کرم شبتاب مصنوعی با آردوینو برای تزیین باغچه
تابهحال به رقص نور کرمهای شبتاب توی شبهای تابستون دقت کردی؟ اون چشمک زدنهای نامنظم و نور زرد و ملایمشون، حس فوقالعادهای به طبیعت میده. حالا فرض کن بتونی همین جلوه بصری زیبا رو به صورت مصنوعی برای حیاط، باغچه یا حتی گلدونهای داخل خونهات شبیهسازی کنی! با استفاده از چند تا الایدی و یه برد میکروکنترلر، میتونی یه سیستم نورپردازی جادویی بسازی که دقیقا مثل کرمهای شبتاب واقعی، لابهلای برگها چشمک بزنن.
توی این آموزش از تیم آیسیمدار، میخوایم با کمک یه برد آردوینو و چند خط کدنویسی ساده، رفتار نوری این حشرات زیبا رو شبیهسازی کنیم. این پروژه یه تمرین عالی برای یادگیری پایههای الکترونیک و برنامهنویسیه و در نهایت به یه دکوری ضدآب و جذاب تبدیل میشه که میتونی همهجا ازش استفاده کنی.
اگه دوست داری شبهای باغچهات رو رویاییتر کنی، قطعاتی که در ادامه لیست کردیم رو آماده کن تا قدمبهقدم بریم سراغ ساخت این کرمهای شبتاب الکترونیکی!
قطعات و تجهیزات لازم
برای اینکه این حشرات نوری رو به پرواز دربیاریم، اول به یه سری قطعات پایه الکترونیکی نیاز داریم:
- برد آردوینو (من از مدل Nano استفاده کردم، اما هر میکروکنترلر سازگار با آردوینو جواب میده)
- الایدی زرد 5 میلیمتری (تا 6 عدد میتونی استفاده کنی)
- مقاومت (برای هر الایدی یه مقاومت محدودکننده جریان لازمه؛ من از 470 اهم استفاده کردم ولی هر چیزی بالای 150 اهم برای محافظت از برد کافیه)
- برد بورد (Breadboard)
- سیم جامپر
حالا برای اینکه پروژهمون رو ضدآب کنیم و بتونیم تو فضای باز (مثل حیاط و باغچه) قرارش بدیم، این لوازم رو هم آماده کن:
- یه جعبه پروژه ضدآب پلاستیکی
- باتری 9 ولت به همراه سوکت اتصال (نکات انتهای همین بخش رو حتما بخون)
- کلید روشن/خاموش (اگه برای بیرونه، حتما مدل ضدآب یا روکشدار بگیر)
- چند متر سیم برای پخش کردن الایدیها تو باغچه (من برای هر الایدی حدود 3 متر سیم شبکه Cat5 استفاده کردم)
- یه مینی برد بورد یا یه تیکه برد سوراخدار (Perf board)
- گلند کابل ضدآب برای عبور دادن سیمها از جعبه
- وارنیش حرارتی (شیرینک) برای عایق کردن و محافظت از پایههای الایدی
- بستهای پارچهای چسبدار (ولکرو) سبز رنگ برای وصل کردن الایدیها به شاخوبرگ گیاهان
- پین هدر نری برای اتصال قطعات روی مینی برد بورد
ابزارهایی که کارت رو راحتتر میکنن:
- دریل و مته برای سوراخ کردن جعبه (مته کاجی یا پلهای اینجا خیلی به دردت میخوره)
- دستگاه چسب حرارتی
- هویه و لوازم لحیمکاری
- فرز مینیاتوری (مثل درمل) برای تراشیدن قسمتهای اضافی داخل جعبه (در صورت نیاز)
چند تا نکته مهم قبل از شروع: اول اینکه انتخاب باتری 9 ولتی فقط برای راهاندازی سریع و آسون بود. استفاده دائمی از این باتریها یکم هدر دادن پوله.
برای اینکه سیستم بیشتر روشن بمونه، بهتره از یه جاباتری 4 تایی باتری قلمی (AA) استفاده کنی (البته به جعبه بزرگتری نیاز پیدا میکنی).
دوم اینکه اگه خواستی از سیم شبکه (Cat5) استفاده کنی، مطمئن شو که مغزی سیمها مسی باشه. موقع کار سیمها رو دور یه تیکه لوله پولیکا بپیچ تا گره نخورن. من برای هر الایدی سه متر سیم در نظر گرفتم تا حسابی تو باغچه پخش بشن. اگه دوست داری فاصله چراغها از هم بیشتر باشه، با خیال راحت از سیمهای بلندتر استفاده کن!
