پروژه راه اندازی ماژول PIR و LCD کاراکتری
در این پروژه، یک سیستم تشخیص حرکت ساده و هوشمند طراحی شده که با استفاده از سنسور PIR، حرکت افراد را تشخیص داده و نتیجه را از طریق نمایشگر LCD کاراکتری 16×2 به کاربر اعلام می‌کند. علاوه‌بر نمایش پیام، یک رله نیز کنترل می‌شود که می‌تواند به عنوان سوئیچ برای روشن یا خاموش کردن دستگاه‌هایی مانند چراغ، آژیر یا هر وسیله الکتریکی دیگر عمل کند. در این سیستم، با تشخیص حرکت توسط سنسور PIR، عبارت «Motion detected» روی LCD نمایش داده می‌شود و همزمان، خروجی متصل به پایه رله فعال می‌گردد. در صورت نبود حرکت، پیام «motionless» نمایش داده شده و رله غیرفعال می‌شود. این عملکرد به سادگی و در زمان واقعی اتفاق می‌افتد، بدون نیاز به ماژول‌های پیچیده یا پردازش‌های سنگین. سخت‌افزار پروژه شامل یک میکروکنترلر (مانند Arduino Mega یا Uno)، یک نمایشگر LCD کاراکتری 16×2، سنسور PIR برای تشخیص حرکت، یک رله برای سوییچ‌کردن جریان خروجی و مدارهای پایه مانند مقاومت و سیم‌کشی ساده است. پایه‌های اتصال به‌گونه‌ای انتخاب شده‌اند که امکان توسعه و تغییرات بیشتر، مانند اضافه‌کردن آلارم، چراغ هشدار یا ذخیره وضعیت‌ها در EEPROM، وجود داشته باشد. این پروژه به‌عنوان یک سیستم پایه‌ی تشخیص حرکت قابل‌اعتماد می‌تواند در بسیاری از کاربردهای امنیتی، روشنایی خودکار و خانه هوشمند مورد استفاده قرار گیرد. کد برنامه به صورت ساده و قابل فهم نوشته شده و قابلیت توسعه با ویژگی‌های بیشتر مانند تایمر، شمارش حرکات یا ارسال هشدار نیز دارد.
- میکرو: ATMega32
- منبع تغذیه: 12 ولت DC
- اجزای اصلی: Arduino – LCD – PIR
فایل PCB پروژه با آلتیوم: دارد
فایل شماتیک پروژه با آلتیوم: دارد
فایل PDF شماتیک و PCB: دارد
سورس کد پروژه: دارد
لیست قطعات: دارد
توضیحات
این پروژه یک سیستم هوشمند تشخیص حرکت مبتنی بر میکروکنترلر Arduino است که با بهره‌گیری از سنسور PIR، نمایشگر LCD کاراکتری 16×2 و ماژول رله طراحی شده تا بتواند حضور افراد را در محیط تشخیص داده و در پاسخ به آن، واکنش‌هایی مانند فعال‌سازی یا غیرفعال‌سازی یک وسیله الکتریکی را اجرا کند. این سیستم به گونه‌ای طراحی شده که هم از نظر عملکردی دقیق و روان باشد، و هم از نظر پیاده‌سازی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری ساده، قابل‌فهم و توسعه‌پذیر باشد.
🎯 هدف پروژه
هدف اصلی این پروژه، طراحی یک سیستم کم‌هزینه، پایدار و واکنش‌گرا برای تشخیص حضور انسان در یک ناحیه مشخص است که بتواند در کاربردهایی مانند روشنایی خودکار، سیستم‌های امنیتی، مدیریت انرژی و خانه هوشمند استفاده شود. این سیستم به محض شناسایی حرکت، با نمایش پیام روی LCD و روشن کردن یک خروجی (مانند چراغ یا آژیر)، کاربر را از حضور در محیط آگاه می‌سازد. در زمان نبود حرکت، خروجی قطع شده و پیام مناسب «motionless» روی نمایشگر درج می‌شود.
