتیجه کارایی سازمان را افزایش می دهد. با این حال، توسعه یک سیستم ERPبا توسعه سیستم سنتی متفاوت است. سیستم‌های ERPبر روی انواع سخت‌افزار رایانه و پیکربندی‌های شبکه اجرا می‌شوند که معمولاً از پایگاه داده به عنوان مخزن اطلاعات استفاده می‌کنند.مدیریت دارایی سازمانی (EAM):شامل مدیریت نگهداری دارایی های فیزیکی یک سازمان در طول چرخه عمر هر دارایی است. EAMبرای برنامه ریزی، بهینه سازی، اجرا و پیگیری فعالیت های تعمیر و نگهداری مورد نیاز با اولویت ها، مهارت ها، مواد، ابزارها و اطلاعات مرتبط استفاده می شود. این شامل طراحی، ساخت، راه اندازی، عملیات، نگهداری و از کار انداختن یا جایگزینی کارخانه، تجهیزات و تأسیسات می شود."تشکیلات" به گستره دارایی‌های یک شرکت در بخش‌ها، مکان‌ها، امکانات و به طور بالقوه پشتیبانی از عملکردهای تجاری اشاره دارد. در حال حاضر دارایی های مختلف توسط شرکت های مدرن مدیریت می شود. دارایی ها ممکن است دارایی های ثابت مانند ساختمان ها، کارخانه ها، ماشین آلات یا دارایی های متحرک مانند وسایل نقلیه، کشتی ها، تجهیزات متحرک و غیره باشند.دقت عددی و عکس العمل تجهیزات:در سیستم‌های عددی برنامه‌نویسی CNC، این امکان برای مولد کد وجود دارد که مکانیسم کنترل‌شده همیشه کاملاً دقیق است، یا اینکه تلورانس‌های دقیق برای همه جهت‌های برش یا حرکت یکسان هستند. این همیشه شرایط واقعی ابزارهای CNC نیست. ابزارهای CNCبا مقدار زیاد واکنش مکانیکی هنوز می توانند بسیار دقیق باشند اگر مکانیزم درایو یا برش فقط به گونه ای هدایت شود که نیروی برشی از یک جهت اعمال شود و همه سیستم های محرک در آن جهت برش محکم به هم فشار داده شوند. با این حال، یک دستگاه CNCبا واکنش برگشتی بالا و یک ابزار برش کسل کننده می تواند منجر به پچ پچ کاتر و احتمال خراب شدن قطعه کار شود. واکنش معکوس همچنین بر دقت برخی از عملیات مربوط به تغییر حرکت محور در حین برش تأثیر می گذارد، مانند آسیاب یک دایره، که در آن حرکت محور سینوسی است. با این حال، اگر میزان عکس العمل به طور دقیق توسط رمزگذارهای خطی یا اندازه گیری دستی شناخته شود، می تواند جبران شود.به خودی خود مکانیزم واکنش بالا لزوماً برای دقت مکرر برای فرآیند برش متکی نیست، اما ممکن است از شی مرجع یا سطح دقیق دیگری برای صفر کردن مکانیسم استفاده شود، با اعمال فشار محکم بر روی مرجع و تنظیم آن به عنوان مرجع صفر برای مکانیسم. تمام حرکات کدگذاری شده با CNC زیر این شبیه به روش ماشین ابزار دستی برای بستن یک میکرومتر بر روی یک تیر مرجع و تنظیم صفحه ورنیه روی صفر با استفاده از آن شی به عنوان مرجع است.برنامه نویسی دستگاه CNC :برای استفاده از cnc، نیاز است که دستوراتی را مطابق با نظم معینی، به صورت پیوسته و مرحله ای به دستگاه داده تا اجرا نماید.این دستورات، نیاز به برنامه نویسی دستگاه CNC دارد.به عنوان مثال:در صورتی که قرار است از این دستگاه برای برش ابزار فلزی خاصی مطابق با شکل مشخصی استفاده نمایید،می بایست با به کارگیری از دستورات متغیری که به دستگاه cnc می دهید، به صورت منظم و گام به گام، از دستگاه انتظار اجرای برنامه ها را داشته باشید.