ساخت کلاه کاسکت هوشمند با آردوینو

در این پروژه، ما یک کلاه ایمنی دوچرخه‌سواری عادی را با استفاده از فرستنده و گیرنده RF هوشمند می‌کنیم. بهترین نکته: این کلاه ایمنی هوشمند مبتنی بر آردوینو ساده است و نیازی به دانش مهندسی پیشرفته یا قطعات پیچیده ندارد.

ساخت کلاه ایمنی هوشمند با آردوینو
استفاده از کلاه ایمنی در بیشتر کشورها از جمله هند الزامی است. این ابزار نجات‌دهنده زندگی، مطمئناً از بهبودهای تکنولوژیک بهره خواهد برد.

این پروژه به دو بخش تقسیم شده است: فرستنده (که روی کلاه نصب می‌شود) و گیرنده (که روی وسیله نقلیه نصب می‌شود). بسته به ویژگی‌ها و کاربرد، لیست قطعات ممکن است متفاوت باشد. با این حال، به طور کلی ما از فرستنده و گیرنده RF با فرکانس 433 MHz استفاده خواهیم کرد. همچنین، تعدادی پروژه RF و پروژه‌های IoT ساخته‌ایم که ممکن است ارزش بررسی داشته باشند.

ویژگی‌های کلیدی

• تشخیص سرقت
• تشخیص پوشیده شدن کلاه
• تشخیص الکل
• تشخیص خواب‌آلودگی

برخلاف پروژه‌های معمول تشخیص خواب‌آلودگی، این کلاه ایمنی هوشمند برای تشخیص تصادف بهتر است زیرا از منطق پنجره زمانی خاص استفاده می‌کند. این سیستم پلک زدن عادی را نادیده می‌گیرد اما سیگنال‌های خواب را در یک بازه زمانی مشخص دنبال می‌کند. اگر چندین سیگنال در یک بازه زمانی تعریف شده رخ دهد یا چشم‌ها برای مدت طولانی بسته بمانند، سیستم خواب‌آلودگی را تشخیص می‌دهد. این رویکرد هوشمند با نظارت ساده اما مؤثر ایمنی را افزایش می‌دهد. با پروژه‌های الکترونیکی DIY هوشمند بسازید که شامل توضیحات واضح و طراحی‌های عملی هستند.

قطعات مورد نیاز

از آنجا که این پروژه دو مدار مختلف دارد (فرستنده و گیرنده)، قطعات مورد نیاز برای هر کدام را جداگانه فهرست می‌کنم.

بخش فرستنده

• آردوینو UNO R3
• فرستنده RF 433 MHz
• 2* سنسور IR (یکی برای تشخیص پوشیده شدن کلاه و دیگری برای تشخیص خواب‌آلودگی)
• سنسور MQ-3  (برای تشخیص الکل)
• LED و بازر (برای هشدارها)
• منبع تغذیه برای راه‌اندازی مدار
• کلاه
• برد بورد
• سیم جامپر

بخش گیرنده

• برد آردوینو UNO R3
• گیرنده RF 433 MHz
• نمایشگر LCD 16×2 با ماژول I2C
• ماژول رله 1 کاناله (برای روشن و خاموش کردن موتور)
• LED و بازر (برای هشدارها)
• برد بورد
• سیم جامپر

مدار کلاه کاسکت هوشمند با آردوینو

ابتدا نگاهی به بخش فرستنده بیندازیم. پیچیدگی در اینجا این است که باید مدار در یک مکان متحرک و دور از دسترس، مانند کلاه، نصب شود. بنابراین ساده کردن مدار برای جمع و جور و قابل اعتماد کردن آن ضروری است.

بخش فرستنده

نمودار مدار این پروژه کلاه ایمنی هوشمند ساده و قابل درک است، اما مونتاژ می‌تواند کمی چالش‌برانگیز باشد.