🔧 شرح عملکرد
در حالت عادی، سیستم در وضعیت آماده‌باش قرار دارد و پیام “motionless” روی خط اول LCD نمایش داده می‌شود. به محض شناسایی حرکت توسط سنسور PIR (که به پایه 24 آردوینو متصل شده)، نمایشگر پاک شده و پیام “Motion detected” به نمایش در می‌آید. همزمان، رله‌ای که به پایه دیجیتال 8 متصل است فعال می‌شود و می‌تواند مثلاً یک چراغ یا هر وسیله‌ی دیگر را روشن کند.
پس از گذشت ۱ ثانیه (delay 1000)، در صورتی که حرکت متوقف شده باشد، رله خاموش شده و پیام “motionless” مجدد روی نمایشگر ظاهر می‌گردد. با این روش، دستگاه به‌صورت پیوسته و بلادرنگ محیط را پایش می‌کند.
⚙️ سخت‌افزار مورد استفاده در پروژه
میکروکنترلر Arduino Mega یا Uno
مغز اصلی پردازش داده‌ها و کنترل خروجی‌ها. استفاده از پورت‌های دیجیتال برای ورودی سنسور و خروجی رله.
سنسور PIR (حرکت‌سنج غیرفعال مادون قرمز)
این سنسور حضور موجودات زنده را با استفاده از تغییرات اشعه مادون قرمز تشخیص می‌دهد و در صورت شناسایی حرکت، سیگنال دیجیتال “HIGH” ارسال می‌کند.
LCD کاراکتری 16×2 (با پین‌های موازی)
وظیفه نمایش وضعیت سیستم به کاربر را دارد. پیام‌ها در لحظه روی آن نمایش داده می‌شود.
ماژول رله ۵ ولت
برای کنترل یک وسیله‌ی الکتریکی (مثل چراغ، آژیر، فن یا …). خروجی دیجیتال آردوینو به پایه‌ی ورودی رله متصل می‌شود.
تغذیه مناسب ۵ ولت
برای تأمین انرژی مورد نیاز برد آردوینو، LCD و سایر ماژول‌ها.
سیم‌کشی پایه و مقاومت Pull-down داخلی
برای اطمینان از عملکرد پایدار کلیدها و ورودی‌ها.
🧠 ویژگی‌های نرم‌افزاری و منطقی
استفاده از کتابخانه‌ی استاندارد LiquidCrystal برای مدیریت LCD.
نمایش بلادرنگ وضعیت حرکت روی نمایشگر.
فعال و غیرفعال‌سازی رله همزمان با وضعیت حرکت.
استفاده از دستور digitalRead() برای بررسی وضعیت لحظه‌ای سنسور PIR.
کنترل دقیق زمان با استفاده از delay() (در نسخه‌های آینده قابل جایگزینی با تایمر دقیق‌تر).
طراحی ساده اما موثر برای درک آسان و توسعه پروژه.
🛠️ قابلیت‌های توسعه آینده
این پروژه به‌گونه‌ای پیاده‌سازی شده که می‌توان آن را در نسخه‌های پیشرفته‌تر نیز به‌کار گرفت. برخی پیشنهادها برای توسعه پروژه عبارت‌اند از:
افزودن سیستم آلارم با صدای بیزر هنگام شناسایی حرکت.
استفاده از EEPROM برای ذخیره‌سازی تعداد دفعات حرکت.
اتصال به ماژول‌های ارتباطی (مانند SIM800 یا ماژول وای‌فای) برای ارسال پیام هشدار.
افزودن ساعت RTC و ثبت زمان هر حرکت.
استفاده از OLED یا TFT برای نمایش گرافیکی وضعیت‌ها.
افزودن تنظیم حساسیت یا تاخیر واکنش از طریق منو تنظیمات.
