پروژه طراحی ترموستات دیجیتال هوشمند پیامکی آردوینو Sim800L

ترموستات ها یکی از مهم ترین و پرکاربردترین ابزارها در صنایع مختلف به شمار می روند. به کمک این ابزار می توانید دمای محیط را بر روی مقدار مد نظر خود، تنظیم کنید. از این ابزار می توان در گلخانه ها، سالن های صنعتی و حتی ادارات و منازل استفاده نمود. در بازار انواع مختلفی از ترموستات ها وجود دارد. اما شاید شما بخواهید نوع مد نظر خود را ساخته و بسته به نیاز خود تغییرات لازم را در آن اعمال نمایید. در این آموزش به طراحی و پیاده سازی یک ترموستات دیجیتال با قابلیت کنترل دما از طریق پیامک می پردازیم. در این دستگاه شما می توانید از طریق ارسال پیامک، دمای دستگاه را تنظیم نمایید. بر روی این دستگاه دو رله تعبیه شده است. یکی از این رله ها مربوط به فن سرما و دیگری مربوط به فن گرماست. این دستگاه دمای محیط را اندازه گیری کرده و بسته به دمای تنظیم شده توسط کاربر، فن سرما و یا گرما را جهت رسیدن دمای محیط به دمای ایده آل کاربر، فعال می نماید. در ادامه این آموزش به صورت مرحله به مرحله قطعات و جزییات این مدار را تشریح کرده و به پیاده سازی آن می پردازیم. بنابراین با  آردوینو به زبان فارسی، دیجی اسپارک، همراه باشید.

 

---

ترموستات تعریف و کاربرد

---

ترموستات ها یکی از ابزارهای کلیدی جهت کنترل دما به شمار می روند. به کمک این ابزارها شما می توانید دمای میحط را بر روی مقدار مورد نظر تنظیم کنید. این ابزارها دارای یک یا دو فن هستند. یکی از فن ها وظیفه ایجاد سرمایش و فن دیگر وظیفه ایجاد گرما را بر عهده دارد. به عنوان مثال، ترموستات های خودرویی وظیفه کاهش دما را بر عهده دارند. در سیستم ترموستات خودرویی، دما از طریق سنسور دما سنجیده شده و هر زمان که از حد خاصی بالاتر رود، به رله فن فرمان فعال سازی ارسال می شود. رله با فعال سازی فن، تا زمانیکه دمای موتور بر روی مقدار ایده آل قرار نگیرد، فعال باقی می ماند.

در این آموزش یک ترموستات ساده را طراحی و پیاده سازی می کنیم. در این ترموستات به کمک ارسال پیامک، دمای ایده آل خود را برای دستگاه تعیین می نماییم. دستگاه با اندازه گیری دمای محیط، چنانچه دمای محیط از مقدار مد نظر شما بیشتر باشد، با ارسال فرمان به رله مخصوص فن سرما، این فن را روشن می کند تا دما کاهش یابد. به طریق مشابه، چنانچه دمای محیط از مقدار مد نظر شما کمتر باشد، دستگاه با ارسال فرمان به رله مخصوص فن گرما، این فن را روشن می کند تا دمای محیط افزایش یابد. در این دستگاه به کمک فناوری پیام کوتاه، از راه دور و بدون هیچ محدودیت فاصله ای، می توانید عدد دمای مد نظر خود را برای دستگاه پیامک کنید. دستگاه با دریافت دما از سوی کاربر، متناسب با دمای محیط به رله ها فرمان صادر کرده و دمای محیط را کنترل می نماید در ادامه این پروژه به تشریح قطعات مدار پرداخته و در نهایت با ارائه شماتیک و کد برنامه، به اجرای پروژه می پردازیم.

 

---

ماژول SIM800L

---

ماژول مخابراتی SIM800L، یک ماژول سیم کارتی جهت برقراری تماس تلفنی، ارسال و دریافت پیامک و اتصال به اینترنت است. این ماژول جزو ارزانترین و البته پرکابردترین ماژول مخابراتی به شمار می رود. این ماژول خیلی سریع و ساده راه اندازی شده و پیچیدگی خاصی در راه اندازی ندارد. مهم ترین نکته در راه اندازی این ماژول، بحث تامین تغذیه آن است. در زیر به طور خلاصه به ویژگی های این ماژول می پردازیم.