از همین رو تکنیسین دستگاه، با استفاده از برنامه نویسی که به دستگاه داده شده است، از دستگاه می خواهد که پروسه برش ها را چگونه به ترتیب اجرا کرده و برش ها به چه صورتی باشد. زبان برنامه نویسی دستگاه CNC به جهت آن که با نرم افزارهای طراحی مانند اتوکد و 3Dmax سازگاری و همخوانی دارد، مورد توجه قرار گرفته است.اپراتور دستگاه می تواند با استفاده از این نرم افزارها، طرح خود را تهیه کرده و از طریق دستگاه CNC آن را به اجرا درآورد.می توان گفت که کار با دستگاه CNC، کارساده ای نخواهد بود، در حالی که می توان با آموختن اصول کار با این دستگاه، در خصوص قسمت های فنی و برنامه نویسی آن مهارت های لازم را کسب نمود و به درستی فرآیند اجرایی آن را کنترل و نظارت نمود.ـcoding:ـG-codes:کدهای G برای فرمان دادن به حرکات خاص دستگاه مانند حرکت ماشین یا عملکردهای حفاری استفاده می شود. اکثر برنامه‌های G-Code با نماد درصد (%) در خط اول شروع می‌شوند، سپس یک "O" با نام عددی برای برنامه (یعنی "O0001") در خط دوم و سپس یک درصد دیگر (٪) دنبال می‌شود. علامت ) در خط آخر برنامه. فرمت یک کد Gحرف G است که با دو تا سه رقم دنبال می شود. به عنوان مثال G01. کدهای Gکمی بین کاربرد آسیاب و تراش متفاوت است، به عنوان مثال:[G00 Rapid Motion Positioning][G01 Linear Interpolation Motion][G02 Circular Interpolation Motion-Clockwise][G03 Circular Interpolation Motion-Counter Clockwise][G04 Dwell (Group 00) Mill][G10 Set offsets (Group 00) Mill][G12 Circular Pocketing-Clockwise][G13 Circular Pocketing-Counter Clockwise]ـM-codes:کدهای M دستورات ماشینی متفرقه ای هستند که به حرکت محور فرمان می دهند. فرمت یک کد Mحرف M است که با دو تا سه رقم همراه است. مثلا:[M02 End of Program][M03 Start Spindle - Clockwise][M04 Start Spindle - Counter Clockwise][M05 Stop Spindle][M06 Tool Change][M07 Coolant on mist coolant][M08 Flood coolant on][M09 Coolant off][M10 Chuck open][M11 Chuck close][M13 BOTH M03&M08 Spindle clockwise rotation & flood coolant][M14 BOTH M04&M08 Spindle counter clockwise rotation & flood coolant][M16 Special tool call][M19 Spindle orientate][M29 DNC mode ][M30 Program reset & rewind][M38 Door open][M39 Door close][M40 Spindle gear at middle][M41 Low gear select][M42 High gear select][M53 Retract Spindle] (raises tool spindle above current position to allow operator to do whatever they would need to do)[M68 Hydraulic chuck close][M69 Hydraulic chuck open][M78 Tailstock advancing][M79 Tailstock reversing]سخن نهاییامروزه شاهد توسعه‌ی دستگاه CNC در صنعت هستیم. درواقع دستگاه CNC مانند یک ربات عمل کرده و دستورالعمل‌هایی که شما به آن می‌دهید را اجرا می‌کند. کاربرد این دستگاه بسیار گسترده است و برای انجام عملیات مختلف مانند برش، تراش، حک و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.