اردوینو – وبلاگ آردوینو

جلسه بیست و هفتم : راه اندازی RFID با آردوینو

سلام
این جلسه قصد دارم در مورد راه اندازی ماژول های RFID باهاتون صحبت کنم . این که تکنولوژی RFID چیه و چجوری کار می کنه و اینا رو طبق معمول یه عده از دوستان زحمت کشیدن نوشتن (بهتر و کامل تر از چیزی که من قراره بگم ) اما خب جهت آشنایی با RFID و وسواس های انتخاب در قطعات و تگ ها یه مقدار صحبت می کنیم با هم .

برای توضیح RFID با یه کاربرد رایجش شروع می کنیم. قدیما وقتی می رفتیم پارکینگ بهمون یه تیکه کاغذ میدادن که ساعت ورودمون به پارکینگ رو روش زده بود و موقع برگشت هم کاغذ رو پس میدادیم به مسئولش . اونم دستی حساب می کرد و رقم نهایی رو اعلام میکرد .
الان وقتی میریم پارکینگ موقع ورود بهمون یه کارت میدن . موقع برگشت وقتی کارت رو تحویل میدیم مسئولش کارت رو میگیره مقابل یه دستگاهی و بعد از گذشت چند ثانیه رقم نهایی رو اعلام می کنه .
کارتی که باهاش این کار انجام میشه کارت RFID هست.

به طور کلی RFID از Radio Frequency Identification میاد و معنی فارسی اش میشه شناسایی فرکانس رادیویی. شناساییش خب معلومه ، کلا هدف از این سیستم ها اینه که اطلاعات یه جا ذخیره بشه و موقع نیاز از اون اطلاعات استفاده بشه و عمل شناسایی اون داده انجام بشه. اما فرکانس رادیویی یعنی چی ؟ اگه به همون مثال پارکینگ برگردیم ، تو مدل های کارتی پارکینگ ها موقع خروج ، مسئول پارکینگ کارت رو میگیره جلوی یه دستگاه . نه سیم و کابل و رابطی وجود داره و نه حتی نیازی وجود داره که کارت رو بچسبونه به اون دستگاه . با یه فاصله کارت رو از دستگاه نگه میداره و هزینه پارکینگ رو اعلام می کنه. همین موضوع یعنی این ارتباط به صورت بی سیم داره برقرار میشه و به همین خاطر هم اسم رادیویی رو میزارن روش. اما چرا فرکانسی ! همونطور که وقتی میخوایم از یه مبدا برسیم به یه مقصد ، توی یه خیابون به طور متوسط دو تا لاین وجود داره ، هموطنور هم وقتی قراره یه داده به صورت بی سیم ارسال بشه داده میتونه روی فرکانس های مختلف ( به عنوان لاین ) ارسال بشه مثلا 2.4G یا 5.8G .
در مورد ماهیت تکنولوژی RFID میتونید از این لینک اطلاعات کامل تری رو به دست بیارید

*******************************************************

تو سیستمهای RFID به طور کلی دو بخش سخت افزاری وجود داره :
یه ریدر ( Reader ) و یه تگ یا کارت .
اول در مورد تگ صحبت می کنیم.تگ یا کارت های RFID یه تراشه توی خودشون دارن که روی اون تراشه یه سری دیتا ذخیره شده ( همون دیتاهایی که ما لازم داریم روی این تگ ها ذخیره کنیم ) . علاوه بر تراشه ، روی تگ یا کارت های RFID آنتن هم وجود داره .
rfid-card

rfid-chip-and-antenna-3
این دو تا عکس رو ببیند . توی یکیش یه تگ رو نشون داده و توی یکیش یه کارت رو نشون داده . میتونید چیپ و آنتن رو توی این عکس ها ببینید.
مدل های مختلف این تگ / کارت ها رو میتونید اینجا ببینید.

به ظاهر تگ ها نگاه کنید .بعضی هاشون دایره ای شکل هستن . بعضی هاشون مستطیلی . بعضی ها شفاف هستن . بعضی ها سکه ای . بعضی ها چسبی هستن . بعضی ها کارتی و بعضی ها هم مدل سر کلیدی .
میبیند که شکل های مختلفی دارن . بر حسب این که برای چه کاربردی از این تگ ها بخواد استفاده بشه شکلشون فرق می کنه . روی بعضی از دستگاه های الکترونیکی که میخریم مدل چسبیش رو زدن ، توی استخرا مدل دستبندیش رو گذاشتن و ….

به طور کلی تگ ها رو به دو شکل میشه تقسیم بندی کرد.
1. روش تغذیه تگ ها
2. فرکانس تگ ها

در مورد فرکانس تگ ها صحبت خواهیم کرد اما در مورد روش تغذیه یه توضیح کوتاه میدیم . قائدتا این چیپی ( تراشه ) که روی تگ های RFID گذاشتن باید بهش پاور داده بشه تا فعال بشه و بتونه کار کنه ( مثل تمام چیپ های دیگه) . بر حسب این که پاور چطوری تامین بشه دو نوع تگ داریم :
1. تگ اکتیو (Active)
2. تگ پسیو (Passive)
تگ های پسیو برای تامین پاورشون از هیچ باتری ای استفاده نمی کنن. روش کار این تگ ها به این صورته که هر وقت آنتن روی کارت سیگنالی دریافت کنه ( که این سیگنال در واقع از سمت ریدر ارسال شده ) انرژی اون سیگنال ، چیپ روی تگ رو فعال می کنه و چیپ میتونه اطلاعات ذخیره شده روی خودش رو برای ریدر بفرسته (از طریق آنتن ) . چون قراره پاور چیپ از انرژی سیگنال دریافتی تامین بشه نباید فاصله بین ریدر و تگ خیلی زیاد باشه . عملا این تگ ها ساختار ساده دارن و قیمت هاشون هم بالا نیست.
اما تگ های اکتیو این طوری نیستن . تگ های اکتیو روی خودشون یه باتری کوچیک دارن که ولتاژ مصرفی چیپ از اون تامین میشه. بر حسب این که طول عمر باتری ای که روی تگ هست چقدره قیمت تگ های اکتیو فرق میکنه اما در کل قیمت تگ های اکتیو از تگ های پسیو خیلی بیشتره . یه مشکلی که تگ های اکتیو دارن اینه که وقتی طول عمر باتری تموم شه عملا چیپ روی تگ خاموش میشه . بعضی از تگ ها طوری ساخته میشن که دسترسی به باتریشون راحته و میشه وقتی باتری تموم شد تعویضش کنن اما بعضی تگ ها به هیچ عنوان نمیشه به باتریشون دسترسی داشت . در این موارد باید تگ رو انداخت سطل آشغال !!!

