افزایش دقت سنسور PIR تشخیص حرکت در دزدگیرهای سیم کارتی Sim800L

دزدگیرهای سیم کارتی یکی از ابزارهای مهم جهت تشخیص و اعلام حضور غیر مجاز افراد در اماکن مختلف به شمار می روند. به کمک این ابزار شما می توانید از طریق تماس تلفنی، از ورود غیر مجاز افراد به محل مورد نظر مطلع شوید. یکی از ابزارهای تشخیص ورود غیر مجاز، سنسورهای مادون قرمز و یا PIR هستند. این سنسورها به کمک امواج IR، می توانند حضور افراد را تشخیص دهند. اما این سنسورها نسبت به امواج GSM بسیار آسیب پذیر بوده و خروجی آن می تواند تحت تاثیر قرار گیرد. به عنوان نمونه، سنسور تشخیص حرکت SR501 به امواج GSM بسیار حساس بوده و خروجی های غیر واقعی تولید خواهد کرد. در این آموزش به طراحی و پیاده سازی دزدگیر سیم کارتی به کمک سنسور PIR، با هدف حذف و کاهش نویز GSM می پردازیم. در ادامه، با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی ، دیجی اسپارک همراه باشید.

 

---

سنسور تشخیص حرکت PIR SR501

---

سنسور تشخیص حرکت PIR، مهم ترین و اصلی ترین قطعه الکترونیکی در پروژه دزدگیر سیم کارتی 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 آنالوگ آردوینو متصل کرده تا زمانیکه ولتاژ از ۰ ولت تغییر کرد، حرکت را تشخیص دهیم.

 

سنسور تشخیص حرکت SR501 دارای بازه تغذیه ۵ الی ۲۰ ولت است. در این پروژه ما از تغذیه ۵ ولت آردوینو 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 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 کار در فرکانس های ۸۵۰/۹۰۰/۱۸۰۰/۱۹۰۰
• قابلیت برقراری تماس صوتی دو طرفه
• قابلیت ارسال و دریافت پیامک
• قابلیت اتصال به اینترنت و ارسال و دریافت داده
• پشتیبانی از پروتکل های FTP،HTTP،SMTP و….

 

در این پروژه ما از این ماژول جهت اعلام هشدار تشخیص حرکت از طریق تماس تلفنی به کاربر استفاده می کنیم. از آنجاییکه ولتاژ کاری این ماژول بین ۳٫۴ الی ۴٫۲ قرار می گیرد، لذا از طریق ماژول کاهنده ولتاژ LM2596، ولتاژ تغذیه را از ۱۲ به ۴٫۲ کاهش دهده و به ماژول متصل می کنیم. برای راه اندازی و کار با این ماژول کاربردی سلسله آموزشی طی ۱۱ مرحله منتشر شده که با کلیک بر روی این لینک می توانید این آموزش ها را دنبال و مطالعه کنید.

 

---

برد آردوینو UNO

---

سیستم دزدگیر سیم کارتی جهت دریافت و پردازش داده های سنسور، نیاز به یک برد کنترلی/پردازشی دارد. برد آردوینو UNO، یک برد فوق العاده کاربردی در نمونه سازی اولیه و حتی محصول نهایی است. به کمک این برد به سادگی می توانید سنسورها، نمایشگرها و ماژول های مختلفی را به آن متصل کنید. این برد راه اندازی و کار با میکروکنترلر را بسیار ساده می کند. کافیست به کمک یک کابل آن را به رایانه متصل کنید. سپس به سادگی و بدون نیاز به هیچ پروگرامر جانبی، می توانید برنامه را بر روی آن منتقل کنید.

 

بر روی برد آردوینو UNO تمام ملزومات لازم جهت راه اندازی برد تعبیه شده است. از جمله این ملزومات می توان به کریستال و خازن های کاهش نوسان ولتاژ اشاره نمود. همچنین بر روی این برد یک رگولاتور ۳٫۳ ولت جهت تغذیه ماژول های مختلف قرار گرفته است. به طور کلی استفاده از برد آردوینو در پروژه ها، سبب تسریع و تسهیل روند توسعه خواهد شد. در این پروژه برد آردوینو UNO به عنوان هسته مرکزی پردازش خروجی سنسور تشخیص حرکت را بررسی کرده و در صورت لزوم، با شماره از پیش تعیین شده تماس تلفنی برقرار خواهد نمود.