راهنمااستاد داود یعقوبی تبارمنابعchapkhone - searcherp - wikipedia - cnccookbook - camplete محمد حسین ملک علایی محمد حسین ملک علایی Mon, 27 Dec 2021 19:13:59 +0330 https://virgool.io/@mhmalekalaei/%D8%B3%D9%84%D8%A7%D9%85-gvqqegwe6bzg مقدمهجی‌پی‌اس یا سیستم موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning Systems)، یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره‌ای است که از شبکه‌ای با حداقل ۲۴ ماهواره تشکیل شده است. این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده‌اند. جی‌پی‌اس در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ۱۹۸۰ استفاده عمومی آن آزاد و آغاز شد.قطب نماهایی که با نیروی مغناطیسی زمین جهت یابی می‌‌کنند، به تدریج جای خود را به گیرنده‌های جی‌پی‌اس خواهند داد؛ جی‌پی‌اس، سامانه‌ای است که به کمک گروهی از ماهواره‌ها جهت یابی می‌‌کند. ماهواره‌هایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین در گردشند؛ این ماهواره‌ها با ایستگاه‌های ویژه‌ای بر روی زمین در تماس اند و همواره موقعیت آن‌ها در فضا مشخص است. دستگاه گیرنده جی‌پی‌اس شما، با ارتباط با تعدادی از این ماهواره ها، فاصله شمارا تا آن‌ها تعین می‌‌کند و سپس موقعیت دقیق شما روی زمین بدست می‌‌آید.در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنال‌های رادیویی با فرکانس بالا و به طور پیوسته است که زمان و مکان ماهواره را نسبت به زمین مشخص می‌‌کند و یک گیرنده جی‌پی‌اس روی زمین، با گرفتن این اطلاعات از سه ماهواره یا بیشتر، آن‌ها را پردازش می‌‌کند و موقعیت کاربر را در هر نقطه زمین، در هر ساعتی از شبانه روز و در هر وضعیت آب و هوایی به او نشان می‌‌دهد.با چندین اندازه گیری متعدد، گیرنده به محاسبه سرعت، مدت زمان سفر، فاصله شما تا مقصد، مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا)، زمان طلوع و غروب خورشید و ماه (در تقویم نجومی)، تعداد ماهواره ها، زمان محلی و ... می‌‌پردازد و آن را در اختیار کاربر قرار می‌‌دهد. به طور میانگین، هشت ماهواره از 24 ماهواره، در اطراف هر نقطه از کره خاکی که باشید در آسمان گشت می‌‌زنند.هرچه گیرنده شما به ماهواره‌های بیشتری وصل شود، اطلاعات دقیق تری را برای شما محاسبه می‌‌کند. جی‌پی‌اس، در ابتدا تنها استفاده نظامی داشته است، ولی از سال 1980 به بعد تصمیم گرفته شد تا از آن در فعالیت‌های غیر نظامی هم استفاده شود ؛ تا جایی که امروزه حتی در ماهی گیری و شکار هم مورد استفاده قرار می‌‌گیرد. این ماهواره‌ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار زمین قرار داده شده‌اند.علاوه بر جی‌پی‌اس، دو سیستم کمابیش مشابه دیگر نیز وجود دارد: سیستم گلوناس که دولت شوروی ساخته و اکنون به‌دست کشور روسیه اداره می‌شود و سیستم گالیله که کشورهای اروپائی آن را برای وابسته نبودن به سیستم آمریکائی جی‌پی‌اس ساخته اند.ماهواره‌های جی پی اس۲۴ عدد ماهواره جی‌پی‌اس در مدارهایی بفاصله ۲۴۰۰۰ هزار مایل از سطح دریا گردش می‌کنند. هر ماهواره دقیقاً طی ۱۲ ساعت یک دور کامل بدور زمین می‌‌گردد. سرعت هریک ۷۰۰۰ مایل بر ساعت است. این ماهواره‌ها نیروی خود را از خورشید تأمین می‌کنند. همچنین باتری‌هایی نیز برای زمانهای خورشید گرفتگی و یا مواقعی که در سایه زمین حرکت می‌کنند به‌همراه دارند. راکتهای کوچکی نیز ماهواره‌ها را در مسیر صحیح نگاه می‌دارد. به این ماهواره‌ها NAVSTAR نیز گفته می‌شود.