در اینجا برنامه‌ریزی شده که از سه سنسور استفاده شود: دو سنسور تشخیص مانع IR (برای تشخیص خواب‌آلودگی و پوشیدن کلاه) و یک سنسور MQ3 برای تشخیص الکل. هر سه نیاز به ورودی 5 ولت DC دارند، بنابراین با کمک سیم‌های خارجی، ارتباط موازی بین VCC و GND تمام سنسورها ایجاد شد تا ورودی واحدی داشته باشند. همچنین یک سیم اضافی در خروجی هر سنسور لحیم شد تا اتصال به برد بورد با کمترین فضای ممکن آسان شود. اگر مبتدی هستید، می‌توانید آموزش‌های Arduino IR Sensor و Arduino MQ3 Sensor ما را بررسی کنید تا بیشتر با عملکرد این سنسورها و نحوه کار آنها با آردوینو آشنا شوید.

طول سیم‌ها با دقت در هنگام قرار دادن سنسورها در موقعیت واقعی روی کلاه محاسبه شد. خروجی سنسورها به پین‌های ورودی آنالوگ به شرح زیر متصل شده‌اند:

• MQ3 (تشخیص الکل) → A0
• سنسور تشخیص پوشیدن کلاه → A1
• سنسور تشخیص خواب‌آلودگی → A2

برای درک بهتر سیم‌کشی واقعی سنسورها روی کلاه، می‌توانید به تصویر مراجعه کنید.

برای ساده و کارآمد کردن نصب، از یک جعبه مقوایی قدیمی استفاده کرده و برش‌های مناسب ایجاد شد. جایگذاری قطعات کاملاً به نوع کلاه و نیازهای خاص بستگی دارد.

برای اتصالات مدار اصلی از برد بورد نیمه استفاده شده است. در اینجا، ماژول فرستنده RF، LED، بازر و تمام اتصالات سنسورها متصل شدند. ماژول فرستنده RF با 5 ولت همانند شبکه سنسورها تغذیه شد.

• پین 12 به پین داده ماژول فرستنده متصل شد.
• LED و بازر به یک پین I/O یعنی پین 7 متصل شدند و یک مقاومت محدودکننده جریان 1KΩ اضافه شد.

برای تغذیه مدار از باتری لیتیوم 2 سلولی استفاده شد.

در نهایت، برای آنتن ماژول فرستنده، با استفاده از یک محاسبه‌گر آنلاین طول سیم آنتن تعیین شد که تقریباً 17 سانتی‌متر بود.

با این، بخش فرستنده کامل شد.

بخش گیرنده

حال به بخش گیرنده می‌رویم که مدار ساده‌ای است. اجزای اصلی استفاده شده عبارتند از:

• LCD با I2C
• Arduino UNO
• ماژول گیرنده RF
• ماژول رله
• بازر و LED برای هشدار

در اینجا نمودار مدار بخش گیرنده را مشاهده می‌کنید. برای یادگیری بیشتر درباره این قطعات و نحوه کار با آردوینو، می‌توانید آموزش‌های Arduino LCD Display، Arduino RF Module و Arduino Relay Module ما را بررسی کنید.

اتصالات از Arduino به شرح زیر هستند:

• رله → پین 4
• LED و بازر → پین 5
• ماژول نمایشگر I2C → SDA (A4)، SCL (A5)
• ماژول گیرنده RF → پین 11 (پین داده)

تمام ماژول‌ها با 5 ولت از Arduino تغذیه می‌شوند.

همانند بخش فرستنده، گیرنده نیز نیاز به آنتن دارد، بنابراین از همان سیم 17 سانتی‌متری استفاده شد.

همچنین یک اصلاح اضافی انجام شد و یک باتری و موتور اضافه برای نمایش متصل شد. کلید موتور به ترمینال‌های NO (Normally Open) و Common رله متصل شد.

با این، مدار و مونتاژ هر دو بخش فرستنده و گیرنده کامل شد.

کد کامل پروژه در فایل دانلودی انتهای صفحه قرار داده شده است.