📝 جمع‌بندی
این پروژه با ساختاری ساده و عملکردی دقیق، به‌عنوان یک سیستم پایه‌ی تشخیص حرکت می‌تواند در طیف گسترده‌ای از کاربردهای هوشمندسازی، امنیتی و خانگی مورد استفاده قرار گیرد. از آن‌جایی که سخت‌افزار و نرم‌افزار این سیستم به زبان ساده و قابل فهم پیاده‌سازی شده‌اند، این پروژه می‌تواند گزینه‌ای بسیار مناسب برای دانش‌آموزان، دانشجویان و سازندگان علاقه‌مند به اینترنت اشیاء و خانه‌های هوشمند باشد.
🧠 ۱. بخش تغذیه:
- J1 (Power Jack):
ورودی تغذیه ۹ تا ۱۲ ولت DC از طریق آداپتور یا باتری. - SW1 (کلید روشن/خاموش):
یک سوئیچ SPDT برای قطع و وصل تغذیه اصلی به مدار. - U3 (رگولاتور 7805):
ولتاژ ورودی رو به ۵ ولت تثبیت‌شده تبدیل می‌کنه تا به مدارات منطقی مثل میکروکنترلر و LCD آسیب نرسه. - C1 (470µF):
خازن فیلتر برای خروجی 7805 جهت صاف‌کردن ولتاژ و کاهش نویز. - R2 + D2 + LED:
نشانگر روشن‌بودن تغذیه. مقاومت 330 اهمی برای محدودکردن جریان LED.
🧠 ۲. بخش سنسور تشخیص حرکت:
- U1 (SR501):
سنسور PIR برای تشخیص حرکت انسان.
دارای خروجی دیجیتال (OUT) که در صورت تشخیص حرکت، به حالت HIGH می‌ره و به یکی از پین‌های دیجیتال میکرو (مثلاً PD2) متصل شده.
🧠 ۳. بخش پردازش مرکزی (میکروکنترلر):
- U2 (ATmega16A-PU):
مغز اصلی پروژه برای دریافت ورودی از PIR و کنترل LCD و رله. - Y1 (کریستال 10MHz) + C2 و C4 (خازن‌های 100nF):
برای ایجاد نوسان دقیق و پایدار جهت تایمر داخلی میکروکنترلر. - R7 (10kΩ):
مقاومت پول‌آپ روی پایه‌ی ریست (پین 9) برای جلوگیری از ریست ناخواسته. - C5 (100nF):
خازن نویزگیر بین VCC و GND برای تغذیه پایدار میکرو.
🧠 ۴. نمایشگر (LCD کاراکتری 16×2):
- ALCD1:
LCD 16×2 با اتصال موازی. پین‌های RS، EN، D4 تا D7 به پورت‌های مختلف میکروکنترلر متصل هستن. - POT (پتانسیومتر 10kΩ):
برای تنظیم کنتراست نمایشگر (متصل به پایه V0 ال‌سی‌دی). - R1 (330Ω) + LED پشت LCD:
مقاومت محدودکننده جریان برای نور پس‌زمینه LCD.
🧠 ۵. بخش رله و کنترل خروجی:
- K1 (رله 5V):
خروجی قابل‌سوییچ برای کنترل وسایل با توان بالا (مثل لامپ، فن، یا آژیر). - Q1 (ترانزیستور BC547):
برای درایو رله از طریق میکروکنترلر. چون میکروکنترلر توان کافی برای تغذیه مستقیم رله رو نداره، از این ترانزیستور به‌صورت سوییچ استفاده شده. - D3 (دیود هرزگرد 1N4007):
برای جلوگیری از برگشت جریان هنگام خاموش شدن رله که ممکنه به ترانزیستور یا میکرو آسیب بزنه. - R4 (1kΩ):
مقاومت پایه بیس ترانزیستور برای محدود کردن جریان. - R5 و R6:
برای پایداری بیس ترانزیستور و جلوگیری از نویز ناخواسته (معمولاً R6 پول‌داونه). - D4 + R3 + LED:
نشانگر وضعیت رله. وقتی رله فعال باشه، LED روشن می‌شه. - T1 (ترمینال خروجی 3 پین):
برای اتصال وسیله‌ی خروجی (مثلاً لامپ یا آژیر) به رله.
🧠 ۶. جمع‌بندی عملکرد کلی سیستم:
- پس از روشن شدن دستگاه، تغذیه از طریق 7805 به 5 ولت تثبیت می‌شه.