در اینجا به برخی مشخصه‌های جالب این سیستم اشاره می‌‌کنیم:* اولین ماهواره جی‌پی‌اس در سال ۱۹۷۸ یعنی حدود 42 سال پیش در مدار زمین قرار گرفت.* در سال ۱۹۹۴ شبکه ۲۴ عددی NAVSTAR تکمیل گردید.* عمر هر ماهواره حدود ۱۰ سال است که پس از آن جایگزین می‌گردد.* هر ماهواره حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طول باتری‌های خورشیدی آن ۵.۵ متر است.* انرژی مصرفی هر ماهواره، کمتر از ۵۰ وات است.جی‌پی‌اس چگونه کار می‌کند؟ماهواره‌های این سیستم، در مدارهای دقیق هر روز ۲ بار به ‌دور زمین می‌‌گردند و اطلاعاتی را به زمین مخابره می‌کنند. گیرنده‌های جی‌پی‌اس این اطلاعات را دریافت کرده و با انجام محاسبات هندسی، محل دقیق گیرنده را نسبت به زمین محاسبه می‌کنند. در واقع گیرنده زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت آن مقایسه می‌‌کند. از اختلاف این دو زمان، فاصله گیرنده از ماهواره تعیین می‌‌گردد. این عمل را با داده‌های دریافتی از چند ماهواره دیگر تکرار می‌کند و بدین ترتیب محل دقیق گیرنده را با تقریب ناچیز معین می‌‌کند.گیرنده به دریافت اطلاعات هم‌زمان از حداقل ۳ ماهواره برای محاسبه ۲ بعدی و یافتن طول و عرض جغرافیایی، و همچنین دریافت اطلاعات حداقل ۴ ماهواره برای یافتن مختصات سه بعدی نیازمند است. با ادامه دریافت اطلاعات از ماهواره‌ها گیرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسیرپیموده شده، فواصل طی شده، فاصله باقی مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشید و بسیاری اطلاعات مفید دیگر، می‌نماید.امواج ماهواره ها متشکل ازامواج حامل باند L مدوله شده با یک کداستاندار کد C/A و یک کد دقیق کد P و یک کد دریانوردی ومختصات ماهواره به صورت توابع زمانی می باشد که در بر آن گیرنده های شخصی تفاوتهای زمانی بین وردوی کدهای C/A را اندازه گیری میکنند اگردراثر دخالت کنترل زمینی در انطباق زمانی خطایی بوجود نیاید گیرنده های شخصی از دقتی حدود 15 متر برخوردار خواهند شد.گیرنده های شخصی میزان خطا را تشخیص نمی دهند. بلکه بطورتصادفی بین 15تا 100 متر دقت تغییر می یابد .البته دخالت عمدی برروی گیرنده های نظامی اثر نمی گذارد .منبع خطای دیگر وجود که برروی فرکانس سیگنال گیرنده های شخصی اثرمی گذارد که دخالت یونسفر نامیده می شود .زمانی که یک سیگنال رادیویی ازبین الکترونها ی آزاد یونسفر عبورمی کند تاخیر اندکی بوجود می آید برحسب مدت زمانی تاخیر که بوسیله الکترون های آزاد بوجود می آید ماهواره‌های GPS کد P را روی دو موج رادیویی با فرکانس های مختلف ارسال می کند که L1,L2 نامیده می شود .یک سیگنال به هنگام عبور از یونسفر بیشتر از دیگری به تاخیر می افتد.