طراحی و پیاده سازی سنسور PIR راه پله هوشمند بدون برنامه نویسی

چراغ های سنسور دار راه پله ها یکی از مهم ترین و پرکاربردترین ابزارها در صنعت ساختمان به شمار می روند. این چراغ ها به طور هوشمند، در صورت تشخیص حضور افراد لامپ را روشن می کنند. لامپ ها تا زمانیکه افراد در راه پله حضور داشته باشند، روشن مانده و سپس به طور خودکار خاموش خواهند شد. پیشتر در آموزشی، همکارم نحوه ساخت این نوع از لامپ ها را با آردوینو به طور کامل شرح داده که با کلیک بر روی این لینک می توانید این آموزش را مطالعه کنید. در این آموزش بدون برنامه نویسی و نیاز به برد آردوینو، اقدام به طراحی و پیاده سازی لامپ سنسور دار سقفی، با سنسور pir مخصوص راه پله می‌کنیم. در پایان شما قادر خواهید بود که به سادگی، لامپ سنسور دار خود را بسازید. در ادامه با مرجع تخصصی الکترونیک به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

لامپ سنسور دار سقفی و کاربرد

راه پله های ساختمان ها بخشی از سازه ها به حساب می آیند که از نور کافی، مخصوصا در شب هنگام، برخوردار نیستند. به همین علت می بایست لامپ هایی جهت روشنایی تعبیه شود. در ساختمان های قدیمی تر، کلیدهایی در هر طبقه جهت روشن سازی لامپ ها تعبیه می شد. اما از آنجاییکه این لامپ ها معمولا پس از روشن شدن، خاموش نمی شدند، عمر این لامپ ها کاهش و مصرف برق نیز بالا می رفت. اما در سال های اخیر، لامپ های جدید و هوشمندی وارد بازار شده اند. این لامپ ها تا زمانیکه فردی در راه پله (و یا محل نصب) حضور نداشته باشد، لامپ را خاموش نگاه می دارد. در صورتیکه فرد و یا افرادی وارد راه پله شوند، لامپ به طور خودکار روشن شده و با خروجی از محل، لامپ نیز خاموش خواهد شد.

در این آموزش به طراحی و پیاده سازی یک لامپ سنسور دار می پردازیم. در این پروژه از هیچ میکروکنترلری استفاده نکرده و نیازی به برنامه نویسی نخواهیم داشت. در ادامه با قطعات و شماتیک مدار آشنا خواهید شد.

سنسور PIR بدون برنامه نویسی

سنسور PIR تشخیص حرکت انسان، مهم ترین و اصلی ترین قطعه الکترونیکی در پروژه ساخت سنسور راه پله به شمار می‌رود. این سنسور مبتنی بر فناوری مادون قرمز (IR) بوده و حساس به گرمای بدن موجودات زنده است. سنسور تشخیص حرکت با ارسال امواج مادون قرمز، منتظر بازگشت آن می شود. موج ارسالی در برخورد با گرمای بدن موجودات زنده، دچار تغییراتی شده که این تغییرات در حین بازگشت موج برای سنسور آشکار و حرکت افراد تشخیص داده می‌شود. سنسور PIR تشخیص حرکت SR501 دارای یک خروجی دیجیتال است. این خروجی با تشخیص حرکت و یا حضور افراد، از ۰ منطقی(۰ ولت) به یک منطقی(۳٫۳ ولت) تغییر وضعیت می دهد. در این پروژه ما خروجی این سنسور را به ورودی یک رله(با قرار گیری یک مدار واسط) اعمال می کنیم. این رله با دریافت سیگنال، اتصال تغذیه لامپ را برقرار کرده و بدین ترتیب لامپ روشن خواهد شد.

سنسور تشخیص حرکت SR501 دارای بازه تغذیه ۵ الی ۲۰ ولت است. در این پروژه ما از تغذیه ۵ ولت که مناسب این سنسور و ماژول رله است، استفاده می کنیم. در کنار این، این سنسور به دو پتانسیومتر جهت تنظیم میزان حساسیت و مدت زمان فعال بودن پس از تشخیص حرکت مجهز می باشد.

ماژول رله تک کانال

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 پروژه سنسور راه پله نیز، با لمس صفحه، می توان رله ها را فعال و یا غیر فعال نمود.

