پروژه کنترل هود آشپزخانه طراحی و پیاده سازی با برد آردوینو Arduino

هود آشپزخانه، یکی از ابزارهای فوق العاده کاربردی و مهم در آشپزخانه های امروزی، به شمار می رود. وجود این دستگاه سبب محافظ از سقف و دیوار های آشپرخانه در برابر چربی های غذا می شود. از طرف دیگر این دستگاه می تواند به خارج سازی بوی سوختگی احتمالی غذا از منزل نیز، کمک نماید. از طرف دیگر، با توجه به فن موجود بر روی این دستگاه، به خنک سازی و کاهش دمای آشپزخانه حین آشپزی نیز، کمک می شود.

هود آشپزخانه شامل یک برد الکترونیکی شده که از کاربر فرمان فعال و یا غیر فعال سازی را دریافت می نماید. در صورت فعال شدن، فن هود عمل کرده و به کمک عمل مکش، بو و دود را از خانه خارج می نماید. معمولا هودهای آشپزخانه دارای ریموت کنترل، جهت کنترل قابلیت های آن هستند. از طرفی دیگر، این دستگاه ها دارای حالت های دستی واتوماتیک هستند. در حالت اتوماتیک، در صورت بالارفتن دمای محیط، فن فعال می شود. در حالت دستی، این قابلیت به کمک فرمان فعال سازی از سوی کاربر، اجرا می شود. در این آموزش قصد داریم به کمک برد آردویینو، برد کنترل هود آشپزخانه را طراحی و پیاده سازی نماییم. در ادامه با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی ، دیجی اسپارک همراه باشید.

 

---

نحوه عملکرد هود آشپزخانه

---

دستگاه های هود آشپزخانه، دارای سنسور دما و بعضا سنسور دود هستند. زمانیکه دما از یک حدی فراتر رود، یا اینکه دود تشخیص داده شود، به موتور فن فرمان داده شده و فن فعال می گردد. هودهای آشپزخانه معمولا دارای دو مد خودکار و دستی هستند. در مد خودکار، عمل فعال سازی فن به صورت خودکار و بر مبنای افزایش دما و یا دود صورت می گیرد. در مد دستی نیز، کاربر می تواند فن را فعال و یا غیر فعال نماید. معمولا هودهای آشپزخانه نیز دارای یک ریموت کنترل، جهت تعیین وضعیت و کارکرد این دستگاه هستند.

 

---

معرفی برد آردویینو UNO

---

برد آردویینو UNO، یکی از پرکابردترین و پر استفاده ترین سری بردهای آردویینو به شمار می رود. سادگی در راه اندازی، منابع آموزشی بسیار و قیمت مناسب نسبت به سایر بردهای هم رده، این برد را به یکی از انتخاب های اصلی در زمینه الکترونیک تبدیل می نماید.

به کمک برد آردویینو، هم میتوان بر روی نمونه اولیه کار کرد و هم می توان آن را در محصول نهایی نیز به کار برد. دسترسی ساده و استاندار به پایه های ورودی و خروجی، وجود بوت لودر و پروگرام ساده برد، از مزیت های این برد به شمار می رود. همچنین، بر روی این برد، یک کریستال با فرکانس ۱۶ مگاهرتز قرار گرفته که از بابت تامین منبع کلاک، آسوده خاطر خواهیم بود. با توجه به نزدیک بودن زبان برنامه نویسی آردویینو به زبان ++C، کار با آن برای برنامه نویسان این زبان نیز بدون مشکل خواهد بود. از طرفی دیگر،  با توجه به وجود کتابخانه های متعدد و فراوان برای سنسورها  و نمایشگر های مختلف، این قطعات را به سادگی و بدون نگرانی، می توان به این برد متصل نمود.

 

---

سنسور دما و رطوبت DHT11

---

سنسور دما و رطوبت DHT11، یک سنسور مقرون به صرفه و مناسب برای سیستم های کنترل دما به شمار می رود. این سنسور، دارای یک سنسور دما و رطوبت داخلی است. این سنسور داده های مربوط به دما و رطوبت را از طریق یک پایه خروجی، به برد آردویینو ارسال می نماید. در زیر به طور خلاصه، مشخصات فنی این سنسور را مشاهده می نمایید.