روش تعیین موقعیت توسط GPSاگر فاصله ما از ماهواره 1 در حدود 10 کیلومتر باشد بنابراین مکان ما در فضا بر محیط دایره به مرکزیت ماهواره و شعاع 10 کیلومتر منطبق می باشد حال فرض می کنیم فاصله ما از ماهواره 2 درحدود 11 کیلومتر باشد در این حالت نیز مکان ما در فضا بر روی محیط کره ای به مرکز ماهواره 2 و شعاع 11 کیلومتر واقع است فصل مشترک این دو کره می تواند یک دایره باشد که مکان ما بطور قطع بر روی محیط این دایره قرار دارد .حال اگر ماهواره سوم را نیز درنظربگیریم که فاصله اش با ما 12 کیلومترباشد در این صورت فصل مشترک کره مربوط به ماهواره 3 با فصل مشترک کره های ماهواره ای 1و 2 حداکثر دو نقطه می باشد که قطعاً یکی از این دو تعیین مکان واقعی ما خواهد بود. اما بطور قطعی یکی از این دو نقطه نامعقول می باشد .از نظر تئوری با استفاده از 3 ماهواره می توانیم مکان خود را به دست آوریم ولی به دلیل فنی اگر چنانچه ماهواره چهارم را همانند ماهواره های 1و 2 انتخاب کنیم بطور قطع فصل مشترک این چهار کره یک نقطه خواهد بود و این نقطه مختصات مکانی ما را نشان می دهد.روش محاسبه مسافت از ماهوارهدر سیستم موقعیت یاب جهانی GPS قدم اساسی دانستن میزان مسافت از ماهواره است بنابراین استفاده از تکنیک های پیشرفته به منظور محاسبه مسافت امری اجتناب ناپذیر است ایده اصلی این موضوع بر اساس همان معادله سرعت نور در مدت زمان تاخیر استوار است سیستم GPS بدین صورت کارمی کند که گیرنده کاربر مدت زمانی را که طول میکشد تا امواج رادیویی ازماهواره به او برسد را اندازه گیری می کند.همانطور که می دانید امواج رادیویی با سرعت نور حرکت می کند و بدین ترتیب با حاصل ضرب اندازه گیری شده در سرعت نور مسافت خود را تا ماهواره بدست می‌آورد و این کار حداقل بایستی برای 3 ماهواره مشخص، صورت گیرد بنابراین باید برای اندازه گیری زمان رسیدن به سیگنال از ساعتهای خیلی کوتاه باشند زیرا امواج با داشتن سرعت نور خیلی سریع حرکت می کنند.چرا جی پی اس ها دچار خطا می شوند؟سیستم NAVSTAR دارای دقت بسیار بالایی است و به گونه ای طراحی شده تا دقیق ترین اطلاعات را در اختیار شما بگذارد. اما هماطنور که گفته شد هدف از اختراع جی پی اس کاربرد های نظامی بود، به همین دلیل راه هایی برای از کار انداختن آن نیز به وجود آمد. در ادامه به برخی از مهم ترین عوامل تاثیر گذار در خطای جی پی اس را معرفی می کنیم.1-سیگنال هایی که از طریق آن اطلاعات به ایستگاه زمینی می رسد بسیار آهسته هستند و گاهی شرایط بد اتمسفرها موجب به وجود آمدن خطا در ارسال اطلاعات می شوند.2-عواملی مانند وجود ساختمان های بلند انتقال اطلاعات را به ایستگاه های زمینی زمان بر می کند.3- در برخی مواقع دیده شده که موقعیت گزارش شده توسط ماهواره ها به درستی گزارش نمی شود این مسئله گاهی به این دلیل است که موقعیت مکانی کاربر دور از دسترسی ماهواره هاست.4- در بیشتر مواقع جی پی اس ها ردیابی مسیرهایی مانند زیر زمین و زیر آب را پوشش نمی دهد و در این شرایط هم کاربر با پیغام خطا مواجه می شود.مزایای سیستم GPS× دقت بسیارزیاد در موقعیت یابی× داشتن پوشش جهانی× دارا بودن زمان بندی دقیق× نداشتن هیچ گونه هزینه برای استفاده کنندگان× تعیین سرعت در سه محور مختصات× قابلیت دسترسی همیشگی× قابلیت کاربردی در هرشرایط آب وهوایی× عدم محدودیت در بکارگیری همگانی× دقت نسبی IPPM برای طولهای کوتاه از1 تا 100 کیلومتر.