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  و یا سایر المان ها، در پروژه سنسور راه پله خروجی سنسور pir تشخیص حرکت، صادر شده و این جریان خروجی غالبا 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، از رله بدون نیاز به هیچ مدار جانبی و یا واسط استفاده کنید. در این پروژه ماژول رله فرمان را از سنسور SR501 (به کمک ترانزیستور) دریافت کرده و لامپ را روشن و یا خاموش می نماید.

ترانزیستور BC547 و علت استفاده از آن

ترانزیستور یک قطعه سه پایه، با یک ورودی و دو خروجی است. در حقیقت ترانزیستور را می توان مشابه یک شیر آب در نظر گرفت. هر ترانزیستور BJT، دارای سه پایه به نام های امیتر، بیس و کلکتور است. تا زمانیکه ولتاژ بین بیس و امیتر از میزان مشخصی کمتر باشد، جریانی از کلکتور به سمت امیتر، جاری نخواهد شد. با افزایش هر چه بیشتر ولتاژ بین بیس و امیتر، جریان بین کلکتور و امیتر افزایش خواهد یافت. این موضوع را می توان دقیقا مثل یک شیر آب فرض کرد. همانطور که با پیچاندن هر چه بیشتر شیر، میزان فشار آب افزایش می یابد، با افزایش ولتاژ بیس ترانزیستور، جریان بیشتر در کلکتور آن ظاهر خواهد شد.

برای اطلاعات بیشتر در رابطه با ترانزیستور، می توانید با کلیک بر روی این لینک آموزش کامل آن را مشاهده کنید. اما دلیل استفاده از ترانزیستور در پروژه سنسور راه پله، به ماژول رله باز می گردد. همانطور که در قسمت پیشین در رابطه با ماژول رله صحبت شد، این ماژول دارای یک پایه ورودی به نام IN و یا SIGNAL جهت فعال و یا غیر فعال سازی لامپ متصل به رله است. ماژول رله زمانی عملکرد صحیح خواهد داشت که ولتاژ پایه IN با ولتاژ تغذیه یکسان باشد. از آنجاییکه ولتاژ تغذیه ماژول ۵ بوده و خروجی سنسور تشخیص حرکت ۳٫۳ ولت است، لذا از یک ترانزیستور استفاده می کنیم. این ترانزیستور به شکل یک گیت NOT عمل می کند. زمانیکه ولتاژ ۳٫۳ در ورودی قرار گیرد، خروجی آن ۰ شده و زمانیکه ورودی ۰ در بیس آن قرار گیرد، خروجی ۵ ولت می شود. برای روشن تر شدن موضوع، به تصویر زیر دقت کنید.

شماتیک، اتصالات و PCB

در این قسمت به بررسی شماتیک و اتصالات مدار می پردازیم. تصویر زیر شمای کلی از سیم کشی مدار را نشان می دهد. برای راه اندازی سنسور pir بدون برنامه نویسی و ساخت سنسور راه پله، نقشه نهایی مطابق تصویر زیر خواهد بود.

• مطابق شماتیک فوق، سیم کشی مدار را با برقراری اتصالات به شرح زیر در پیش می گیریم.
• اتصال پایه VCC ماژول تشخیص حرکت به ۵ ولت
• اتصال پایه GND ماژول تشخیص حرکت به GND تغذیه
• اتصال پایه OUT ماژول تشخیص حرکت به یک پایه مقاومت یک کیلو اهم و اتصال پایه دیگر مقاومت به پایه بیس ترانزیستور
• اتصال پایه امیتر ترانزیستور به GND
• اتصال پایه کلکتور ترانزیستور به صورت سری با یک مقاومت یک کیلو اهمی به ۵ ولت
• اتصال پایه کلکتور(به تصویر شماتیک دقت کنید) به پایه IN ماژول رله
• اتصال پایه VCC ماژول رله به ۵ ولت
• اتصال پایه GND ماژول رله به GND

در اینجا نوبت به برقراری اتصالات برق شهری می رسد. از آنجاییکه ما سیگنال خروجی سنسور را به کمک ترانزیستور NOT می کنیم، لذا لامپ زمانی فعال می شود که سیگنال صفر به رله برسد. زمانیکه سیگنال صفر به رله برسد، تغیه رله بر روی NO قرار می گیرد. جهت آشنایی بیشتر با رله و عملکرد آن در پروژه های مختلف، می توانید با کلیک بر روی این لینک، آموزش آن را مطالعه نمایید. بنابراین، اتصالات برق شهری، لامپ و رله را به قرار زیر اجرا نمایید.

