قفل در هوشمند حساس به در زدن با آردوینو

زمان انجام پروژه

این پروژه چند ساعتی از وقتت رو می‌گیره، پس با حوصله و دقت پیش برو.

مهارت‌های لازم

برای اینکه موقع ساخت مدار راحت‌تر پیش بری، بهتره مهارت‌های زیر رو داشته باشی:

• لحیم‌کاری مقدماتی قطعات الکترونیکی.
• توانایی خوندن شماتیک‌های ساده.
• آشنایی پایه با آردوینو (نحوه آپلود کد و ایجاد تغییرات جزئی).
• کمی خلاقیت برای تغییر دادن ابعاد قاب بر اساس قفل در اتاق خودت.
• مهارت عیب‌یابی برای پیدا کردن و رفع مشکلات احتمالی مدار.

ابزارهای مورد نیاز

• دریل و مته‌های مختلف در سایزهای کاربردی.
• اره برای برش لوله‌های PVC.
• هویه و سیم لحیم مناسب.
• انبردست و دم‌باریک.
• پیچ‌گوشتی.
• وارنیش حرارتی یا چسب برق برای عایق‌کاری.
• سیم‌لخت‌کن.
• گیره رومیزی برای نگه‌داشتن قطعات.
• عینک ایمنی.
• دستکش کار.

وسایلی مثل خط‌کش، متر، مولتی‌متر، بردبورد، چسب حرارتی و ماژیک هم تو مراحل مختلف کار خیلی به دردت می‌خورن.

لیست کامل قطعات مکانیکی و الکترونیکی

برای ساخت این سیستم هوشمند، این قطعات الکترونیکی رو تهیه کن:

• یک عدد برد آردوینو (هر مدلی که حداقل یک ورودی آنالوگ و سه خروجی دیجیتال داشته باشه).
• یک موتور گیربکس‌دار 5 ولت (با گشتاور بالا برای باز کردن نرم قفل).
• یک بلندگوی پیزو الکتریک 30 میلی‌متری.
• یک دکمه فشاری لحظه‌ای.
• یک عدد ال‌ای‌دی قرمز.
• یک عدد ال‌ای‌دی سبز.
• یک ترانزیستور NPN مدل 2N2222A یا معادل اون.
• دیود یکسوساز 1N4001.
• مقاومت 2.2 کیلواهم.
• مقاومت 10 کیلواهم.
• مقاومت 1 مگا اهم.
• دو عدد مقاومت 560 اهم.
• یک تکه برد سوراخ‌دار (پرف‌برد).
• سوکت باتری 9 ولتی و باتری یا یک آداپتور باثبات.
• سیم‌های جامپر و رابط در رنگ‌های مختلف.

داشتن یه بردبورد هم برای تست مدار قبل از لحیم‌کاری اصلی شدیدا توصیه میشه تا خیالت از اتصالات راحت باشه. قطعات مربوط به ساخت قاب (البته می‌تونی طراحی اختصاصی خودت رو داشته باشی):

• لوله PVC سایز 1/2 اینچ.
• سه عدد زانویی PVC سایز 1/2 اینچ.
• یک عدد اتصال پنج‌راهه PVC.
• دو عدد درپوش لوله PVC.
• سه عدد بادکش پلاستیکی (اگه در اتاقت صاف نیست، می‌تونی از چسب دوطرفه فومی استفاده کنی).
• ورق فلزی نازک برای پایه سنسور ضربه.
• ورق فلزی برای ساخت گیره اتصال موتور به قفل.
• پیچ و مهره‌های سایز کوچک.
• پیچ‌های مناسب برای بستن موتور به درپوش پلاستیکی.

اگه گشتاورسنج داری، می‌تونی نیروی لازم برای باز شدن قفل اتاقت رو اندازه بگیری تا موتور دقیق‌تری براش انتخاب کنی.

اولین کار اینه که کدهای پروژه رو روی برد آردوینو آپلود کنیم. این‌طوری موقع بستن مدار، خیلی راحت می‌تونیم همه‌چیز رو تست کنیم. برای شروع، محیط نرم‌افزار آردوینو (IDE) رو باز کن تا بریم سراغ تنظیمات برنامه. کدهایی که برای این پروژه لازم داری رو می‌تونی با یه جستجوی ساده پیدا کنی یا خودت بنویسی، اما بخش مهمش تنظیم متغیرهاست.

بعد از باز کردن کد تو نرم‌افزار، اون رو روی برد آپلود کن و منتظر بمون تا پیغام موفقیت‌آمیز بودن آپلود رو ببینی. اگه تو این مرحله خطایی گرفتی، مطمئن شو که پورت و نوع برد رو درست انتخاب کردی. حالا بریم سراغ بررسی چند تا متغیر مهم تو کدها که می‌تونی به دلخواه خودت تغییرشون بدی. متغیر threshold حساسیت سنسور رو مشخص می‌کنه. اگه سنسور نویز زیاد می‌گیره، این عدد رو بیشتر کن.