اما در مورد فرکانس تگ های RFID . یه نگاهی به اسم تگ هایی که تو آفتاب لینک دادم بندازید. تو اسم بعضی ها نوشته 13.56MHz ، تو بعضی ها نوشته 125khz و تو بعضی ها هم نوشته UHF . چیزی که واضحه اینه که این عددا مربوط به فرکانس هستن ( چون واحدها به ترتیب مگاهرتز و کیلوهرتز هستن و اینا واحد فرکانس هستن ). حالا داستان چیه ؟ چرا تگ ها فرکانساشون فرق می کنه ؟
جواب اینه که کلا سه تا باند فرکانسی برای RFID داریم .
1. باند LF یا همون Low Frequency : بین 125 تا 134 کيلوهرتز (در عمل همون 125khz رو در نظر میگیریم.)
2. باند HF یا همون High Frequency :محدوده 13.56 مگاهرتز
3. باند UHF یا همون Ultra High Frequency : محدوده 860 تا 960 مگاهرتز
هر چقدر فرکانس کاری RFID بالاتر باشه فاصله ای که تگ میتونه از ریدر داشته باشه هم بیتشر میشه . به عنوان مثال سیستم های RFID ای که از باند UHF استفاده می کنن فاصله تگ و ریدرشون تا چند متر هم میرسه اما سیستم هایی که با باند LF کار می کنن فاصله تگ و ریدر فقط چند سانتی متره .
یه سوال بوجود میاد این وسط . آیا میشه هر تگی رو روی هر وسیله ای چسبوند ؟ جواب منفیه . همونطور که میدونید این یه قانونه که هر چی فرکانس بره بالاتر طول موجش کوتاه تر میشه . و همین اختلاف طول موج عاملی میشه تا هر فرکانس RFID برای یه هدف خاص مورد استفاده قرار بگیره . اینجا یه سری اطلاعات گذاشته که چه باند فرکانسی ای برای چه کاربردی مناسبه .

در مورد کارت های ( یا تگ ها ) یه نکته مهم دیگه هم وجود داره و اون هم دیتایی هست که توی کارت ذخیره میشه . ما به این دیتا میگیم آیدی (ID) . این دیتا میتونه شماره پلاک ماشین باشه ، میتونه شماره پرسنلی کارمند باشه ، میتونه شماره کمد تو استخر باشه . فرقی نمی کنه این دیتا مربوط به چیه . مهم اینه تمام این دیتاها میشن یه سری عدد و توی این کارت ها ذخیره میشن .
حجم داده ای که توی این کارتها ذخیره میشه متفاوته و یکی از فاکتور های مهم در خرید کارت / تگ اینه که حافظه این کارت برای کار مورد نطر کافی هست یا نه .

*******************************************************

قسمت دوم یه سیستم RFID ، ریدر بود. ریدر ماژول یا دستگاهی هست که اطلاعات رو از تگ RFID دریافت می کنه و بعد از اون میتونه هر بلایی سرش بیاره . میتونه وصل بشه یه میکروکنترلر مثل آردوینو و داده رو بفرسته برای آردوینو تا مورد پردازش قرار بگیره . میتونه داده رو مستقیم بفرسته برای کامپیوتر تا توی کامپیوتر مورد استفاده قرار بگیره . بسته به این که پروتکل ارتباطی چی باشه نوع انتقال داده اش هم فرق می کنه.
مثلا این دستگاه ریدر رو در نظر بگیرید :
rfid_jt400_3-500x500
این ریدر با یه کابل USB وصل میشه به کامپیوتر و تنها کاری که برای راه اندازیش لازمه انجام بشه اینه که یه notepad باز کنید و کارت رو مقابل ریدر قرار بدید . دیتا از کارت فرستاده میشه برای ریدر و ریدر اون دیتا رو از طریق کابل USB میفرسته برای کامپیوتر . کامپیوتر هم اون دیتا رو روی notepad نشون میده .

اما به این ماژول نگاه کنید :
rc522_rfid_reader-500x500
این ماژول پروتکل ارتباطیش SPI هست. مراحل استفاده از این ماژول به این صورته که کارت رو مقابل آنتن این ریدر قرار میدیم. ریدر دیتا رو دریافت می کنه . اما چون پروتکا ارتباطیش SPI هست باید حتما به یه میکروکنترلر وصل بشه و دیتا رو برای اون ارسال کنه . کاری هم که ماقصد داریم توی این جلسه انجام بدیم دقیقا همینه . قصد داریم دیتای یه کارت RFID رو به وسیله این ماژول بخونیم و توی کنسول آردوینو نمایش بدیم .
مجموعه کاملی از ریدرهای RFID رو میتونید اینجا ببینید.