× تعیین سرعت در سه محور , زمان , تعیین فاصله سمت و گرای و نقطه مبداء و مقصد× توانایی دید همزمان با یک گیرندهانواع گیرنده‌های جی‌پی‌اسگیرنده‌های جی‌پی‌اس انواع گوناگونی دارند و انتخاب هرکدام از آن‌ها بستگی به موارد استفاده شما دارد؛ برای نمونه این که می‌‌خواهید در داخل خودرو آن را نصب کنید یا اینکه آن را در کوله پشتی خود قرار دهید گزینه‌های متعددی را پیش روی شما می‌‌گذارد.گیرنده بیسیک جی‌پی‌اس : این گیرنده‌ها در واقع از ساده‌ترین و کم قیمت‌ترین گونه‌ها هستند (اغلب کمتر از $100) یک گیرنده بیسیک (پایه) می‌‌تواند بسیار دقیق تر از گیرنده‌های گران قیمت باشد، اما باید این مساله را هم در نظر داشت که این گیرنده‌ها بسیاری از ویژگی‌های دستگاه‌های گران قیمت را ندارند. ویژگی قابل توجهی که کمبود آن بیشتر حس می‌شود، نداشتن قابلیت نقشه برداری یا Mapping است- موقعیت یابی؛ تعیین طول جغرافیایی و عرض جغرافیایی که در واقع ویژگی اصلی یک گیرنده جی‌پی‌اس است.- تعیین جهت؛ با یک قطب نما ی الکترونیکی.- تعیین ارتفاع از سطح دریاهای آزاد؛ البته باید توجه داشت که دقت در اندازه گیری ارتفاع به خوبی دقت در موقعیت یابی نیست.- زمان دقیق.- موقعیت ماهواره‌ها و قدرت سیگنال ها.- توانایی محاسبه مسافت پیموده شده.- توانایی ذخیره سازی مسیر پیموده شده ؛ که با استفاده از نقطه گذاری در صفحه نمایشگر انجام می‌شود.- توانایی هدایت و مسیر یابی.- یافتن مسیری که در گذشته آن را پیموده اید.• گیرنده‌های دستی جی‌پی‌اس _ نقشه بردار: همانطور که از نام این گیرنده بر می‌‌آید گیرنده نقشه بردار از قابلیت نمایش نقشه برخوردار است. این گیرنده‌ها ابعاد بزرگ تری نسبت به گیرنده‌های قبلی دارند. با اتصال این گیرنده به یک رایانه شخصی نقشه دلخواهتان را به گیرنده می‌‌دهید. جزئیات نقشه نیز بستگی به اندازه و نیز رزولوشن نمایشگر دارد. این گیرنده‌ها فشارسنج، قطب نمای الکترونیکی، بازی و سالنامه هم دارند. اگرچه این گیرنده‌ها باید خیلی گران قیمت تر از نمونهٔ قبلی باشند، ولی افزایش قیمت نسبتاً کمی دارند و افزودن یک نمایشگر بزرگ تر برای شرکت تولید کننده هزینهٔ زیادی را در بر ندارد. قیمت این گیرنده‌ها از 150 دلار آمریکا شروع می‌شود. • گیرنده‌های جی‌پی‌اس برای خودرو: این گیرنده‌ها بزرگ تر از گیرنده‌های دستی هستند و نمایشگری نسبتاً بزرگ دارند تا راننده در هنگام رانندگی به سادگی آن را بخواند. این گیرنده‌ها با استفاده از برق خودرو کار می‌کنند و بنابراین تنها در داخل خودرو قابل استفاده هستند. ویژگی جالبی که معمولاً در این دستگاه‌ها وجود دارد، راهنمایی‌های صوتی دستگاه است و به راننده اجازه می‌‌دهد بدون اینکه چشم خود را از جاده بردارد، با گوش دادن به صدای دستگاه طبق نقشه پیش برود. قیمت این دستگاه از 500 دلار آمریکا شروع می‌شود. • گیرنده جی‌پی‌اس برای یک دستگاه پی‌دی‌ای: برتری استفاده از یک دستگاه پی‌دی‌ای (PDA) به ‌عنوان یک جی‌پی‌اس ، نمایشگری بزرگ است که افزون بر راحتی در مطالعه نقشه، جزئیات بیشتری را نیز قابل مشاهده می‌‌سازد. همچنین