نحوه عملکرد پروژه کلاه ایمنی هوشمند

پس از آپلود کد مناسب روی هر دو بخش فرستنده و گیرنده، می‌توان عملکرد آن‌ها را بررسی کرد. همانند همیشه، برای درک بهتر کد، می‌توانید فلوچارت موجود در مخزن GitHub ما را مشاهده کنید تا روند کار به‌سادگی قابل فهم باشد.

کارکرد این پروژه ساده است و شامل چهار ویژگی اصلی می‌شود که جزئیات عملکرد هر چهار ویژگی در ادامه آمده است.

تشخیص سرقت

کارکرد سیستم تشخیص سرقت ساده است. وقتی هیچ داده‌ای از فرستنده دریافت نمی‌شود، به این معناست که کلاه بیش از حد از وسیله نقلیه فاصله گرفته است. به این ترتیب، می‌توان ویژگی تشخیص سرقت را پیاده‌سازی کرد.

در این حالت، با قطع برق بخش فرستنده، گیرنده داده‌ای دریافت نمی‌کند و بر اساس منطق ما، تشخیص سرقت فعال می‌شود. در این زمان، LED هشدار و بازر روشن می‌شوند تا اطرافیان را مطلع کنند. پس از اتصال مجدد، سیستم به‌طور عادی کار می‌کند.

تشخیص پوشیده شدن کلاه

برای تشخیص پوشیده شدن کلاه، از داده‌های سنسور مانع IR استفاده می‌کنیم که در نزدیکی سنسور MQ3 روی ناحیه گونه قرار دارد. به این ترتیب می‌توان تعیین کرد که کلاه پوشیده شده یا خیر.

هنگامی که سیستم روشن است اما کلاه پوشیده نشده، LCD وضعیت کلاه را به صورت “NO” نمایش می‌دهد. پس از پوشیدن کلاه، گیرنده داده را دریافت کرده و موتور روشن می‌شود. موتور نمایشی متصل به رله گیرنده شروع به چرخش می‌کند و مقادیر مورد انتظار روی LCD به‌روزرسانی می‌شوند.

نمایشگر LCD وضعیت کلاه را به صورت “YES” و موتور روشن نشان می‌دهد و سیستم تشخیص پوشیده شدن کلاه تأیید می‌شود.

تشخیص خواب‌آلودگی

برای این تست، از فرد خواسته شد پلک نزند تا هیچ تریگری ایجاد نشود. اما اگر زمان پلک زدن کند شود یا چشم‌ها برای مدت طولانی بسته بمانند، تریگر فعال می‌شود. در این حالت، بازر همراه با چراغ هشدار روشن می‌شود و وضعیت روی صفحه نمایش نشان داده می‌شود.

تصاویر کلاژ نشان می‌دهد که هنگام تشخیص خواب‌آلودگی، سنسور IR بازر و LED هشدار را فعال می‌کند و وضعیت به کاربر اطلاع داده می‌شود.

تشخیص الکل

این تست نیز ساده است و از الکل ایزوپروپیل (IPA) برای آزمایش استفاده شد. مشابه تشخیص پوشیدن کلاه، اگر مصرف الکل توسط کاربر شناسایی شود، موتور روشن نمی‌شود.

در تصویر، نشان داده شده که سنسور MQ-3 الکل را تشخیص می‌دهد و وضعیت روی LCD نمایش داده می‌شود. موتور تنها زمانی روشن می‌شود که سنسور دیگر الکل را تشخیص ندهد.

تنظیم و کالیبراسیون سنسورها

اطمینان حاصل کنید که پتانسیومتر هر سنسور بسته به محیط و شرایط به درستی تنظیم شده است. از آنجا که هر ماژول سنسور شامل مدار مقایسه‌ای ساخته شده با OPAMP است، نیاز به تعیین آستانه مناسب با استفاده از پتانسیومتر دارد.

محل قرارگیری سنسورها نیز برای عملکرد صحیح سیستم اهمیت دارد و باید به دقت انتخاب شود.