محدوده اندازه گیری  دما: ۰ الی ۵۰ درجه سانتی گراد با دو درجه خطا

محدوده اندازه گیری رطوبت:  ۲۰ الی ۸۰ درصد با ۵ درصد خطا

محدوده ولتاژ کاری: ۳ الی ۵ ولت

همچنین برای راه اندازی این سنسور و اتصال آن به آردویینو، کتابخانه DHT11  برای برد آردویینو فراهم بوده که به سادگی می توان داده های سنسور را در برنامه آردویینو، استفاده نمود.

 

---

ماژول ریموت کنترل IR

---

ریموت های کنترل مادون قرمز، یکی از پرکاربردترین ریموت های کنترل در دستگاه های الکترونیکی به شمار می رود. به عنوان مثال، در تلویزیون ها، دستگاه های صوتی، کولرهای گازی و…. از این ریموت ها استفاده می شود. این ریموت ها که بر مبنای تکنولوژی مادون قرمز کار می کنند، در سیستم های هود آشپزخانه نیز به کار می روند. به کمک این ریموتت ها می توان حالت خودکار و یا دستی برای هود تنظیم نمود. همچنین در حالت دستی نیز، می توان فن هود را فعال و یا غیر فعال نمود.

برای ریموت های IR، ماژول گیرنده نیز، مخصوص برد آردویینو تعبیه شده است. این ماژول به سادگی به آردویینو متصل شده و می تواند کلید های فشرده شده بر روی ریموت را بخواند. در این پروژه نیز از ریموت کنترل برای فرمان به هود نیز، استفاده نموده ایم.

 

---

نمایشگر ال سی دی کاراکتری ۱۶*۲

---

یکی از مهم ترین ابرازها جهت تعامل با کاربر، نمایشگرها هستند. نمایشگر ها در انواع مختلف و به کمک فناوری های متفاوت، تولید و عرضه می شوند. هم اکنون برای بردهای آردویینو نمایشگر های OLED، لمسی TFT، گرافیکی و کاراکتری نیز وجود دارد. در این پروژه ما، از یک نمایشگر کاراکتری ۱۶*۲ جهت نمایش وضعیت عملکرد و اطلاعات به کاربر، استفاده نموده ایم. نمایشگرهای کاراکتری به سادگی به بردهای آردویینو متصل شده و جهت راه اندازی و استفاده از آن، کتابخانه نیز، تعبیه و توسعه داده شده است.

 

نمایشگرهای کاراکتری ۱۶*۲، دارای دو سطر و ۱۶ ستون هستند. بنابراین در این نمایشگرها می توان تا ۳۲ کاراکتر را نمایش داد. نوع دیگر این نمایشگرها دارای فضای ۲۰*۴ بوده که تعداد کاراکترهای بیشتری را می تواند نمایش دهد. این نمایشگرها به کمک پروتکل موازی، به آردویینو متصل می شوند که طبعا این روش تعداد زیادی پایه را اشغال می نماید. البته به کمک درایور LCD مخصوص نمایشگرهای کاراکتری، می توان این نمایشگرها را به کمک پروتکل I2C و تنها با دو سیم، راه اندازی کرد. این روش در پردازنده هایی با محدودیت پایه، نظیر پردازنده ESP8266، بسیار مفید است.

 

---

ماژول رله

---

رله یک سوییچ مکانیکی با قابلیت کنترل از طریق پالس الکترونیکی است. این سوییچ که در سال ۱۸۳۵ توسط جوزف هانری اختراع گردید، امروزه یکی از قطعات بسیار پرکاربرد در صنایع الکترونیک، اتوماسیون صنعتی، خودرو و…. به شمار می رود. در این پروژه نیز، جهت فرمان به موتور فن و فعال سازی آن، از رله نیز استفاده می گردد.

رله ها جهت راه اندازی نیاز به یک مدار راه اندازی دارند. از آنجاییکه فرمان فعال و یا غیر فعال سازی رله از طرف برد آردویینو صادر شده و جریان خروجی آردویینو جهت فرمان به رله کافی نیست، حتما جهت تامین این جریان نیاز به یک ترانزیستور خواهیم داشت. از طرفی دیگر، به دلیل ایجاد بارهای سلفی در زمان سوییچ رله، می بایست از یک دیود هرزگرد نیز استفاده نمود.  این در حالیست که در ماژول رله، این مدار از پیش تعبیه شده و شما می توانید به سادگی، این ماژول را به آردویینو متصل نمایید.