دقیقا مثل تگ ها ، ریدر ها هم همون سه تا باند فرکانس LF و HF و UHF رو دارن .

اما یه سوال پیش میاد و اون هم اینه که آیا مثلا یه ریدر 13.56مگاهرتز میتونه یه تگ 125کیلوهرتزی رو بخونه ؟ جواب اکیدا منفیه. هر ریدری فقط میتونه تگ فرکانس خودش رو بخونه . ریدر 13.56 فقط میتونه تگ 13.56 رو بخونه . هیچ کدوم از تگ های دو باند دیگه روی این ریدر کار نمی کنن.

*******************************************************

تا این جای آموزش فقط داشتیم می گفتیم RFID چیه ، هر سیستم RFID چه اجزائی داره و اجزائش رو که همون تگ ها و ریدرها بودن معرفی کردیم .
حالا میریم سراغ راه اندازی ماژول RC522 با اردوینو .
این ماژول که از اینجا میتونید بخریدش فرکانس کاری اش 13.56 مگاهرتز هست و پروتکل ارتباطیش هم SPI .
مثل جلسه های پیش اول سیم بندیش رو برای اتصال با آردوینو قرار میدیم:
rfid-522-diagram-pinout-wire-arduino

اگه سیم بندی این ماژول رو با سیم بندی NRF که تو جلسه قبل بود مقایسه می بینید که پینهای SCK ، MISO و MOSI دقیقا مثل سیم بندی NRF به آردوینو وصل شده و این یعنی این سه تا پین فیکس هستن . میمونه دو تا پین. پین RST و پین SDA . پین SDA که همون پین چهارم پروتکل SPI هست ( همون CS خودمونه ) که اینجا اسمش شده SDA . بنابراین این پین میتونه به هر پین دیجیتال دلخواهی متصل بشه .پین RST هم پین ریست خود ماژول RC522 هست . این پین هم میتونه به هر پین دیجیتال دلخواهی متصل بشه .

**** باز هم به این موضوع دقت کنید که ولتاژ مصرفی این ماژول 3.3 هست 5 ولت نیست . بزنید به 5 ولت احتمال سوختنش مساوی است با 100% .
*******************************************************
و اما کد :
2016-10-31_12-44-52

قسمت 1 : معرفی کتابخونه هایی هست که داریم استفاده می کنیم. کتابخونه های استفاده شده در این کد کتابخونه های SPI و MFRC522 هستن . کتابخونه SPI کتابخونه پیش فرض آردوینو هست و هیچ نیازی به نصبش وجود نداره. اما کتابخونه MFRC522 باید به لیست کتابخونه های آردوینو اضافه بشه . فایل نصبش هم تو لینک انجمن قرار داده شده.

قسمت 2 : یک شیء به نام mfrc522 از آبجکت MFRC522 بوجود اومده . شیء ای که ساخته شده دو تا آرگومان داره . آرگومان اولش شماره پین SDA استفاده شده هست که تو پروژه ما میشه پین شماره 10 . آرگومان دوم هم شمار پین RST استفاده شده هست که ما از پین شماره 9 استفاده کردیم. همونطور که قبلا اشاره کردم این دو تا پین میتونن هر دو تا پین دیجیتال دلخواهی باشن به شرط این که توی این خط کد هم اون تغییر لحاظ بشه.

قسمت 3 : این قسمت تنظیمات تابع setup هست. تنظیماتی که تو این برنامه انجام شده تنظیم بادریت ارتباط سریال آردوینو و کامپیوتر ، فعال کردن ارتباط SPI بین آردوینو و ماژول RC522 و فعال کردن و تنظیم کردن خود ماژول RC522 هست. منظورمون از تنظیم کردن RC522 این هست که توی کتابخونه ای که برای RC522 نوشتن ( همون کتابخونه MFRC522 که بالا صداش کردیم ) میاد تمام تنظیمات و متغیرهای RC522 رو تنظیم و مقدار دهی میکنه و به اصلاح خودمون RC522 رو برای شروع کار کانفیگ می کنه . این تنظیمات رو کتابخونه انجام داده تا دردسر ما برای راه اندازی این ماژول به حداقل برسونه.

و اما تابع Loop:
2016-10-31_12-56-18

قسمت 1 : این قسمت یه if نوشته شده که به شرط این که ریدر کارت RFID ای رو در نزدیکی خودش پیدا کنه از این if رد بشه . در غیر ای صورت انقدر صبر می کنه تا یه کارت در نزدیکی ریدر دیده بشه.

قسمت 2 : این if میاد چک می کنه آیا کارتی که در نزدیکی ماژول ریدر قرار گرفته میشه باهاش ارتباط برقرار کرد و دیتاش رو خوند یا نه . اگر بتونه با کارت ارتباط برقرار کنه که از if رد میشه در غیر اینصورت پروسه خوندن آیدی کارت متوقف میشه .