 

---

ماژول کاهنده ولتاژ LM2596

---

ماژول کاهنده ولتاژ LM2596، یکی از کاربردی ترین ماژول ها در جهت تغذیه مورد نیاز قطعات و ماژول های مختلف است. به کمک این ماژول می توانید ولتاژ مورد نظر خود را در خروجی تنظیم کنید. خروجی توان این ماژول ۳ آمپر بوده و کاملا مناسب تغذیه ماژول SIM800L است. با توجه به اینکه ماژول SIM800L دارای بازه تغذیه ۳٫۴ الی ۴٫۴ بوده و در لحظه اول راه اندازی نیاز به جریان دو آمپر دارد، ماژول کاهنده ولتاژ LM2596 برای تغذیه ماژول SIM800L، بسیار کاربردی خواهد بود.

 

---

حذف نویز و افزایش دقت سنسور SR501

---

همانطور که پیشتر دیدیم، سنسور SR501 دارای خروجی دیجیتال بوده که در صورت تشخیص حرکت، ولتاژ خروجی از ۰ به ۳٫۳ ولت تغییر وضعیت خواهد داد. از آنجاییکه برد آردوینو UNO در پنج ولت، یک منطقی را از ۳ ولت به بالا در نظر می گیرد، خروجی ماژول SR501 اصطلاحا از یک قوی برخوردار نخواهد بود. بدین ترتیب این سیگنال می تواند به راحتی دستخوش تغییرات ناشی از نویز شود. جهت اطلاعات بیشتر در رابطه با سطوح منطقی ولتاژ، آموزش آن را می توانید با کلیک بر روی این لینک، کلیک نمایید. در اینجا ما به جای خواندن مقدار خروجی سنسور به صورت دیجیتال، خروجی سنسور تشخیص حرکت را به صورت آنالوگ می خوانیم. بدین ترتیب نگرانی از یک ضعیف ایجاد شده نخواهیم داشت.

در مورد بعدی، به نویز ایجاد شده توسط ماژول GSM بر روی سنسور SR501 می پردازیم. همانطور که اطلاع دارید، ماژول SIM800L یک ماژول مخابراتی سیم کارت جهت برقراری ارتباط در بستر شبکه موبایلی کشور است. از طرفی امواج GSM تولید شده توسط این ماژول، بر روی خروجی این ماژول تاثیر گذاشته و سبب تغیرات خواهد شد. این تغییرات به گونه ای است که در زمان هایی که حرکتی جلوی ماژول انجام نمی شود، ماژول حرکت را تشخیص داده و خروجی تولید می کند. در این جا، جهت از بین بردن نویز GSM، با غیر فعال کردن واحد مخابراتی این ماژول، بر این مشکل غلبه خواهیم کرد. برای این مورد، به کمک دستور زیر، ماژول را خاموش کرده و از شبکه خارج می کنیم.

AT+CFUN=0

با این دستور، ماژول مانند یک تلفن همراه خاموش شده و دیگر امواج GSM بر روی عملکرد سنسور تشخیص حرکت، تاثیری نخواهد داشت. در ادامه، هرگاه که سنسور حرکتی را تشخیص دهد، با روشن سازی مجدد ماژول مخابراتی، وقوع خطر را به کاربر اطلاع می دهیم. برای روشن نمودن ماژول می بایست از دستور زیر استفاده کنیم.

AT+CFUN=1,1

در رابطه با امکانات جانبی ماژول SIM800L در آموزشی که با کلیک بر روی این لینک قابل دسترسی است، به طور کامل صحبت کرده ایم. همچنین جهت راه اندازی و کار با این ماژول، طی ۱۱ مرحله آموزش های سلسله مراتبی را قرار داده ایم که می توانید روی این لینک کلیک کنید و آن ها را مطالعه نمایید. در ادامه آموزش به طراحی و پیاده سازی دزدگیر سیم کارتی می پردازیم. قسمت بعدی شماتیک و اتصالات را بررسی کرده و سپس به کدهای برنامه می پردازیم.

 

---

شماتیک و اتصالات

---

در این قسمت به بررسی شماتیک و اتصالات پروژه می پردازیم. همانطور که پیشتر گفته شد، در این پروژه قصد داریم اثر نویزهای مختلف، به خصوص نویز GSM را از سنسور PIR کاهش داده و حذف کنیم. در ابتدا به شماتیک زیر توجه نمایید.

 

مطابق تصویر فوق، اتصالات بین برد آردوینو و ماژول SIM800L را به شکل زیر انجام دهید. پیش از برقراری اتصالات ماژول SIM800L توجه داشته باشید که خروجی ماژول کاهنده LM2596 را پیش از اتصال به ماژول SIM800L، بر روی ۴٫۲ ولت تنظیم نمایید. این ماژول ورودی خودر را مطابق تصویر از پایه VIN آردوینو دریافت می کند.