• ولتاژ کاری بین ۳٫۴ الی ۴٫۴
• قابلیت ارسال و دریافت پیامک
• قابلیت برقراری تماس صوتی دو طرفه
• قابلیت اتصال به اینترنت و ارسال و دریافت داده
• پشتیبانی از پروتکل های FTP،HTTP،SMTP و….
• قابلیت کار در فرکانس های ۸۵۰/۹۰۰/۱۸۰۰/۱۹۰۰

در این آموزش ما از ماژول SIM800L جهت ارسال دمای مورد نظر به دستگاه استفاده می کنیم. دستگاه با دریافت دمای ارسالی از سوی کاربر، دمای محیط را با ارسال فرمان به فن ها تنظیم می کند. همچنین از آنجاییکه این ماژول قابلیت تماس صوتی دو طرفه را در خود جای داده، با شماره گیری شماره سیم کارت درون ماژول، تماس تلفنی قطع شده و پس از چند لحظه دمای اندازه گیری شده توسط سنسور دما به شماره از پیش تعیین شده توسط کاربر، پیامک خواهد شد. ماژول SIM800L جهت راه اندازی نیاز به رعایت نکاتی است. برای راه اندازی و کار با این ماژول، طی ۱۱ مرحله سلسله آموزشی در دیجی اسپارک قرار گرفته که با کلیک بر روی این لینک، می توانید آن را مطالعه کنید.

 

---

برد آردوینو در ترموستات دیجیتال

---

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. در این پروژه برد آردوینو به عنوان هسته مرکزی، برنامه نوشته شده جهت دریافت فرمان تنظیم دما از طریق پیامک را اجرا می کند.

 

---

سنسور دما 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 ولتاژ کاری: ۳ الی ۵ ولت
• محدوده اندازه گیری رطوبت:  ۲۰ الی ۸۰ درصد با ۵ درصد خطا
• محدوده اندازه گیری  دما: ۰ الی ۵۰ درجه سانتی گراد با دو درجه خطا

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.

 

در این پروژه ما برای سنجش دمای محیط و مقایسه با دمای تنظیم شده توسط کاربر، از سنسور DHT11 استفاده کرده ایم. البته شما می توانید برای دقت بالاتر و بازه اندازه گیری بیشتر، از سنسور DS18B20 استفاده نمایید.

 

---

ماژول رله در ترموستات دیجیتال

---

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.  توجه کنید که این ماژول می تواند تا ۱۰ آمپر جریان را بر روی ترمینال های خود تحمل نماید. البته شما می توانید بسته به جریان موتورهای خود، رله مناسب را با توجه به جریان اولیه راه اندازی موتور انتخاب نمایید. از آنجاییکه در این پروژه به دو فن، یکی برای تولید سرما و دیگری برای تولید گرما نیاز داریم، لذا می بایست از دو رله مجزا جهت فرمان به رله ها استفاده نماییم. ترموستات پیامکی این پروژه پس از رساندن دمای محیط به دمای مطلوب کاربر، فرمان قطع به رله فن ها صادر می نماید.

 

---

ماژول کاهنده ولتاژ LM2596

---

ماژول های کاهنده ولتاژ یکی از ابزارهای مهم و پرکاربرد جهت تبدیل و کاهش ولتاژ ورودی به ولتاژ ایده ال در خروجی است. به کمک این ماژول ها می توانید با قرار دادن ولتاژ مد نظر در ورودی، ولتاژ ایده آل خود در خروجی را دریافت نمایید. ماژول های کاهنده ولتاژ دارای دو نوع ولتاژ خروجی ثابت و متغیر هستند. در نوع ثابت ولتاژ خروجی همواره یک مقدار مشخص خواهد بود. اما در نوع متغیر، شما می توانید ولتاژ مورد نظر خود را تنظیم نمایید. ماژول کاهنده ولتاژ LM2596، یک ماژول کاهنده ولتاژ با خروجی متغیر است. به کمک این ماژول می توانید ولتاژ های ورودی تا ۴۰ ولت را به سادگی در خروجی به میزان مد نظر خود تبدیل کنید.

 

در این آموزش ما از یک آداپتور ۱۲ ولت ۵ امپر جهت تغذیه آردوینو استفاده می کنیم. از طرفی دیگر، از آنجاییکه ولتاز کاری ماژول SIM800L بین ۳٫۴ الی ۴٫۳ است، ما به کمک ماژول کاهنده، ولتاژ را از ۱۲ به ۴ ولت که مناسب راه اندازی ماژول SIM800L است، کاهش می دهیم.