• اتصال یکی از کابل های برق شهری به یکی از پایه های لامپ
• اتصال کابل دیگر برق شهری به پایه com رله
• اتصال کابل دیگر لامپ به پایه NO رله

توجه: در صورت عدم آشنایی با الزامات و نکات در رابطه با برق شهری، حتما از یک فرد آگاه به امر، کمک بگیرید.

در ادامه نوبت به بررسی فایل PCB پروژه می رسد. در این فایل سنسور و رله از طریق کابل به پد(پایه) های مخصوص متصل می شوند. در ابتدا به تصویر زیر دقت کنید.

در ادامه نیز، فایل PCB پروژه که تحت نرم افزار آلتیوم طراحی شده را با کلیک بر روی این لینک می توانید دانلود کرده و تغییرات مد نظر خود را روی آن اعمال کنید. پس از سیم کشی مدار pir بدون برنامه نویسی، نوبت به اجرای پروژه می رسد. توجه داشته باشید که در این پروژه برای تغذیه قسمت DC، از یک آداپتور ۵ ولت با توان جریان دهی حداقل ۵۰۰ میلی آمپر استفاده نمایید.

چراغ سقفی با سنسور PIR مدل HC-SR501

پس از برقراری اتصالات و سیم کشی های مدار، نوبت به اجرای پروژه سنسور pir بدون برنامه نویسی می رسد. پس از اتصال تغذیه، برای چند لحظه خروجی سنسور فعال است. پس از گذشت مدتی، سنسور کالیبره می شود. در این شرایط هرگاه حرکتی توسط سنسور pir تشخیص داده شود، لامپ روشن خواهد شد. به همین سادگی میتوانید سنسور pir را بدون برنامه نویسی راه اندازی کنید.

پس از چند لحظه، در صورتیکه حرکتی جلوی سنسور صورت نگیرد، خروجی آن غیر فعال شده و لامپ نیز خاموش خواهد شد. از طرفی دیگر، با چرخاندن پتانسیومترهای ماژول تشخیص حرکت، می توانید حساسیت و مدت زمان فعال سازی آن را تنظیم کنید. این مورد در قسمت معرفی سنسور به طور کامل بیان شده است.

لوازم مورد نیاز

1. ماژول رله ۱۰ آمپر
2. ترانزیستور BC547
3. مقاومت یک کیلو اهمی
4. سنسور تشخیص حرکت SR501
5. منبع تغذیه مبدل ۲۲۰ به ۵ ولت

جمع بندی

در این آموزش به طراحی و پیاده سازی لامپ سقفی سنسور دار پرداختیم. این نوع از لامپ ها که در بسیاری از اماکن نظیر راهروو آپارتمان ها مورد استفاده قرار می گیرد، با تشخیص حضور افراد لامپ را روشن کرده و پس از ترک محل توسط افراد، لامپ را خاموش خواهد نمود. بدین ترتیب در مصرف برق صرفه جویی شده و طول عمر لامپ نیز افزایش می یابد. در این آموزش بدون نیاز به برد آردویینو و یا سایر میکروکنترالرها و بدن برنامه نویسی، اقدام به طراحی و پیاده سازی یک نمونه از این لامپ ها پرداختیم. این آموزش به طور قدم به قدم و مرحله به مرحله، جزییات را شرح داده و با ارائه شماتیک، مدار را طراحی و پیاده سازی می نماییم.

دیگر آموزش‌های مرتبط با سنسور PIR

معرفی سنسور PIR چگونگی کار و آموزش راه اندازی با برد آردوینو

آموزش ساخت چشمی راه پله با آردوینو و سنسور تشخیص حرکت PIR

طراحی و پیاده سازی سیستم هشدار قطعی برق آسانسور در زمان حضور انسان

پروژه‌ی سیستم تشخیص حرکت انسان با میکروپایتون و رزبری پای پیکو

آموزش ساخت دوربین مخفی امنیتی با برد ESP32-Cam و سنسور PIR

طراحی و پیاده سازی سیستم خوش آمدگویی به کمک آردوینو و DFPLAYER

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.