 

---

کتابخانه های پروژه هود آشپزخانه

---

در این قسمت به نصب کتابخانه های مورد نیاز پروژه هود آشپزخانه به کمک آردویینو، می پردازیم. در ابتدا به نصب کتابخانه ریموت کنترل می پردازیم. برای این منظور، ابتدا در نرم افزار آردوینو، بر روی منوی Toolsو سپس گزینه Manage Libraries کلیک کنید. سپس در صفحه باز شده، در قسمت جستجو، مطابق تصویر زیر، عبارت ir remoter را تایپ نمایید.

 

پس از تایپ عبارت ir remote، با تصویر زیر مواجه خواهید شد. مطابق کادر قرمز رنگ در تصویر زیر، کتابخانه مربوط را انتخاب و بر روی گزینه install کلیک کرده تا کتابخانه مورد نظر نصب شود.

 

کتابخانه های مربوط به نمایشگر و سنسور DHT11 معمولا به صورت پیش فرض بر روی آردویینو نصب هستند. در صورتیکه این کتابخانه ها را نصب ندارید، مطابق روش فوق عمل کرده و برای سنسور دما و رطوبت عبارت DHT11 و برای نمایشگر، عبارت LiquidCrystal را جستجو و سپس نصب نمایید.

 

---

شماتیک و اتصالات

---

در این قسمت به بررسی شماتیک و اتصالات پروژه برد کنترل هود آشپزخانه، می پردازیم. در ابتدا، تصویر زیر، شمای کلی مدار و اتصالات بین قطعات را نمایش می دهد.

مطابق تصویر فوق، جهت اتصال سنسور دما و رطوبت به آردویینو، مطابق رویه زیر، عمل کنید.

اتصال پایه VCC سنسور به ۵ ولت آردویینو

اتصال پایه GND سنسور به پایه GND آردویینو

اتصال پایه DATA سنسور به پایه A5 آردویینو

در ادامه، جهت اتصال ماژول گیرنده ریموت IR به برد آردویینو می بایست به شکل زیر عمل نمایید.

اتصال پایه VCC ماژول به ۵ ولت آردویینو

اتصال پایه GND ماژول به پایه GND آردویینو

اتصال پایه SIGNAL ماژول به پایه GPIO13 آردویینو

در ادامه، می بایست ماژول رله را به برد متصل نمایید. برای ماژول رله، حتما دقت داشته باشید که جریان خروجی قابل تحمل رله، با موتور انتخاب شده تناسب داشته باشد. همچنین، موتورهای الکتریکی در لحظه راه اندازی، ۸ الی ۱۰ برابر جریان نامی خود، نیاز دارند که رله متصل به موتور می بایست توانایی تامین این جریان را داشته باشد. برای اتصال ماژول رله به آردویینو، به صورت زیر عمل نمایید.

اتصال پایه VCC ماژول رله به پایه ۵ ولت آردویینو

اتصال پایه GND ماژول به پایه GND آردویینو

اتصال پایه SIGNAL یا IN رله به پایه A1 آردویینو

در نهایت، نوبت به اتصال نمایشگر به برد آردویینو می رسد. به کمک نمایشگر، کلیه اطلاعات نظیر میزان دما و رطوبت به همراه مد کاری، به نمایش در می آید. برای اتصال نمایشگر به آردویینو، مطابق سیم کشی زیر، عمل نمایید.

اتصال پایه RS نمایشگر به پایه GPIO12 آردویینو

اتصال پایه EN نمایشگر به پایه GPIO11 آردویینو

اتصال پایه D4 نمایشگر به پایه GPIO5 آردویینو

اتصال پایه D5 نمایشگر به GPIO4 آردویینو

اتصال پایه D6 نمایشگر به پایه GPIO3 آردویینو

اتصال پایه D7 نمایشگر به پایه GPIO2 آردویینو

اتصال پایه GND نمایشگر به GND آردویینو

اتصال پایه VCC نمایشگر به پایه ۵ ولت آردویینو

اتصال پایه VO نمایشگر به GND

اتصال پایه R/W نمایشگر به پایه GND آردویینو

نمایشگر کاراکتری، دارای دو پایه جهت تنظیم نور زمینه است. برای تنظیم نور زمینه، پایه آند را با یک مقاومت یک کیلو به ۵ولت آردویینو و پایه کاتد را به GND آردویینو متصل نمایید. با افزایش و کاهش میزان این مقاومت، می توانید نور پس زمینه را کنترل نمایید.