متغیرهای rejectValue و averageRejectValue برای تنظیم دقت ریتم ضربه‌ها استفاده میشن. هر چی این اعداد کمتر باشن، سیستم سخت‌گیرتر میشه و باید خیلی دقیق‌تر در بزنی! البته پیشنهاد می‌کنم این مقادیر رو خیلی پایین نیاری تا خودت هم پشت در نمونی. متغیر knockFadeTime برای جلوگیری از تداخل ضربه‌هاست. این زمان مکث باعث میشه سنسور یه ضربه رو به اشتباه دو بار نشماره.

زمان کارکرد موتور هم با متغیر lockTurnTime بر حسب میلی‌ثانیه تنظیم میشه که بستگی به نوع موتور و قفل درت داره. اگه زمان چرخش بیشتر از نیاز باشه، کلاچی که بعدا می‌سازیم از فشار اومدن به موتور جلوگیری می‌کنه. متغیر maximumKnocks حداکثر تعداد ضربه‌های مجاز رو نشون میده که به صورت پیش‌فرض عدد بالاییه. می‌تونی این متغیر رو تغییر بدی، اما حواست به محدودیت حافظه آردوینو هم باشه.

متغیر knockComplete هم حداکثر زمانیه که سیستم منتظر ضربه بعدی می‌مونه. اگه تند در می‌زنی می‌تونی این زمان رو کم کنی و اگه آروم ضربه می‌زنی، زمان رو ببر بالاتر. با تغییر متغیر secretCode می‌تونی ریتم پیش‌فرض دستگاه رو هر طور که دوست داری شخصی‌سازی کنی. این اعداد درصدی از طولانی‌ترین ضربه هستن. اگه وارد کردن ریتم سخت بود، یه الگوی ساده‌تر براش بنویس.

برای بخش عیب‌یابی هم دستوراتی تو برنامه در نظر گرفته شده. با باز کردن سریال مانیتور روی سرعت 9600 می‌تونی پیام‌های دیباگ رو ببینی و وضعیت سیستم رو بررسی کنی. بقیه کدهای برنامه خیلی ساختار مشخصی دارن و نیازی نیست تغییر خاصی توشون بدی.

قبل از اینکه همه‌چیز رو لحیم کنیم، بهتره کل مدار رو روی بردبورد ببندیم تا از کارکردش مطمئن بشیم. این‌طوری اگه اشتباهی تو سیم‌کشی باشه، خیلی راحت و بدون دردسر حل میشه. اول از همه سنسور پیزو رو وصل می‌کنیم.

دو تا سیم به پایه‌هاش لحیم کن. سنسور رو بین پین Analog 0 و زمین (GND) آردوینو قرار بده و مقاومت 1 مگا اهم رو موازی باهاش ببند.

حالا آردوینو رو به کامپیوتر وصل کن و سریال مانیتور رو باز کن تا وضعیت سنسور رو چک کنیم. وقتی روی پیزو ضربه می‌زنی، باید پیام تشخیص ضربه رو روی مانیتور ببینی و سیستم متوجه در زدن بشه. اگه پیام باز شدن در رو دیدی یعنی ریتم رو درست زدی، اما اگه سنسور خودبه‌خود فعال میشه، باید حساسیتش رو تو کد کم کنی.

با تغییر متغیر threshold می‌تونی حساسیت سنسور رو به بهترین حالت ممکن برسونی تا فقط ضربه‌های واقعی رو حس کنه. وقتی از کارکرد سنسور مطمئن شدی، می‌تونیم خطوط مربوط به عیب‌یابی رو غیرفعال کنیم تا بریم سراغ بقیه قطعات.

حالا نوبت ال‌ای‌دی‌هاست. ال‌ای‌دی قرمز رو به پین دیجیتال 4 و ال‌ای‌دی سبز رو به پین دیجیتال 5 وصل کن. حتما برای هر ال‌ای‌دی از مقاومت 560 اهم استفاده کن. وقتی مدار روشن میشه، باید ال‌ای‌دی سبز روشن بشه. با هر ضربه درست، چراغ سبز چشمک می‌زنه و اگه اشتباه بزنی، چراغ قرمز روشن میشه.

اگه چراغ‌ها روشن نشدن، جهت پایه‌های مثبت و منفی ال‌ای‌دی رو چک کن. برای دکمه برنامه‌ریزی، یه سرش رو به 5 ولت و سر دیگه‌اش رو به پین دیجیتال 2 متصل کن.

یادت نره که دکمه رو با یه مقاومت 10 کیلواهم به زمین (GND) وصل کنی. وقتی دکمه رو نگه داری، چراغ قرمز روشن میشه و می‌تونی یه ریتم جدید رو با در زدن ثبت کنی.

در نهایت موتور رو به مدار اضافه کن. ترانزیستور و دیود رو دقیقا طبق شماتیک ببند. حالا ریتم پیش‌فرض رو بزن؛ موتور باید حدود نیم ثانیه بچرخه و قفل رو باز کنه. اگه موتور خیلی ضعیف می‌چرخه، پین تغذیه‌اش رو به پین Vin وصل کن و جهت چرخشش رو هم چک کن.