 

---

شماتیک و اتصالات ترموستات دیجیتال

---

در این قسمت به بررسی شماتیک و اتصالات پروژه می پردازیم. در ابتدا تصویر زیر نمای کلی از شمای اتصالات را نمایش می دهد.

 

مطابق تصویر فوق، اتصالات مدار را به صورت قسمت به قسمت ادامه می دهیم. در ابتدا اتصالات بین سنسور DHT11 و برد آردوینو UNO را به صورت زیر انجام دهید.

DHT11	آردوینو
VCC	۵V
GND	GND
۲	OUT

 

در ادامه اتصالات بین ماژول SIM800L و برد آردوینو UNO به صورت زیر انجام می شود.

SIM800L	آردوینو
TX	۰(RX)
به کمک تقسیم مقاومتی به پایه RX	۱(TX)

 

برای تغذیه سیستم ما از یک آداپتور ۱۲ ولت ۵ آمپر استفاده می کنیم. با اتصال این آداپتور به جک تغذیه آردوینو، برد تغذیه می شود. همچنین این ولتاژ ۱۲ ولت ۵ آمپر در پایه VIN آردوینو قرار می گیرد. در اینجا ما به کمک مبدل کاهنده ولتاژ LM2596، ولتاژ ۱۲ ولت را به ۴ ولت که ایده آل ماژول SIM800L است، تبدیل می کنیم. برای این مورد ورودی مثبت ماژول کاهنده به پایه VIN و ورودی منفی آن به پایه GND آردوینو متصل می شود. سپس خروجی این ماژول را به کمک مولتی ترن، بر روی ۴ ولت تنظیم می کنیم. در نهایت پایه خروجی مثبت ماژول کاهنده به پایه VCC ماژول SIM800L و پایه خروجی منفی ماژول کاهنده به پایه GND ماژول SIM800L متصل می گردد.

توجه: پیش از اتصال خروجی ماژول کاهنده به ماژول SIM800L، ابتدا ولتاژ را تنظیم کرده و سپس اتصال را برقرار سازید.

در نهایت برای ماژول های رله، ماژول رله متصل به فن گرما به پایه ۵ و فن سرما به پایه ۴ متصل می گردد. تغذیه مازول رله نیز از ۵ ولت تامین می گردد. همچنین جهت اتصال فن به مازول رله، توجه داشته باشید که موتورهای الکتریکی در لحظه راه اندازی اولیه، تقریبا ۸ الی ۱۰ برابر جریان نامی خود، به جریان نیاز دارند. بنابراین رله می بایست توان تحمل این جریان را داشته باشد. همچنین جهت اتصال بار به خروجی رله، در می توانید با کلیک بر روی این لینک، اطلاعات لازم را در صورت نیاز مطالعه نمایید. پس از اجرای سیم کشی های مدار، نوبت به آپلود کد برنامه بر روی آردوینو می رسد.  در قسمت بعدی به این موضوع می پردازیم.

 

---

کدهای پروژه ترموستات هوشمند پیامکی

---

پس از اینکه سیم کشی های مدار را بررسی کردیم، نوبت به آپلود کدهای برنامه بر روی برد آردوینو UNO می رسد. از آنجاییکه ما از سریال سخت افزاری جهت ارتباط آردوینو و SIM800L استفاده می کنیم، بنابراین هنگام آپلود برنامه بر روی برد، کابل متصل به پایه RX آردوینو را جدا کرده و پس از آپلود برنامه، کابل را متصل کنید.

 

 

---

اجرای پروژه ترموستات هوشمند پیامکی

---

در این قسمت به اجرای پروژه ترموستات هوشمند پیامکی می پردازیم. در این پروژه شما می توانید با ارسال پیامک، دمای ترموستات را از راه دور کنترل کرده و بر روی عدد دلخواه خود تنظیم کنید.  برای ارسال عدد دمای مد نظر برای ترموستات، می بایست از فرمت زیر استفاده کنیم.

#عدد دما!

مطابق فرمت فوق، عدد دمای مد نظر را باید بین یک علامت تعجب و # قرار دهید. این مورد را می توانید در تصویر زیر مشاهده نمایید.