قسمت 3 : وقتی وارد این قسمت میشه یعنی یه کارت RFID نزدیک ریدر تشخیص داده شده و ریدر تونسته با کارت ارتباط برقرار کنه حالا مرحله خوندن اطلاعات روی کارت رسیده . اول یه Serial.print می کنه . این قسمت فقط برای اینکه که تو کنسول داده ای که چاپ میشه قابل فهم تر باشه و اگر این خط کد برداشته هم بشه هیچ اتفاقی نمی افته . بعد از اون یه حلقه for داریم . ساختار کد نویسی حلقه for اینجا کامل توضیح داده شده. حلقه for ای که مانوشتیم یه قسمت خیلی مهم داره و اون هم حد نهاییشه ، یعنی mfrc522.uid.size . این دستور میاد حجم حافظه کارت رو در میاره . یعنی ممکنه توی یه کارت 10 بایت اطلاعات ذخیره شده باشه. خروجی این دستور میشه عدد 10 بنابراین این حلقه 10بار تکرار میشه . توی حلقه چه اتفاقی می افته ؟ یه سریال پرینت انجام میشه . چی پرینت میشه ؟ [mfrc522.uid.uidByte[i . توی هر بار تکرار شدن حلقه for یک بایت از اطلاعات کارت پرینت میشه . با تغییر مقدار i در هر بار تکرار شدن حلقه for یک بایت جدید از کارت خونده میشه . یعنی وقتی برای اولین بار وارد حلقه میشیم [mfrc522.uid.uidByte[0 پرینت میشه . دور بعد [mfrc522.uid.uidByte[1 ، دور بعد [mfrc522.uid.uidByte[2 و الی آخر. یه کار متفاوت که توی این کد انجام داده اینه که به جای اینکه خروجی دستورmfrc522.uid.uidByte رو بریزه تو یه متغیر بعد اون متغیر رو چاپ کنه ، مستقیم اومده خروجی دستور رو چاپ کرده . با این کار تو خطوط کد نویسیش صرفه جویی کرده . در مورد دستور پرینت دو تا نکته وجود داره :
1.این که Serial.print نوشته شده نه Serial.println . اگر println نوشته میشد هر بایت توی یه خط چاپ می شد اما الان با print تمام بایت ها پشت سر هم چاپ میشن.
2.توی آرگومان دوم این دستور نوشته شده HEX . این آرگومان باعث میشه کد هگز آیدی کارت تو کنسول نمایش داده باشه . اگه میخواید خود آیدی رو ببینید کافیه HEX , رو بردارید تا دستور فقط یک آرگومان داشته باشه .
2016-10-31_13-34-31
قسمت 4 : اومده یه println خالی نوشته تا برای کارت های بعدی آیدی توخط بعد چاپ بشه . دستور mfrc522.PICC_HaltA باعث میشه اگر یک کارت رو مدت طولانی روی ریدر قرار بدی فقط یک بار آیدی اون کارت چاپ بشه . بهترین راه برای درک عملکرد این دوتا تصویر زیره :
2016-10-31_13-34-31

برای تست پروژه کافیه سیم بندی رو انجام بدید. کنسول آردوینو رو باز کنید و یه تگ یا کارت با فرکانس 13.56 مگاهرتز رو در نزدیکی آنتن ماژول قرار بدید . نیازی نیست که کارت بچسبه . میتونید تا فاصله حدود 15 سانتی متری نگهش دارید. آیدی کارت تو کنسول آردوینو نمایش داده میشه.
کد و کتابخونه مربوط به این جلسه اینجا گذاشته شده .
پایان جلسه .

جلسه بیستم : بازر (زنگ اخبار)

خب تو این جلسه قصد دارم براتون در مورد بازر حرف بزنم و بعد بریم سراغ راه اندازی بازر با آردوینو .
خب بازر چیه ؟
به زبون ساده بازر همون بوقه ! بوقی که موقع بوت شدن سیستم عاملتون می شنوید همین صدای بازری هست که تو مدار داخلی سیستمتون استفاده شده. یه نمونه بازر مثل عکس زیر هست :

اگه می خواین دقیق تر از این که بازر چیه و چطوری کار می کنه اطلاعات داشته باشین به این لینک سر بزنید .
برای خریدن بازر هم به اینجا سربزنید .وقتی لینک رو باز کنید دو نمونه بازر متفاوت می بینید : اکتیو بازر و پسیو بازر .
خب حالا کدوم رو بخریم ؟ اصن فرقشون چیه ؟

اکتیو بازر :
اکتیوبازر بزرگترین حسنش اینه که کد نویسیش در حد کد نویسی راه اندازی یه LED هست. یعنی کافیه پین سیگنالش رو 0 و 1 کنید. دلیل این که راه اندازی این بازر انقدر ساده هست اینه که صدای بیپ تو مدار داخلی خودش ساخته میشه و فقط کافیه بهش بگی بنواز (با یک کردن پین سیگنالش بهش این دستور رو میدیم). بزرگ ترین عیب این بارزها هم اینه که صدایی که می تونید باهاش دربیارید فقط یک تن یا اصطلاحا فرکانس داره و هیچ تن صدای دیگه ای از این بازر خارج نمیشه.

همونطور که میبیند 3 تا پین داره :
VCC که بهتره 5ولت آردوینو بهش مصل بشه (3.3 هم می تونید البته ).
GND که به گراند آردوینو وصل میشه .
I / O که وصلش می کنیم به یکی از پین های دیجیتال آردوینو (به پین دیجیتال وصلش می کنیم چون طبق توضیح بالا فقط کافیه 0 و 1 بشه) . من به پین شماره 8 وصل کردم شما می تونید به هر پین دلخواهی وصلش کنید.

مدار سادس .
خب حالا کد زیر رو آپلود کنید :

می بینید؟ کد دقیقا کد ساده LED چشمک زنه .

اپلود کنید و صدا رو بشنوید . با فاصله های 1 ثانیه داره بیپ بیپ می کنه. اگر می خواین که این فاصله ها تغییر کنه می تونید با عددهای تابع های delay بازی کنید.