سوم و آخر اینکه بهتره قبل از خرید یا ساختن چیزی، کل این آموزش رو یه دور بخونی تا دقیقا دستت بیاد که چه تغییراتی میتونی متناسب با سلیقه خودت روش اعمال کنی.
بستن مدار اصلی
این پروژه بر اساس قابلیت PWM (مدولاسیون پهنای پالس) آردوینو کار میکنه تا بتونه نور الایدیها رو به صورت نرم کم و زیاد کنه و حالت چشمک زدن رو طبیعی جلوه بده. برد Nano شش تا پین PWM داره و میتونی از همهشون استفاده کنی. مدارش هم خیلی ساده و سرراسته.
پایههای مثبت (آند) تمام الایدیها رو به پینهای D3، D5، D6، D9، D10 و D11 وصل کن. پایههای منفی (کاتد) رو هم بده به مقاومتها و در نهایت همه رو به یه سیم زمین (GND) مشترک متصل کن. (جای مقاومت قبل یا بعد از الایدی فرقی نمیکنه.
فقط برای جریانهای بالا مهمه که مقاومتها جلوی اتصالی رو بگیرن). برای اینکه گیج نشی، چند تا نقشه مداری هم برات گذاشتم تا راحتتر بتونی اتصالات رو انجام بدی. (این نقشهها با نرمافزار Fritzing طراحی شدن). حالا که اتصالات رو فهمیدی، بریم سراغ بخش نرمافزاری ماجرا.
کدنویسی برای آردوینو
اگه برنامهنویس حرفهای باشی، کدهای این پروژه برات خیلی ساده به نظر میرسه! اما برای مبتدیها یه نقطه شروع عالیه، چون با مفاهیمی مثل متغیرها، تعریف پینها، توابع و حتی تولید اعداد تصادفی (Random Generator) آشنا میشی. البته میشد کد رو با استفاده از آرایهها خلاصهتر نوشت، اما همینطوری هم کارش رو بینقص انجام میده.
توی خود کد کامنتهایی نوشته شده که منطق هر بخش رو توضیح میده. فایل برنامه رو روی برد آپلود کن تا مغز متفکر شبتابهامون بیدار بشه!
آمادهسازی محفظه کنترلر
وقتی کدهات رو روی آردوینو ریختی و دیدی که شبتابها همونطور که میخوای چشمک میزنن، وقتشه که اونا رو برای رفتن به باغچه آماده کنیم؛ این یعنی یه جعبه پروژه محکم و کلی وارنیش حرارتی برای اینکه آردوینو و الایدیها از رطوبت و بارون در امان بمونن. بریم برای ساختمش!
ساخت بدنه درخشان کرمهای شبتاب
- اول پایههای الایدیها رو کوتاه کن و بذار حدود 5 میلیمتر بمونه.
- حدود 5 میلیمتر از سر سیمهایی که میخوای استفاده کنی رو لخت کن و قلعاندود (تین) کن.
- یه تیکه وارنیش حرارتی 1 میلیمتری رو روی هر کدوم از سیمها بکش.
- الایدی رو به سیم لحیم کن. (همینجا یه قرارداد برای خودت بذار؛ مثلا سیم رنگی بشه مثبت و سیم سفید بشه منفی. تا آخر پروژه همین الگو رو رعایت کن تا بعدا دچار سردرگمی نشی!)
- وارنیش رو بکش روی قسمتهای لخت سیم و پایههای الایدی. با یه فندک یا سشوار صنعتی حرارتش بده تا کاملا کیپ بشه.
- حالا یه تیکه وارنیش بزرگتر بردار، بکش روی کل الایدی و سیم (طوری که فقط نوک یا همون لنز الایدی بیرون بمونه) و اون رو هم حرارت بده تا محکم بشه.
- برای اینکه سیمهای بلندت تو باغچه پخشوپلا و نامنظم نشن، هر چند سانتیمتر یه تیکه کوچیک وارنیش بنداز روی جفت سیمها و حرارت بده تا سیمها کنار هم مرتب بمونن.
سوراخکاری و آماده کردن جعبه
- با یه فرز مینیاتوری و سری سنباده، پلاستیکها یا زائدههای اضافی داخل جعبه رو بتراش. (فقط مراقب باش جای پیچهایی که برای بستن در جعبه لازمن رو از بین نبری!)
