خانه هوشمند مدارهای الکترونیک

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

create-smart-light-with-pir-hc-sr501-and-relay-digispark
نوشته شده توسط معین صابری

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 ما بدون برنامه نویسی و نیاز به برد آردوینو، اقدام به طراحی و پیاده سازی لامپ سنسور دار سقفی، مخصوص راه پله می کنیم. در پایان این آموزش شما قادر خواهید بود که به سادگی، لامپ سنسور دار خود را بسازید. در ادامه با مرجع تخصصی الکترونیک، 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 تشخیص حرکت PIR SR501


سنسور تشخیص حرکت PIR، مهم ترین و اصلی ترین قطعه الکترونیکی در پروژه ساخت سنسور راه پله به شمار می رود. 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 می شود. سنسور 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 PIR SR501 - دیجی اسپارک

 

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.

تنظیمات ماژول تشخیص حرکت PIR HC-SR501 - دیجی اسپارک

 


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.

ماژول رله تک کانال Relay - دیجی اسپارک

 

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 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.

ترانزیستور BC547 و علت استفاده از آن - دیجی اسپارک

 

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.

ترانزیستور BC547 در سنسور PIR - دیجی اسپارک

 


شماتیک و اتصالات


در این قسمت به بررسی شماتیک و اتصالات مدار می پردازیم. تصویر زیر شمای کلی از سیم کشی مدار را نشان می دهد.

شماتیک و اتصالات مدار سنسور راه پله - دیجی اسپارک

 

  • 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.

پس از سیم کشی مدار، 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.

 


پروژه چراغ سقفی با سنسور PIR HC-SR501


پس از برقراری اتصالات و سیم کشی های مدار، نوبت به اجرای پروژه 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 تشخیص داده شود، لامپ روشن خواهد شد.

پروژه چراغ سقفی با سنسور PIR HC-SR501  - دیجی اسپارک

 

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.

 

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.

 

درباره نویسنده

معین صابری

کارشناسی ارشد رشته معماری سیستم های کامپیوتری

مالي که ز تو کس نستاند، علم است
حرزي که تو را به حق رساند، علم است
جز علم طلب مکن تو اندر عالم
چيزي که تو را ز غم رهاند، علم است
(شیخ بهایی)

تبادل نظر و رفع عیب با ثبت دیدگاه

۱۲ دیدگاه

  • سلام مهندس
    روی ماژول تشخیص حرکت سه تا قسمت مسی کوچک وجود دارد که اولیش L و وسطی اسم ندارد و سومیش H این پایه کدومش باید وصل بشن ؟
    و کلا این پایه ها مربوط به چی هست ؟

    • سلام
      این ماژول دارای دو مد کاری AUTO RESET و حالت غیر AUTO RESET است. عبارت H برای AUTO RESET و حالت L برای مد غیر AUTO RESET است. مد AUTO RESET حالتی است که در آن ماژول زمانیکه حرکت تشخیص دهد، خروجی یک شده و تا زمانیکه حرکت جلوی ماژول متوقف نشده است، یک باقی خواهد ماند. در حالت غیر auto reset، ماژول زمانیکه حرکتی را تشخیص می دهد خروجی برای مدتی یک بوده و سپس ۰ خواهد شد. پس از تشخیص مجدد حرکت، خروجی ۱ می شود. در صورتیکه پد عبارت H را به پد وسط لحیم کنید، ماژول در حالت AUTO RESET قرار می گیرد. در صورتیکه پد L را به پد وسط لحیم کنیم، ماژول در حالت غیر از AUTO RESET قرار خواهد گرفت.

      • سلام جناب مهندس وقتتون بخیر،
        من دقیقا سر همین موردی که شما فرمودین گیر کردم، طبق فرمایش شما پد H رو به پد وسط لحیم کردم برای اینکه تا وقتی حرکت جلوش انجام میشه، خروجی وصل بمونه و هی قطع و وصل نشه
        اما با این وجود همچنان پس از طی شدن زمان تایمر، خاموش میشه و مجددا روشن میشه، یعنی عملا تغییری در کارکرد ماژول ایجاد نشده
        همچنین در حالت عادی بدون لحیم کردن به پد L ، بازهم ماژول عملکرد عادی خودش رو داره،
        درکل این پدها اصلا تغییری در کارکرد ماژول من ایجاد نمیکنه، علتش چی میتونه باشه مهندس؟

        • سلام و متشکر از شما
          مورد عجیبی است، لطفا پتانسیومتر مربوط به حساسیت را به گونه ای بچرخانید که حساسیت کمی بیشتر شود، سپس مورد را تست کرده و نتیجه را در کامنت بعدی اعلام نمایید.

          • درضمن جناب مهندس، جامپر ماژول من بصورت پد smd هست و مثل اخرین تصویری که شما گذاشتین و دارای پین هدر هست، نیست، ممکنه این نوع از ماژول ها چنین مشکلی داشته باشن؟

            • فکر نمی کنم چنین باشد!
              شما پس از لحیم کردن، زمانی که در برابر سنسور می ایستید، باز هم قطع و وصل وجود دارد؟

              • بله مهندس، درواقع وقتی حرکت کنم وصل میشه، بعد از طی شدن زمان تایمر، چندثانیه خروجی قطع میشه و بعد دوباره اگر حرکت کنم وصل میشه

                • در رابطه با این خروجی توجه کنید که اگر حرکتی یکبار تشخیص داده شود، این خروجی برای همیشه یک باقی نمی ماند! در این حالت تا زمانیکه حرکت تشخیص دهد و جلوی سنسور حرکت باشد، خروجی یک باقی می ماند. در صورتیکه این پایه را لحیم نکنید یا به پایه L لحیم کنید، در صورت تشخیص حرکت، بعد از چند ثانیه خروجی ۰ شده و مجددا خروجی یک می شود.

                  • بله مهندس حرفتون کاملا صحیحه، در واقع وقتی پایه h لحیم شده باشه با تشخیص هر حرکت، تایمر ماژول ریست میشه و از اول شروع به شمردن میکنه تا زمانی که دیگه حرکتی رو تشخیص نده،
                    مسئله من هم همینه که تایمر ریست نمیشه

                    • مورد عجیبی شد!
                      از دیگر دسوتان تقاضا دارم در بحث شرکت کنند، اگر برای شما مقدور است، با سنسور دیگری مورد را تست و بررسی کنید و نتیجه را لطفا در کامنت اعلام نمایید.