• اتصال پایه VCC ماژول SIM800L به خروجی مثبت ماژول کاهنده ولتاژ
• اتصال پایه GND ماژول SIM800L به خروجی منفی ماژول کاهنده ولتاژ
• اتصال پایه TX ماژول SIM800L به پایه RX(0) برد آردوینو
• اتصال پایه (۱)TX آردوینو با دو مقاومت به صورت تقسیم مقاومتی به RX آردوینو

چنانچه در رابطه با تقسیم مقاومتی و محاسبات آن آشنایی ندارید، می توانید آموزش جامع آن را با کلیک بر روی این لینک مطالعه نمایید. در ادامه، اتصالات سنسور SR501 و برد آردوینو به شکل زیر انجام می گیرد.

• اتصال پایه VCC سنسور به پایه تغذیه ۵ ولت آردوینو
• اتصال پایه GND سنسور به پایه GND آردوینو
• اتصال پایه OUT سنسور به پایه A0 برد آردوینو

پس از برقراری اتصالات، نوبت به آپلود کدها روی برد آردوینو می رسد. قسمت بعدی مربوط به این موضوع است.

 

---

کدهای پروژه

---

در این قسمت به آپلود کدهای پروژه روی برد آردوینو می پردازیم. توجه داشته باشید که پیش از آپلود کد، کابل متصل به پایه RX آردوینو را جدا کرده و پس از آپلود، مجددا اتصال را برقرار سازید. همچنین توجه کنید که هنگام آپلود کدها روی آردوینو، کابل تغذیه از جک آداپتور را جدا کرده و تنها تغذیه از طریق کابل صورت گیرد.

void setup() {
  Serial.begin(115200);  //تعیین باودریت ارتباط سریال: توجه ارتباط بین ماژول SIM800L و برد اردوینو UNO، از طریق رابط سریال سخت افزاری صورت می گیرد
  delay(300);
  check_connect();  //کنترل اتصال ماژول به شبکه: در این حالت برنامه منتظر اتصال ماژول به شبکه مانده و پس از اتصال، برنامه ادامه می یابد.
  Serial.print("AT+CMGF=1\r\n");   //به کمک این دستور ارسال پیامک در حالت متن قرار می گیرد.
  delay(1000);
  Serial.print("AT+CMGD=1,4\r\n");    //به کمک این دستور حافظه پیامک ها را خالی می کنیم.
  delay(1000);
  Serial.print("AT+CSMP=17,167,0,0\r\n");   //به کمک این دستور تنظیمات ارسال پیامک را انجام می دهیم. این دستور برای سیم کارت ایرانسل الزامی است.
  delay(1000);
  send_sms("ANTI THEFT SYSTEM SUCCESSFULLY BOOTED");  //ارسال پیامک جهت اعلام موفقیت آمیز فعال شدن برد
  Serial.print("AT+CFUN=0\r\n");   //خاموش کردن ماژول مخابراتی
  delay(1000); 
  for(int j=0; j < 600; j++){  //در اینجا برای ۱۰ دقیقه منتظر می مانیم تا سنسور تشخیص حرکت کالیبره شود. سنسور SR501 پس از روشن کردن، مدت زمانی را جهت کالیبره شدن نیاز دارد.
    Serial.println(j);
    Serial.flush();
    delay(1000);
  }
}
void loop() {
  int pir = analogRead(A0);  //خواندن خروجی سنسور تشخیص حرکت
  int i = 0;
  pir = pir * 5 / 1023;
  if (pir > 2) {   //زمانیکه سنسور SR501 حرکتی را تشخیص دهد، خروجی آن ۳٫۳ ولت می شود. در اینجا اگر ولتاژ بیش از ۲ در ورودی آنالوگ قرار گیرد، حرکت را تشخیص می دهیم.
    Serial.print("AT+CFUN=1,1\r\n");  //روشن کردن ماژول
    delay(1000);
    check_connect();  //کنترل و انتظار برای اتصال ماژول به شبکه
    Serial.print("ATD+989***********;\r\n");  //برقررای تماس تلفنی، جای ستاره ها شماره تماس خود را بگذارید.
    delay(1000);
    for (i = 0; i < 20; i++)
      delay(1000);
  }