——————————————————————————–
پسیو بازر:

داستان پسیو بازر دقیقا بر عکسه . کد نویسی این بازرها به مراتب پیچیده تر از اکتیو هاست در عوض هر فرکانسی که دوست داشته باشیم رو می تونیم تولید کنیم. دلیل این موضوع اینه که این بازرها به دلیل ساختار مدار داخلیشون نمی تونن خودشون صدا تولید کنن و فقط می تونن صدایی که تولید شده رو پخش کنن.این بازرها یه جورایی مثل اسپیکر عمل می کنن با این فرق که اینا اسپیکر های قابل کنترل هستن یعنی میشه با برنامه نویسی بهشون بگی چه زمانی بخونن (البته فرق های دیگه ای هم دارن که لازم نیست زیاد واردشون بشیم ). خب حالا که اینا خودشون نمیتونن صدا تولید کنن و وظیفه تولید صدا افتاد گردن ما ، ما هم هر صدایی با هر فرکانسی که دوست داشته باشیم تولید می کنیم و می دیم به این بازرها که برامون پخش کنن. اما یه سوال پیش میاد . خب حالا چطوری صدا تولید کنیم ؟ ما که ماکزیمم یه آردوینو بیشتر نداریم چجوری صدا تولید کنیم ؟
ما با آردوینومون موج هایی تولید می کنیم که با انتقال اونها به بازر ، صدا تولید بشه. برای این کار از خاصیت سیگنال های PWM استفاده می کنیم. ما سیگنال های مربعی با Duty cycle ها و دامنه های متفاوت تولید می کنیم و اونها رو برای بازر می فرستیم . بازر با دریافت این سیگنال های مربعی و انتقال اونها به پیزو داخلیش ، برای ما می نوازه. بنابراین کل کاری که ما انجام میدیم تولید سیگنال های مربعی هست.
یه کم در مورد خط بالا بیشتر توضیح بدم : تا حالا موج مربعی دیدید دیگه درسته ؟

توی موج مربعی یه زمان هایی 0 هستیم و یه زمان هایی 1 هستیم . مثلا فرض کنید دوره تناوب هر موج مربعی که ما می سازیم 10 ثانیه باشه ( یعنی شکل موج مربعی ما هر 10 ثانیه تکرار میشه ) .نسبت اون مدت زمانی رو که موج مربعی در وضعیت 1 قرار داشته به 10 میشه Duty cycle. به شکل بالا نگاه کنید. توشکل پایین پایینی تمام مدت زمان موج در وضعیت 1 قرار داشته بنابراین Duty cycle اش میشه 100 درصد. برعکسش تو موج بالا بالایی همیشه 0 بوده بنابراین Duty cycle اش میشه 0 درصد. هر چی مدت زمانی که شکل موج در وضعیت 1 هست بیشتر باشه Duty cycle هم بیشتر میشه .حالا ما باید بیایم برای راه اندازی بازرمون همچین شکل موج هایی رو با آردوینو تولید کنیم .
خب مدار مطابق حالت قبله فقط با یه تفاوت کوچیک :
VCC که بهتره 5ولت آردوینو بهش مصل بشه (3.3 هم می تونید البته ).
GND که به گراند آردوینو وصل میشه .
I / O که وصلش می کنیم به یکی از پین های PWM دیجیتال آردوینو . دقت کنید الان خیلی مهمه که پینی که استفاده می کنیم PWM باشه مثلا من از پین شماره 9 استفاده می کنم.

خب قسمت های مختلف کد :
1. معرف پین 9 به عنوان پین متصل به بازر
2. تعریف تابع beep . این تابع 2 تا ورودی داره یکیش فرکانسه ، یکیش زمان delay بر حسب میلی ثانیه .
این تابع میاد مقدار فرکانس رو میگیره و به جای آرگومان analogWrite میزاره با این کار دامنه حداکثر سیگنال مربعی تولید شده مساوی این عدد میشه . یعنی توی شکل موج هامون دامنه ممکنه دیگه حداکثر 1 نباشه و کمتر بشه (بستگی داره به عددی که ما انتخاب می کنیم). بعد به ازای delayms میلی ثانیه صبر می کنه . بعد مقدار analogWrite رو مساوی 0 قرار میده (برای ساخت قسمت 0 شکل موج مربعی ) و دوباره به ازای delayms میلی ثانیه صبر می کنه . دقت کنید الان delayms میلی ثانیه مقدار حداکثر دامنه شکل موج برابر مقدار فرکانسه (freqency )و delayms میلی ثانیه مقداربرابر 0 هست بنابراین در این مدل کد نویسی Duty cycle موج مربعی ما 50 درصده.
3. بعد از کانفیگ پین بازر ، 3 بار تابع بیپ صدا زده میشه و هر بار دامنه (فرکانس صدا ) برابر 20 و زمان توقف بین بیپ ها 50 میلی ثانیه در نظر گرفته میشه. و در آخر هم یه دستور delay گذاشته شده که نشون بده تابع ستاپ تموم میشه.
4.در اینجا تابع بیپ با فرکانس 80 و زمان توقف 5 میلی ثانیه صدا زده شده چون تابع LOOP هستیم این خط تا بینهایت ادامه پیدا می کنه.
با تغییر عدد های فرکانس (که میشه آرگومان اول ورودی تابع بیپ ) از بازه 0 تا 255 می تونید فرکانس های بیپ مختلف رو بوجود بیارید.

با تغییر عدد زمان توقف (که میشه آرگومان دوم ورودی تابع بیپ ) فاصله بین بیپ ها رو تنظیم می کنید.

این کد صرفا یه دمو بود. شما بر حسب این که چه زمانی می خواید آلارم فعال بشه و با چه فرکانس و زمان توقفی ، از تابع beep نوشته شده استفاده می کنید.

پایان جلسه.