 

پس از ارسال پیامک و دریافت آن توسط ماژول، برنامه دمای دریافتی را با دمای واقعی محیط می سنجد. در این حالت چنانچه دمای محیط از دمای ارسال شده توسط کاربر بیشتر باشد، برد آردوینو به رله سرما فرمان ارسال کرده تا با فعال سازی آن، دمای محیط کاهش یافته و به مقدار ایده آل کاربر برد. به طور مشابه، چنانچه دمای محیط از دمای ارسال شده توسط کاربر کمتر باشد، برد آردوینو با فعال سازی رله گرمایی، سعی در افزایش دمای محیط جهت رسیدن به دمای ایده آل کاربر را خواهد داشت. برنامه نوشته شده به گونه ای است که وضعیت کاری دستگاه را در سریال مانیتور نمایش می دهد. این مورد در تصویر زیر قابل مشاهده است.

 

شایان ذکر است که دستگاه پس از رسیدن دمای محیط به دمای ایده آل کاربر، فن را خواموش خواهد نمود. در ادامه اجرای برنامه، شما می توانید از دمای محیط نیز گزارشی در قابل پیامک دریافت کنید. برای این کار کافیست به شماره سیم کارت درون ماژول تماس بگیرید. دستگاه با دریافت تماس، آن را قطع می کند. پس از چند لحظه، دمای فعلی محیط به شماره ای که درون کدهای برنامه تعریف شده، پیامک خواهد گردید.

 

در این پروژه ما جهت سنجش دمای محیط از سنسور دمای DHT11 استفاده کرده ایم. شما می توانید جهت افزایش دقت و بازه اندازه گیری، از سنسور دمای DS18B20 استفاده نمایید.

 

---

تحلیل کدهای پروژه ترموستات هوشمند پیامکی

---

در این قسمت به تحلیل و بررسی کدهای پروژه ترموستات هوشمند پیامکی می پردازیم. توجه داشته باشید که درون کدهای برنامه، به ازای هر خط توضیح(کامنت) درج شده است. بنابراین با مطالعه توضیحات برنامه می توانید روال کامل کار را دریابید. در اینجا ما نیز به طور مختصر به شرح کلی کار می پردازیم. در این برنامه ۴ تابع اصلی زیر وظیفه اجرای برنامه را بر عهده دارند.

• check_connect
• get_temp()
• set_temp()
• send_temp()

تابع check_connect وظیفه کنترل اتصال ماژول SIM800L را به شبکه، بر عهده دارد. زمانیکه ماژول SIM800L به شبکه متصل می شود، مدت زمانی را برای اتصال به شبکه لازم دارد. این تابع منتظر اتصال ماژول به شبکه مانده و پس از برقراری اتصال، اجرای برنامه آغاز می گردد. در ادامه تابع get_temp پیامک های دریافتی را بررسی کرده و در صورت دریافت پیام با فرمت مشخص، دما را تعیین می کند. در نهایت تابع set_temp دمای دریافتی از سوی کاربر به کمک پیامک را با دمای محیط  مقایسه کرده و فرمان لازم را به فن های سرما و یا گرما صادر می نماید. در نهایت تابع send_temp با تشخیص دریافت تماس تلفنی، ابتدا تماس را قطع کرده و سپس با دریافت دما از سنسور DHT11، مقدار آن را به شماره ای که در کد برنامه تعریف شده، پیامک می نماید.

 

---

لوازم مورد نیاز

---

ماژول رله(۲عدد)

مقاومت یک کیلو اهمی

برد آردوینو UNO

آداپتور ۱۲ ولت ۵ آمپر

سنسور دمای DHT11

ماژول کاهنده ولتاژ LM2596

ماژول سیم کارت SIM800L

سنسور دمای DS18B20 کابل دار

 

---

جمع بندی

---

در این آموزش به طراحی و پیاده سازی یک سیستم ترموستات پیامکی به کمک  برد آردوینو و ماژول سیم کارت SIM800L پرداختیم. به کمک این ترموستات شما می توانید از راه دور دمای محل مورد نظر خود را کنترل کنید. برای این مورد، به شماره سیم کارت درون دستگاه یک پیامک که متن آن عدد دمای مد نظر است، ارسال می کنیم. دستگاه پس از دریافت دما، با اندازه گیری دمای محیط به کمک سنسور دما، فرمان لازم جهت سرد و یا گرم شدن محیط را به رله های فن صادر می نماید. از طرفی دیگر، شما می توانید با برقراری یک تماس با سیم کارت دستگاه ترموستات، دمای لحظه ای محیط را دریافت نمایید.

 

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.