همانند جی‌پی‌اس‌هایی که در داخل خودرو نصب می‌‌شوند، می‌‌توانند به صورت صوتی راهنمایی کنند. برای استفاده از یک دستگاه پی‌دی‌ای به‌عنوان جی‌پی‌اس و اتصال پی‌دی‌ای به گیرنده جی‌پی‌اس چندین راه مختلف وجود دارد:- استفاده از Sleeve : وسیله‌ای است که با قرار دادن پی‌دی‌ای در آن، عملکردهای متفاوتی را می‌‌توان برای پی‌دی‌ای فراهم ساخت. برای این کار به حافظه CF و یا اسلات PCMCIA هم احتیاج داریم. یک Sleeve می‌‌تواند کارت حافظه اضافی، باتری اضافی، یک دوربین و یک تلفن را به دستگاه شما متصل کند و مهم تر از همه به‌عنوان یک گیرنده جی‌پی‌اس برای دستگاه شما عمل کند. همچنین یک اسلات CF دیگر هم برای شما فراهم می‌‌کند که این اجازه را به شما می‌‌دهد تا بتوانید به کارهای دیگری در کنار استفاده از جی‌پی‌اس بپردازید. عملکرد یک Sleeve جی‌پی‌اس درست همانند عملکرد یک CF جی‌پی‌اس است.- حافظه CF: یکی از حافظه‌های متداول برای پی‌دی‌ای است که می‌‌تواند مستقیما به‌وسیله اسلات مخصوص CF که در پی‌دی‌ای وجود دارد یا با استفاده از Sleeve به دستگاه متصل شود. یک کارت CF جی‌پی‌اس انتخاب نسبتاً ارزان قیمتی است. ولی مشکلی در اینجا وجود دارد و آن این است که یک CF جی‌پی‌اس به سرعت باتری‌های پی‌دی‌ای شما را مصرف می‌‌کند و باید به فکر چاره باشید.- بلوتوث جی‌پی‌اس: فن آوری بلوتوث این اجازه را به ما می‌‌دهد ارتباطی بدون سیم را بین چند دستگاه فراهم کنیم. شما می‌‌توانید پی‌دی‌ای خود را در دست گرفته و به گیرنده جی‌پی‌اس ای که در کوله پشتی تان قرار داده اید بصورت بی سیم متصل شوید. استفاده از یک بلوتوث جی‌پی‌اس همچنین برای داخل خودرو بسیار مناسب است چرا که با قرار دادن آن در جلوی داشبورد دید بهتری از آسمان را برای گیرنده تان فراهم می‌‌کنید. - اتصال پی‌دی‌ای به گیرنده دستی جی‌پی‌اس با استفاده از کابل: به بیشتر گیرنده‌های دستی، کابلی جهت اتصال به پی‌دی‌ای وصل می‌شود. با این روش می‌‌توانید با قیمتی مناسب هم در داخل خودرو و هم در خارج آن از دستگاه موقعیت یاب خود استفاده کنید. دستگاه پی‌دی‌ای با نمایشگر خوب و نسبتاً بزرگی که دارد برای مشاهده نقشه‌ها مناسب است- اتصال پی‌دی‌ای به گیرنده جی‌پی‌اس خودرو با استفاده از کابل: می‌‌توانید با انتخاب گیرنده‌ها ی موسوم به موشواره (mouse) برای خودرو و یک پی‌دی‌ای از یک جی‌پی‌اس خوب بهره مند شوید. اگر می‌‌خواهید از جی‌پی‌اس خود تنها درون خودرو استفاده کنید، این مورد بهترین انتخاب است.• گیرنده جی‌پی‌اس برای رایانه کیفی (لپ‌تاپ): تقریباً همانند یک گیرنده جی‌پی‌اس برای دستگاه پی‌دی‌ای است با این تفاوت که در اینجا دیگر نیازی به استفاده از Sleeve یا چیزی شبیه به آن نیست. بخاطر داشته باشید که اگر شما بخواهیداز یک CF جی‌پی‌اس به‌عنوان گیرنده لَپ‌تاپ خود استفاده کنید، CF جی‌پی‌اس شما با اتصال مستقیم به لپ‌تاپ از آن بیرون می‌‌زند و بنابراین اگر بخواهید در حالی که روی صندلی خودرو نشسته اید از جی‌پی‌اس هم استفاده کنید ،گیرنده جی‌پی‌اس شما دید خوبی از آسمان نخواهد داشت و به خوبی وضعیتی که گیرنده را مستقیما زیر آسمان قرار می‌‌دهید عمل نخواهد کرد.