جلسه نوزدهم : راه اندازی رله

به نام خدا
این جلسه قصد دارم در مورد راه اندازی رله باهاتون صحبت کنم .
قدم اول اصلا این که رله چیه؟ به طور خیلی خیلی خیلی کلی بخوام بگم رله یه سوئیچه . سوئیچ هایی که تو جلسه های قبلی استفاه می کردیم رو یادتونه ؟ اگه قرار بود سوئیچ زده بشه (اصطلاحا میگیم سوئیچ تحریک بشه )، ما باید با انگشت روی دکمه کلید فشار می آوردیم تا زده بشه .
اما رله ها سوئیچ هایی هستن که با یه سری فعل و انفعالات الکترونیکی و مکانیکی کار سوئیچینگ رو انجام میدن. به عبارت دیگه ما برای قطع و وصل کردن سوئیچ داخلی رله نیازی نداریم که با دست فشار بدیم یا هر نوع کار فیزیکی دیگه بکنیم، بلکه با استفاده از میکروکنترلر و کد نویسی این کار رو انجام می دیم.
یه کم واضح تر بگم منظورم چیه :
یه LED رو تصور کنید که می خوایم روشنش کنیم . یه راه حل اینه که دو تا ولتاژ VCC و GND داشته باشیم مثلا باتری (اینجوری:)

خروجی باتری ها رو بزنیم به LED تا روشن بشه برداریم تا خاموش بشه (با رعایت پلاریته وگرنه LED می سوزه ). اینجا ما داریم به صورت فیزیکی LED رو خاموش و رو شن می کنیم . ولی اگه بیایم با استفاده از یه میکروکنترلر مثل آردوینو این عملیات خاموش و روشن شدن LED رو انجام بدیم (مثل پروژه چشمک زن که جلسه پنجم انجام دادیم ) داریم با استفاده از کدنویسی و بدون دخالت فیزیکی این کار رو انجام میدیم.
داستان رله هم همینه . سوئیچ های قبلی که باهاشون کار کردیم برای تحریکشون لازم بود به صورت فیزیکی سوئیچ رو قطع و وصل کنیم ولی اگه همین تحریک با استفاده از میکروکنترلر و بدون دخالت مستقیم دست انجام بشه میشه رله .
این تعریف های ساده ای از رله بود ، اگه قصد دارید خیلی جزئی تر بدونید رله چیه این لینک رو بخونید.

اما بریم سراغ معرفی قسمت های مختلف یه رله که باهشون کار داریم. شما می تونید انواع ماژول های رله رو از اینجا ببینید. مدلی که من امروز باهاش کار می کنم این هست:
همونطور که می بینید این رله 3 قسمت مهم داره که دونه به دونه معرفیشون می کنم :

خب ما توسط این قسمت به رله میگیم خاموش بشه یا روشن بشه. یعنی همون بخش تحریکش در واقع. برای این کنترل یا بازهم می تونیم مثل مثال باتری بریم سیم برداریم و هر موقع خواستیم وصل کنیم و هر موقع نخواستیم قطع کنیم (یعنی به صورت دستی و فیزیکی )، یا این که می تونیم این قسمت رو به یه میکروکنترلر مثل آردوینو وصل کنیم و از طریق دستورهای کدنویسی این کار رو انجام بدیم. اگر دقت کنید این قسمت سه تا پایه داره . یکی DC+ که در واقع همون پایه VCC هست و باید بهش 5 ولت اردوینو رو وصل کنیم. پایه دیگه DC- هست که نقش گراند (GND) رو داره که به پین زمین آردوینو وصلش می کنیم. یه پایه دیگه داره به اسم IN. از طریق این پایه روشن یا خاموش بودن رله کنترل میشه. یعنی کل کاری که ما در کنترل یک رله انجام میدیم اینه که با ولتاژ این پین رله بازی کنیم . چون این بازی کردن یه وضعیت دوحالته هست یعنی خاموش و روشن (معادل 0 و 1 ) ، این پین رله رو به یکی از پین های دیجیتال دلخواه آردوینو وصل می کنیم. شماره پین مهم نیست چون فقط قصد داریم 0 و 1 کنیم و نم یخوایم PWM بدیم. حالا سوالی که پیش میاد اینه که باید به پین رله رو 0 کنیم تا رله روشن شه یا 1 کنیم تا روشن شه ؟ جواب این سوالتون رو تو بخش سوم همین توضیحات خواهم داد.

این قسمت از رله رو باید به وسیله ای وصل کنیم که قصد داریم تحت کنترلش بگیریم. مثلا به یه موتور با LED توان بالا. خب اگه به عکس دقت کنید میبینید که این قسمت از رله سه تا ترمینال داره که به صورت زیر نام گذاری می شن:

پایه normally close پایه ای هست که در حالت عادی که رله خاموشه به پایه common (یعنی پایه کناریش) وصله . این اتصال رو می تونید از طریق یک مولتی متر هم چک کنید. پایه normally open پایه ای هست که وقتی رله روشن میشه به پایه common وصل میشه در این حالت پایه common از پایه normally close جدا میشه که باز هم می تونید از طریق مولتی متر تست بگیرید. در همین حد برای ما کافیه که از این قسمت بگیم و لی اگه سوال دارید که اصلا پایه normally close چیه و چرا در حالت خاموش رله می چسبه به common این لینک رو مطالعه کنید.

این قسمت تعیین میکنیم که سطح تحریکمون high باشه یا low باشه. یعنی چی ؟
یادتونه تو معرفی قسمت یک همین جلسه گفتم حالا برای روشن کردن رله باید به پایه IN صفر بدیم یا یک بدیم؟ توی این قسمت رله داریم همین رو تعیین می کنیم. اگه وضعیت جامپر زرد رنگ به همین صورت الانش باشه (یعنی روی H باشه ) برای روشن کردن رله باید به پایه IN منطق HIGH وصل کنیم اگه وضعیت جامپر رله بر عکس باشه یعنی روی L باشه باید برای روشن کردن رله بهش LOW بدیم. اصطلاحا به حالت اول میگن رله 1 فعاله و به حالت دوم میگن 0 فعاله.