- تصمیم بگیر کلید روشن/خاموش و کابلهای الایدی از کجای جعبه بیرون بیان. پیشنهاد من دیوارههای کناریه، اما هر جور که خودت راحتتری عمل کن.
- با یه مته مناسب، دو تا سوراخ برای گلند کابل و کلید روی جعبه دریل کن.
نکته: تو عکس بالا میبینی که من یه "کابل تستی" درست کردم؛ یعنی یه دسته سیم که 6 جفت سیم توشه و با وارنیش به هم چسبیدن. با این کابل میخواستم چک کنم ببینم گلند کابل با ضخامت دسته سیمهای من همخوانی داره یا نه. تازه با همین کابل تستی، جعبه رو بستم و انداختمش تو آب تا ببینم ضدآب هست یا نه!
(بعد از 24 ساعت موندن تو عمق 15 سانتیمتری آب، فقط یه نمه رطوبت داخلش بود! پس با خیال راحت میشه گفت این جعبه در برابر شرایط جوی و بارون کاملا مقاومه).
تامین برق مدار
- آردوینو، کلید و باتری رو به صورت فرضی داخل جعبه بچین تا دستت بیاد چقدر سیم نیاز داری تا به هم برسن. سیمهای کلید و سوکت باتری 9 ولتی رو اندازه کن و ببر. سرشون رو لخت و قلعاندود کن و قبل از لحیمکاری، حتما وارنیش حرارتی رو بنداز روی سیمها.
- دو تا پین هدر نری از نوار پینهدرت جدا کن (بذار همونطوری دوتایی به هم چسبیده بمونن).
- سیم قرمز باتری رو به یه پایه کلید لحیم کن. پایه دیگه کلید رو به یکی از پین هدرها لحیم کن. سیم مشکی باتری رو هم مستقیم به پین هدر دوم متصل کن.
- همونطور که تو نقشه مشخصه، این پین هدرها قراره روی برد بورد قرار بگیرن تا برق رو به پینهای VIN (مثبت) و GND (منفی) آردوینو برسونن. پین VIN میتونه ولتاژی بین 7 تا 12 ولت رو تحمل کنه. اگه از منبع تغذیهای غیر از باتری 9 ولت استفاده میکنی، حواست به پایههای تغذیه باشه.
اصلاح برد آردوینو (در صورت نیاز)
چون جعبه پروژه من عمق کمی داشت، مجبور شدم پین هدرهای بخش ICSP رو از روی برد دربیارم تا جا بشه. این پینها در واقع یه رابط ثانویه برای آردوینو هستن. درآوردنشون هیچ آسیبی به برد نمیزنه، چون همیشه میتونی کدها رو با کابل USB رو برد آپلود کنی.
نکته: اگه برد Nano تو از همون اول بدون پین هدر بود و خودت باید پینها رو لحیم میکردی، خب از همون اول پینهای ICSP رو لحیم نکن تا کارت راحتتر بشه.
سیمکشی نهایی داخل جعبه
- گلند کابل رو تو سوراخی که براش دریل کردی ببند. واشر لاستیکی گلند باید بین دیواره جعبه و مهره بیرونی قرار بگیره تا آببندی کامل بشه.
- سر سیمهای الایدیها رو جمع کن. طولشون رو یکی کن، لختشون کن و قلعاندودشون کن. سیمها رو از داخل درپوش گلند رد کن و با یه تیکه وارنیش حرارتی اونها رو دسته کن؛ فقط یادت باشه که طول کافی برای رسیدن به برد بورد داخل جعبه باقی بذاری.
- دسته سیم رو از گلند بفرست داخل جعبه و درپوش گلند رو محکم بپیچ تا سیمها (ترجیحا از روی همون قسمتی که وارنیش زدی) کاملا کیپ و آببندی بشن.
- سیمهای منفی رو از مثبتها جدا کن (همون رنگبندی که اول کار قرار گذاشتیم!). همه سیمهای منفی رو به هم لحیم کن تا یه GND مشترک داشته باشی. یه تیکه سیم کوتاه به این دسته اضافه کن و سرش یه پین هدر نری لحیم کن. فراموش نکن که روی قسمتهای لحیمشده وارنیش بکشی.
- به سر هر کدوم از سیمهای مثبت هم یه پین هدر نری لحیم کن و باز هم وارنیش یادت نره.