- LCD راه‌اندازی می‌شه و وضعیت اولیه (مثلاً “در انتظار حرکت”) نمایش داده می‌شه.
- اگر سنسور PIR حرکتی تشخیص بده، خروجی آن HIGH می‌شه.
- میکروکنترلر این سیگنال رو پردازش کرده و:
- پیام “حرکت شناسایی شد” رو روی LCD نشون می‌ده.
- خروجی مربوط به رله رو فعال می‌کنه.
- با قطع شدن حرکت، پیام مناسب نمایش داده می‌شه و رله غیرفعال می‌شه.
برد مدار چاپی (PCB) این پروژه با استفاده از نرم‌افزار Altium Designer طراحی شده و مبتنی بر میکروکنترلر ATmega16A است. در این طراحی، تمامی اجزای اصلی شامل نمایشگر LCD کاراکتری 16×2، سنسور حرکتی PIR (مدل SR501)، ماژول رله 5 ولت، ترانزیستور درایور، دیود محافظ، منبع تغذیه با رگولاتور 7805، پتانسیومتر کنتراست، و المان‌های پسیو مانند مقاومت‌ها و خازن‌ها، با چیدمانی منظم و استاندارد روی یک برد فشرده پیاده‌سازی شده‌اند تا هم از نظر عملکردی پایدار و هم برای مونتاژ دستی یا ماشینی مناسب باشد.
در طراحی مسیرها، ارتباطات کلیدی مانند:
- خطوط دیجیتال بین سنسور PIR و میکروکنترلر (برای تشخیص حرکت)
- پین‌های LCD (RS، E، D4–D7) متصل به پورت‌های میکرو
- خروجی کنترل رله که از طریق ترانزیستور BC547 سوییچ می‌شود
با دقت بالا و کوتاه‌ترین مسیر ممکن طراحی شده‌اند تا نویز کاهش یافته و سرعت و پاسخ‌دهی سیستم حفظ شود.
مسیر تغذیه ۵ ولت پس از رگولاتور 7805 با پهنای مناسب طراحی شده تا جریان مورد نیاز برای رله، LCD و میکروکنترلر بدون افت ولتاژ تأمین شود. پلن زمین یکپارچه در زیر لایه‌ی اصلی مسیرها در نظر گرفته شده تا مراجع پایداری برای تغذیه، نویزگیری خازن‌ها و پایداری ترانزیستور فراهم گردد.
جای‌گذاری خازن‌های بای‌پس (مثل C5، C4، و C2)، خازن الکترولیتی صاف‌کننده، و دیود محافظ D3 نزدیک به رله، مطابق اصول طراحی آنالوگ و محافظت از خروجی است. همچنین استفاده از مقاومت بیس (R4)، مقاومت Pull-down بیس (R6) و دیود هرزگرد رله، همگی به کاهش جریان‌های ناخواسته و جلوگیری از آسیب به قطعات حساس کمک می‌کند.
در طراحی PCB، فاصله‌های ایزولاسیون بین ولتاژ بالا (خروجی رله) و ولتاژ پایین (سیگنال‌های دیجیتال) رعایت شده‌اند. پایه‌های رله در کنار کانکتور 3 پین برای سهولت در اتصال وسیله‌ی خروجی قرار داده شده‌اند.
فایل‌های نهایی طراحی شامل شماتیک کامل، فایل PCB لایه‌بندی‌شده، و خروجی Gerber برای سفارش PCB، همگی در قالب PDF و قابل‌چاپ در اختیار کاربران قرار گرفته‌اند. این طراحی می‌تواند به راحتی توسط سازندگان، دانشجویان یا علاقه‌مندان حوزه اتوماسیون خانگی مورد استفاده قرار گیرد و پایه‌ای مناسب برای پروژه‌های امنیتی، خانه هوشمند، یا کنترل مصرف انرژی باشد.
لیست قطعات
دانلود سورس کامل پروژه به صورت رایگان
رمز فایل: NEWJECT.COM