خب این جا معرفی رله تموم شد از اینجا به بعد پروژمون رو انجام میدیم .

************************************************************************************************

خب تو پروژمون قصد داریم فقط رله رو روشن و خاموش کنیم. برای این کار مطابق توضیح زیر مدار رو ببندید:

پایه DC+ رله به پایه 5v آردوینو
پایه DC- رله به پایه GND آردوینو
پایه IN رله به پایه دیجیتال شماره 8 آردوینو (به جای این پین دیجیتال هر پین دیجیتال دلخواه دیگه ای رو هم می تونید استفاده کنید)

سادست دیگه مگه نه ؟
خب حالا میریم سراغ مرحله کد نویسی :
کد زیر رو آپلود کنید تا هر قسمتش رو توضیح بدم :

قسمت 1 : معرفی پین 8 (پین متصل به رله ) به نام relay_pin
قسمت 2 :کانفیگ ارتباط سریال
قسمت 3 :شرط if . این شرط که در جلسات پیش به تفصیل توضیح داده شده معین می کنه که آیا داده ای در کنسول سریال دریافت شده یا نه.
قسمت 4: :در این خط کد، داده کنسول سریال توسط دستور Serial.read خونده می شه. بعد از آن ،عدد 48 از این داده کم می شه. علت کم شدن عدد 48 چیه ؟
اگه همین کد رو بدون -48 پروگرام کنید و اجرا کنید وقتی تو کنسول عدد 0 تایپ بشه تو خروجی کنسول عدد 48 دیده می شه ( چی شد ؟ من 0 تایپ کردم ولی داره 48 نشون میده ). در صورتی که عدد 9 تایپ بشه در خروجی کنسول عدد 57 دیده می شه. داستان چیه ؟
با کمی جست و جو معلوم می شه که خروجی دستور Serial.read در واقع کد اسکی عدد 0 و 9 هست. یعنی 48 کد اسکی عدد 0 هست و 57 کد اسکی عدد 9 ! یعنی وقتی ما 0 تایپ می کنیم تو ورودی کنسول ، آردوینو میره عدد 48 که معادل کد اسکی 0 هست رو به عنوان خروجی دستور Serial.read تحویل میده.
بنابراین ما برای این که بتونیم از این خروجی اسکی (که مطلوبمون نیست ) به خروجی واقعی خودمون برسیم لازمه از کد اسکی (که الان خروجی دستور Serial.read هست ) عدد 48 رو کم کنیم .به همین سادگی. در نهایت خروجی این خط کد که تو متغیر data ریخته میشه همون عددی هست که ما توی کنسول تایپش کردیم یعنی 0 یا 9 . به نظر من یه بار بدون -48 کد رو تست کنید و ببینید.
قسمت 5 :داده ای که توی کنسول تایپ کردیم تو قسمت خروجی کنسول برامون نشون داده میشه.
قسمت 6 : داده توی متغیر data مستقیما به پین متصل به رله فرستاده میشه.

حالا کد رو تست کنید.
اگه جامپر روی قسمت H باشه وقتی 1 میدید رله روشن میشه و وقتی 0 میدید رله خاموش میشه .
اگه جامپر روی قسمت L باشه وقتی 0 میدید رله روشن میشه و وقتی 1 میدید رله خاموش میشه .

این جلسه هم همینجا تموم شد.
سوالتتون رو تو انجمن بپرسید لطفا .

جلسه شانزدهم : راه اندازی فتوسل

سلام

دوستان از این جلسه به بعد تصمیم داریم دونه دونه بریم سراغ سنسورها. چه آنالوگ چه دیجیتال. هر جلسه یه سنسور رو آموزش می دیدم که چیه چجوری کار می کنه و کد آردوینو براش می نویسیم.

این جلسه می خوایم در مورد فتوسل حرف بزنیم.

به زبون خیلی خیلی ساده بخوایم بگیم فوتوسل یه مقاومته. حالا یه سوال پیش میاد که آیا عین همون مقاومتهای خودمونه که تا الان باهاشون کار می کردیم؟ جواب اینه که هم آره هم نه.
بدون شک تا حالا مقاومت دیدید دیگه درسته ؟

این مقاومت هایی که تا الان باهاشون کار می کردیم اصطلاحا بهشون میگن مقاومت های ثابت. یعنی وقتی میگیم این مقاومت 10 کیلو اهمه یعنی بالا بری پایین بیای، تو مدار این سر دنیا بزنی تو مدار اون سر دنیا بزنی، هر کاری کنی کنی این مقاومت 10 کیلو اهمه. البته همونطور که میدونید بر حسب رنگ چهارم مقاومت ها که طلایی باشه یا نقره ای یه تلورانسی در حد دهم اهم دارن ولی فارق از این تلورانس ،یک مقاومت ثابت هستن و با هیچ واکنش محیطی و یا واکنش مداری این عدد (مثلا همون ده کیلو ) تغییر نمی کنه .

فتوسل هم یه مقاومته ولی از نوع مقاومت متغیر. یعنی وقتی میزان نور محیطی که این فتوسل توشه تغییر کنه مقاومتی که از دو سر این فتوسل دیده میشه تغییر می کنه. بنابراین هم مقاومته و هم مثل اون مقاومت های معمولی نیست. حالا این که چجوری این انرژی نورانی میاد و کاری می کنه که مقاومت دو سر فتوسل تغییر کنه یه سری فعل و انفعالات داخلیه که من به شخصه علاقه ای بهش ندارم ولی شما می تونید سرچ کنید و با این تکنولوژی آشنا بشید. در کل چیزی که واسه ما مهمه اینه که وقتی شدت نور تابیده شده به این سنسور تغییر می کنه مقاومت دوسرش هم تغییر می کنه. واسه اطلاعات تکمیلی هم بگم که به فوتوسل مقاومت نوری و یا light-dependent resistor) LDR ) گفته می شه.