- پین هدرهای مثبت رو روی برد بورد جا بزن تا به پینهای PWM آردوینو وصل بشن.
- پین هدر مشترک منفی (GND) رو هم طوری روی برد بورد قرار بده که اول از مقاومت رد بشه و بعد بره به پایه GND آردوینو.
- باتری رو بذار تو جعبه و کلید رو تو سوراخ خودش محکم کن. واشر لاستیکی کلید هم یادت نره. حالا پین هدرهای تغذیه رو به برد بورد وصل کن.
- در جعبه رو ببند و پیچهاش رو محکم کن. خسته نباشی، کار تمومه!
نکته خیلی مهم: حتما تو شماتیکها متوجه شدی که من برای کل سیستم فقط از یه مقاومت محدودکننده جریان استفاده کردم. در حالت استاندارد، اگه چند تا الایدی همزمان روشن بشن، هر کدوم باید مقاومت جداگانه خودش رو داشته باشه. اما تو کدهایی که ما نوشتیم، هیچوقت دو تا الایدی همزمان با هم روشن نمیشن! برای همین یه دونه مقاومت برای محافظت از کل آردوینو کافیه.
این ترفند هم فضای روی مینی برد بورد رو ذخیره میکنه و هم وقتت رو برای لحیمکاری مقاومتهای جداگانه نمیگیره. اما... هشدار!!!
اگه خواستی کدهات رو طوری تغییر بدی که چند تا کرم شبتاب با هم روشن بشن، حتما و حتما باید برای هر الایدی یه مقاومت مجزا در نظر بگیری، وگرنه ممکنه بردت آسیب ببینه.
نصب و راهاندازی تو محیط
حالا با کمک بستهای ولکرو (چسب پارچهای) یا حتی چسب حرارتی، الایدیها رو به شاخهوبرگ گیاهان، حصار باغچه یا هر دکوری دیگهای که تو حیاط داری وصل کن. حتی میتونی تو خونه هم ازشون استفاده کنی؛ مثلا لابهلای شیشههای دکوری، پشت پردهها یا حتی آویزون کردنشون از سقف برای ایجاد یه توهم سهبعدی شناور تو تاریکی! این ایده برای مهمونیها، عروسیها و حتی پسزمینه عکاسی فوقالعاده جواب میده.
ایدههای بیشتر برای ارتقای پروژه
همونطور که گفتم، این تازه نسخه اولیه و ساده این پروژهست و کلی جای پیشرفت داره! میتونی با استفاده از یه آیسی شیفت رجیستر (Shift Register) تعداد الایدیها رو چند برابر کنی. با اضافه کردن یه سنسور نوری (LDR) و یه پنل خورشیدی، میتونی سیستمی بسازی که روزها شارژ بشه و شبها خودش اتوماتیک روشن بشه!
کدها رو دستکاری کن و الگوی چشمک زدن حشرات رو شخصیسازی کن تا طبیعیتر به نظر برسن. هر تغییری که دادی رو بساز، ازش لذت ببر و با بقیه هم به اشتراک بذار!
اگه دوست داری این ایده رو حرفهایتر کنی، پیشنهاد میکنم حتما یه سر به انجمنها و گروههای برنامهنویسی آردوینو بزنی؛ اونجا پر از آدمهای خلاقیه که ایدههای جالبی برای بهینهسازی کدها و سختافزار پروژههای نوری دارن. دنیای اپنسورس یعنی همین که یه ایده ساده رو بگیریم و با کمک هم، اون رو به یه چیز شگفتانگیز تبدیل کنیم.
پس دست به کار شو و اگه این شبتابهای جادویی رو ساختی، حتما یه ویدیو از رقص نورشون تو تاریکی بگیر و با منشن کردن پیج اینستاگرام آیسیمدار، نتیجه کارت رو به ما هم نشون بده. موفق باشی!
فایلهای پیوست
تو میتونی اولین سازنده باشی!
اگه پروژه رو ساختی به اشتراک بزار و اعتبار هدیه بگیر
این آموزش با استانداردهای اختصاصی آیسیمدار بازنویسی و بهینهسازی شده و تمامی حقوق انتشار آن متعلق به این مجموعه است و در صورت کپی یا بازنشر پیگرد قانونی خواهد داشت.
آموزشهای مشابه
گفتگوهای کاربران
هنوز نظری ثبت نشده؛ تو شروع کن!
هنوز نظری ثبت نشده؛ تو شروع کن!