}

void check_connect() {
  char ccalr[] = {"+CCALR: 1"};
  Serial.println("WAITING TO CONNECT TO NETWORK");
  Serial.flush();
  while (true) {
    Serial.print("AT+CCALR?\r\n"); // ارسال دستور AT+CCALR به ماژول، در صورتیکه ماژول به شبکه متصل گردد ماژول عبارت CCALR: 1 را بر میگرداند
    if (Serial.find(ccalr) == true) // نتیجه تابع find در صورتی true می شود که عبارت مورد نظر یافت شده باشد، در غیر اینصورت درون حلقه تا زمانیکه نتیجه مورد نظر یافت نشود، باقی خواهد ماند
      break; // خروج از حلقه با یافتن پیام مورد نظر
  }
  Serial.println("CONNECTED TO NETWORK");
  Serial.flush();
}

void send_sms( String data) {
  String number = "";
  number = "+989***************";//در اینجا به جای ستاره ها شماره تماس خود را قرار دهید. به این شماره داده ها ارسال می گردد.
  Serial.print("AT+CMGS=\"" + number + "\"\r\n");
  Serial.flush();
  delay(1000);
  Serial.println(data);//ارسال متن پیام
  Serial.flush();
  delay(1000);
  Serial.write(0x1a);  //کاراکتر ctrl+z جهت ارسال پیام
  delay(5000);
}

 

 

---

اجرای پروژه

---

پس از آپلود کدها، نوبت به اجرای پروژه می رسد. در ابتدا زمانیکه پروژه را اجرا می کنید، پس از اتصال ماژول به شبکه، برای شماره از پیش تعریف شده در کد برنامه، پیامک زیر دریافت می گردد.

 

با اجرای برنامه، باید تا ۶۰۰ ثانیه(۱۰ دقیقه) صبر کنیم تا سنسور کالیبره شود. در این فاصله حرکتی جلوی سنسور نباید انجام شود. پس از گذشت مدت زمان ۱۰ دقیقه، زمانیکه حرکتی جلوی سنسور تشخیص حرکت صورت گیرد، برد آردوینو با ارسال فرمان، ماژول SIM800L را روشن کرده و پس از روشن شدن، با شماره تماس تعیین شده تماس تلفنی برقرار خواهد کرد.

 

---

تحلیل کدهای پروژه

---

در این قسمت به بررسی کدهای به کار رفته در پروژه می پردازیم. توجه داشته باشید که درون کدهای پروژه به صورت خط به خط، توضیح(کامنت) درج شده که شما با مطالعه آن ها می توانید روال کلی کار را دریابید. در اینجا ما به طور خلاصه به بررسی برنامه می پردازیم. در ابتدا، به کمک تابع زیر اتصال به شبکه GSM کنترل می شود.

check_connect

تابع فوق منتظر اتصال ماژول به شبکه شده و با اتصال به شبکه، برنامه ادامه می یابد. در اولین قدم پس از اتصال، به کمک تابع زیر، اتصال موفقیت آمیز ماژول به شبکه را کنترل می کنیم.

send_sms

پس از ارسال پیامک، ماژول SIM800L را خاموش کرده و برای مدت ۱۰ دقیقه(۶۰۰ ثانیه) صبر خواهیم نمود. پس از این مدت زمان، در صورتیکه حرکتی تشخیص داده شود، مجددا ماژول سیم کارت روشن شده و پس از کنترل و انتظار برای اتصال به شبکه، با شماره از پیش تعیین شده تماس خواهیم گرفت. بدین ترتیب با خاموش بودن ماژول مخابراتی حین نمونه برداری سنسور SR501، اثر نویز GSM بر سنسور از بین خواهد رفت.

 

---

لوازم مورد نیاز

---

1. برد آردویینو UNO
2. ماژول SIM800L
3. ماژول کاهنده ولتاژ LM2596
4. مقاومت یک کیلو اهمی
5. سنسور تشخیص حرکت SR501

 

---

جمع بندی

---

در این آموزش به طراحی و پیاده سازی یک دزدگیر سیم کارتی به کمک سنسور SR501 با رویکرد حذف نویز GSM بر روی سنسور، پرداختیم. سنسورهای تشخیص حرکت SR501، از سنسورهای پرکاربرد در بازار جهت طراحی و پیاده سازی دزدگیرهای مختلف به شمار می روند. به کمک این سنسورها می توانیم دزدگیرهای سیم کارتی را، به گونه ای طراحی کنیم که در صورت تشخیص حرکت با شماره از پیش تعریف شده تماس برقرار نماید. اما از آنجاییکه سیگنال های مخابراتی ماژول SIM800L بر روی عملکرد سنسور تشخیص حرکت ممکن است تاثیر گذاشته و خروجی های تصادفی ایجاد نماید، در این آموزش به ارائه روشی کاربردی جهت حذف این نویز، پرداختیم. بدین ترتیب با اطمینان بیشتری می توان اقدام به طراحی دزدگیرهای سیم کارتی نمود.

 

---

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 سنسور راه پله هوشمند بدون آردوینو و برنامه نویسی

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.