خب حالا قصد داریم این سنسور رو با آردوینو راه بندازیم.
مواد لازم:
آردوینو (هر نوعی )
سنسور فتوسل
برد بورد کوچیک
سیم نری به نری

حالا مطابق عکس زیر مدار رو ببندید :

همونطور که می بینید اومده یه مقاومت 10 کیلو اهمی (ثابت ) رو با فتوسل سری کرده و از پایه مشکترک بینشون به پین آنالوگ آردوینو داده. منطق این کار همون منطق تقسیم ولتاژه.

وقتی مقاومت فتوسل (با تغییر نور ) تغییر می کنه طبق قانون تقسیم ولتاژ ، ولتاژی که روی پایه وسط (مشترک بین مقاومت و فتوسل ) می افته هم تغییر می کنه که چون این تغییر به صورت پیوسته هست این پایه وسط رو به پین آنالوگ آردوینو (پین شماره 0 ) وصل می کنیم.

خب مدار رو بستید؟
بریم سراغ کد. برای کد عینا عینا عینا همون کد پتانسیومتر رو آپلود کنید. یعنی این کد :

خب کد رو آپلود کنید و کنسول سریال رو باز کنید:

همونطور که می بینید مقدار دیفالت سنسور روی حدود 600 بود . بعد دستم رو گذاشتم روی فتوسل ( روی قسمت بالایی ) و داده نشون داده شده از 600 به حدود 200 افت پیدا کرد. دوباره که دستم رو برداشتم برگشت رو همون حدودای 600 . این یعنی تو محیطی که تست کردم محدوده روشنایی 600 و محدوده تاریکی 200 هست. جایی که شما دارید تست می کنید می تونه اعداد تو رنج های کاملا متفاوتی بده بر حسب نور محیطی تون.

حالا کنسول رو ببندید و سریال پلاتر رو باز کنید و هی دستتون رو بزارید رو فتوسل و بردارید تا براتون شکل موج بکشه ( محض تفریح البته ).

می تونیم همینجا پروژه رو تموم کنیم اما نمی کنیم. می خوایم سیستم روشنایی اتوماتیک بسازیم. یعنی هر موقع نور کم شد و احتیاج به روشنایی داشتیم لامپ روشن بشه .نه این که هر دقه و هر ثانیه اون لامپ بدبخت کار کنه.
برای این کار به مدار قبلیمون یه LED به صورت زیر اضافه می کنیم:

قسمت فتوسل که عینا همونه . اومدیم یه LED رو با یه مقاومت سری کردیم و به پین دیجیتال شماره 2 وصل کردیم. علت وجود مقاومت سری با LED اینه که از سوختن اون جلوگیری بشه. تو همه مدارا این قانون وجود داره که سر راه هر LED باید مقاومت گذاشته بشه.

خب مدار رو بستید تمام ؟
حالا کد زیر رو آپلود کنید تا براتون توضیح بدم:

تو قسمت هدر برنامه که فقط اومدیم علاوه بر متغیر های کد قبلی متغیر ledPin رو معرفی کردیم به عنوان پین شماره 2 .
تو قسمت کانفیگ دیگه سریال رو برداشتیم چون نیازی بهش نبود و به جاش پین دیجیتال ledPin رو به عنوان خروجی تعریف کردیم.
تو تابع loop خط اول ، داده کانال ADC شماره 0 رو می خونیم و تو متغیر sensorValue می ریزیم ( همون متغیری که تو هدر برنامه تعریف کردیم ).
تو کد قبلی دیدیم که حد روشنایی 600 و حد تاریکی 200 بود.
حالا کد نوشتیم اگه داده ای که خونده از 300 کمتر بود (یعنی رفته باشیم تو تاریکی ) بیا led رو روشن کن. معقوله دیگه وقتی تاریک میشه باید چراغا رو روشن کنیم.
تو خط بعدی هم نوشتیم اگه داده ای که خوندی از 500 بیشتر بود (یعنی تو روشنایی بودیم ) led رو خاموش کن چون هوا روشنه و نیازی به نور اضافه نداریم.

اعداد 300 و 500 رو که من تو کدم قرار دارم بر اساس محیط تستم بود. یعنی همون عدد هایی که با کد قبلی از کنسول در آوردم . شما هر رنج عددی که دارید می تونید در نظر بگیرید و این کد رو متناسب با محیط تست خودتون تغییر بدید.
یعنی مثلا اگه کسی تو تستش تاریکی رو روی عدد 120 داشت (مثلا ) نیازی نداره مثل کد من مرز تاریکی رو 300 بزاره میتونه 200 یا حتی کمتر انتخاب کنه.

و اما نکته آخر :
اگه دقت کنید من وقتی دستورهای if رو نوشتم هیچ آکولادی باز و بسته نکردم در صورتی که قبلا می گفتیم اگه شرط if برقرار بشه دستورهای بین دو آکولادی که باز و بسته شدن اجرا میشه{}. خب الان هیچ آکولادی نیست پس در صورت برقرار بودن شرط if چی اجرا میشه؟
جواب: این یه قانون برنامه نویسیه که اگر بعد از برقرار شدن شرط if تنها یک کار لازم باشه انجام بشه دیگه نیازی به گذاشتن آکولاد نیست. دقیقا مثل شرایط الان ما. در صورتی که نور از مرز تاریکی کمتر بشه فقط لازمه LED روشن بشه (یعنی فقط یک کار ) پس به آکولاد نیازی نیست.

پایان جلسه

Tag Archives: اردوینو