کاربردهای GPS چیست؟بطورکلی از مهمترین زمینه های کاربرد GPS می توان به موارد زیر اشاه کرد:الف – در زمینه های نظامی1- کاربرد هوایی : ازهدایت موشک ها تا تمام هواپیماهای جنگنده و بمب افکن , هلی کوپتر .موشک کروز , چتر بازی و پروازهای نظامی و ....2- کاربرد های دریایی: زیردریایی , کشتی و تمام انواع قایق ها ودریانوردی نظامی .3- کابردهای زمینی : مکان توپخانه ها, ناوبری خودروها , هدایت پیاده نظام , سیستم موشک زمین به زمین , شناخت نوع وجنس خاک .ب: کاربرد های نقشه برداری :از GPS به طریق مختلف درنقشه برداری می توان استفاده کرد. مهمترین کاربردهای GPS درنقشه برداری عبارتند از :1- نقشه برداری هیدرو گرافیک .2- نقشه برداری سینما تیکی خیلی دقیق برروی زمین .3- فتو گرامتری بدون کنترل زمینی4- انبوه سازی شبکه ژئو دتیک5- نقشه برداری کارامتری6-فتو گرامتری بصورت REAL .TIMEج: کاربردهای تجاری :1-ناوبری هوایی : دردهه هشتاد , چهل سال پس از کنوانسیون شیکاگو که منجر به تأسیس سازمان بین المللی هواپیماهای کشوری ایکائو گردید نگرانی جامعه هواپیمایی ازمحدودیتهای سیستم های ناوبری موجود به طور روزافزونی افزایش یافت .امروزه تئوری پرواز آزاد انقلابی درصنعت حمل ونقل هوایی بوجود آورده است درپرواز های آزاد با توجه به قابلیت انعطاف سیستم های ناوبری ونظارت می توان به جای استفاده ازمسیرهای ثابت هوایی آنها را بصورت کاملاً دینامیکی بهینه نمود این ایده جالب بهره برداری بسیارموثر ازفضا را دارد .بنابراین امروزه شرکت های بزرگ هواپیما سازی مشغول نصب سیستمهای GPS برروی هواپیما ها می باشند .2- ناوبری دریایی : درناوبری دریایی برای تعیین مسیر , نقاط مبداء ومقصد وغیره از GPS می توان بهره گرفت .د: کاربردهای همگانی :سیستم موقعیت یاب GPS کاربرهای همگانی نیز دارد که ازمهمترین این کاربردها می توان به موارد زیراشاره کرد.1- حرکت درفضای باز: حرکت درمناطقی که راههای چندان مناسبی ندارد یا به کلی فاقد راه است . گیرنده GPS بسیار ارزشمند خواهدبود.2- ماهیگیری3- پروازبا گلایدر .4- استفاده حرفه ای درعملیات زمینی5- اسکی ,کوهنوردی6- قایقرانی7- عملیات جستجو و نجات8- حرکت اتومبیل درجاده9- مسابقات اتومبیل رانی رالینتیجهالبته کاربرهای GPS روزبه روز بیشتر و بیشتر می شود و نیز نباید این نکته را از نظر دور داشت که این سیستم با تمام مزایای خود ممکن است دچار اختلال گردد و یا گیرنده ای که در دست شماست دچار خرابی گردد . پس باید روشهای موقعیت یابی کلاسیک را که کار با قطب نما و نقشه است از یاد نبرد و اول این روش را یاد گرفت و بعد بسراغ GPS رفت تا در مواقع نیاز دچار وابستگی به سیستم موقعیت یابی جهانی نباشیم .البته مطالب گفته شده در این مقاله بطور کامل تمام جزئیات را مورد بررسی قرار نداده . زیرا بسیاری از موارد مسائل فنی و یا محرمانه سیستم می باشد که کمتر در دسترس افراد عادی می باشد و نیز بررسی آن نیاز به دانستن بسیاری از روابط پیچیده فیزیک و.... دارد.منابع و ماخذ : ویکی پدیا , بیتوته , شلرراهنما : استاد یعقوبی محمد حسین ملک علایی محمد حسین ملک علایی Thu, 17 Dec 2020 16:57:46 +0330