 

---

کدهای پروژه برد هود آشپزخانه

---

در این قسمت، کدهای پروژه را مشاهده می نمایید. در این پروژه، از برد آردوینو UNO جهت اجرا استفاده شده است. بنابراین، پس از انتخاب این برد، کدهای زیر را در نرم افزار آردویینو کپی و سپس بر روی برد، آپلود نمایید.

 

 

 

---

اجرای پروژه ساخت هود آشپزخانه با آردوینو

---

در این قسمت به اجرای پروژه هود آشپرخانه می پردازیم. زمانیکه پروژه را اجرا می کنید، عبارت AUTO علاوه بر میزان دما و رطوبت به نمایش در می آید. عبارت AUTO بیانگر مد خودکار هود است. با فشردن کلید ۲۰۰ بر روی ریموت کنترل(مدل ریموت استفاده شده در این پروژه)، عبارت MAN جای عبارت AUTO را می گیرد. چنانچه یکبار دیگر این کلید را فشار دهید، مد کاری به حالت خودکار باز می گردد. حال با فشردن کلید + رله فن نیز فعال می گردد. در اینجا ما برای مشخص شدن فعال شدن فن، از یک دیود LED استفاده نموده ایم. چنانچه یکبار دیگر این کلید را فشار دهید، فن غیر فعال خواهد شد. البته در نظر بگیرید که فعال و غیر فعال سازی فن، تنها در صورتیکه حالت کاری به صورت دستی انتخاب شده باشد، صورت می گیرد.

در حالت خودکار، زمانیکه دما بیش از ۴۵ درجه شود، فن به کار می افتاد. در حالت دستی نیز، تعیین وضعیت فن، علاوه بر کلید ریموت کنترل، از طریق کلید متصل به پایه A2 نیز صورت می گیرد. شما برای جذابیت بیشتر می تواند از کلیدهای تاچ نیز استفاده نمایید. در حالت عادی، فن غیر فعال است، چنانچه این پایه را به زمین متصل کنید، فن فعال می شود. چنانچه یکبار دیگر این پایه را از زمین جدا کنید، فن غیر فعال می شود.

 

---

تحلیل کدهای پروژه کنترل هود آشپزخانه

---

در این قسمت به تحلیل کدهای پروژه می پردازیم. البته در نظر داشته باشید که درون کدهای پروژه، توضیحات و کامنت به اندازه کافی قرار گرفته است. برنامه پروژه هود آشپزخانه، دارای ۴ تابع اصلی است. در ادامه، شرح این چهار تابع را بررسی می نماییم.

۱-تابع print_data : نمایش داده های مربوط به رطوبت و دما

۲- تابع set_op_mode : تعیین وضعیت دستی و یا خودکار با توجه به کلید فشرده شده روی ریموت و یا کلید روی برد کنترل

۳-fan_enable : فعال و یا غیر فعال سازی فن به کمک ریموت یا کلید روی برد کنترل

۴-irkey : خواندن کلید فشرده شده بر روی ریموت

 

---

وسایل مورد نیاز

---

برد آردویینو UNO

سنسور دما و رطوبت DHT11

ریموت و گیرنده IR

رله اپتوکوپلری متناسب با موتور

نمایشگر کاراکتری ۱۶*۲

کلید تاچ

 

 

---

جمع بندی

---

در این آموزش به بررسی طراحی و پیاده سازی برد کنترل هود اشپزخانه، پرداختیم. هود های آشپزخانه، وسایلی بسیار کاربردی در منازل به شمار می روند. این دستگاه ها با مکش هوا، مانع ایجاد چربی در سطوح شده و بوی های ناشی از سوختگی غذا را به بیرون هدایت می کنند. این دستگاه ها، دارای برد کنترل الکترونیکی بوده که عملیات فعال سازی فن به صورت خودکار و یا دستی و دریافت ورودی از کاربر و نمایش خروجی بر نمایشگر را اجرا می نماید. در این آموزش به طراحی و پیاده سازی بدر کنترل هود پرداخته شد. برد طراحی شده قادر است تا فعالیت خود را از طریق کلید و یا ریموت کنترل، اجرا نماید.

 

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.