اگه می‌خوای یه قاب محکم و جمع‌وجور داشته باشی، لوله‌های PVC بهترین گزینه‌ن. یادت باشه فعلا فقط قطعات رو برای تست روی هم سوار می‌کنیم و چسب نمی‌زنیم.

اول روی یکی از درپوش‌های لوله یه سوراخ برای دکمه فشاری در بیار و دکمه رو محکم سر جاش ببند. این درپوش به یکی از خروجی‌های اتصال 5 راهه PVC وصل میشه.

برای پایه موتور، روی یه درپوش دیگه سوراخی به اندازه شفت موتور ایجاد کن. ممکنه لازم باشه ضخامت درپوش رو کمی بتراشی تا شفت موتور به اندازه کافی بیرون بیاد.

موتور رو داخل درپوش قرار بده و با مته سوراخ‌هایی برای پیچ‌هاش در بیار تا کاملا فیکس بشه. این بخش رو هم به خروجی پایینی اتصال 5 راهه وصل کن. حالا باید بازوهای قاب رو بسازیم.

یه لوله 5 اینچی ببر که به عنوان بازوی بلند استفاده میشه و به یه سرش زانویی بزن. دو تا لوله 2 اینچی هم برای بازوهای کوتاه ببر و روی هر کدوم یه سوراخ کوچیک برای عبور سیم‌ها ایجاد کن.

روی بازوی بلند باید جای ال‌ای‌دی‌ها رو هم مشخص کنی. با یه ماژیک خط وسط لوله رو بکش و با دریل سوراخ‌های منظمی بزن. قسمت زیرین بازوی بلند هم نیاز به یه برش کوچیک داره تا فنر سنسور از اونجا خارج بشه. یه سوراخ ریز هم برای عبور سیم‌های پیزو در همون نزدیکی ایجاد کن تا همه‌چیز مرتب بمونه.

حالا نوبت به پایه‌هایی می‌رسه که روی در قرار می‌گیرن. طول این پایه‌ها به اندازه قفل و موتور خودت بستگی داره. بهتره اول اونا رو کمی بلندتر ببری که بعدا موقع تست بتونی دقیقا تنظیمشون کنی تا موتور راحت به قفل برسه.

تو این مرحله باید یه گیره بسازیم که شفت موتور رو به اهرم قفل در متصل کنه. این روش خیلی ساده و کاربردیه و اگه طرح بهتری داری حتما پیاده‌ش کن. یه ورق فلزی باریک رو بردار و به دو قسمت مساوی برش بزن. روی هر کدوم خط وسط رو مشخص کن. سوراخ‌های کوچیکی برای رد شدن پیچ‌ها با دریل در قسمت بالایی ورق‌ها ایجاد کن.

حالا باید به این ورق‌ها یه خمیدگی بدی که دقیقا روی اهرم قفل در بشینه. عرض قفل رو اندازه بگیر و بر اساس اون، ورق‌ها رو خم کن تا حالت زیگزاگ به خودشون بگیرن. حواست باشه که سوراخ‌های بالای ورق‌ها دقیقا روبه‌روی هم باقی بمونن تا موقع بستن پیچ‌ها به مشکل نخوری.

پیچ‌ها رو از سوراخ‌های بالایی رد کن و شفت موتور رو بین دو تا ورق قرار بده. مهره‌ها رو طوری ببند که گیره محکم بشه اما خیلی هم سفت نباشه. این‌طوری اگه موتور تحت فشار قرار بگیره، گیره کمی خلاصی داره و به مدار یا موتور آسیبی نمی‌رسه. گیره رو روی قفل در تست کن تا مطمئن بشی به راحتی می‌چرخه و می‌تونه زبانه قفل رو بدون گیر کردن حرکت بده.

برای اینکه سنسور پیزو به خوبی لرزش‌های در رو حس کنه، باید اون رو روی یه پایه فنری سوار کنیم. البته می‌شه سنسور رو مستقیم با چسب به در وصل کرد، اما این روش فنری باعث میشه سیستم قابل حمل و تمیزتر باشه.

• یه ورق فلزی نازک و منعطف پیدا کن.
• سنسور پیزویی که سیم‌هاش رو قبلا لحیم کردی بیار.
• بازوی بلند قاب PVC رو هم آماده بذار تا فنر رو روش نصب کنیم.

+5

حالا که همه‌چیز رو تست کردیم، وقتشه قطعات رو از روی بردبورد برداریم و به صورت دائمی لحیم کنیم. بهتره از سیم‌های رنگی مختلف استفاده کنی و روی هر کدوم برچسب بزنی تا بعدا قاطی نشن. اگه از سیم‌های افشان استفاده می‌کنی، حتما سرشون رو قلع‌اندود کن تا راحت‌تر روی برد پرف‌برد لحیم بشن. اول سیم‌های ال‌ای‌دی‌ها رو لحیم کن؛ یه چیزی حدود 20 سانت سیم برای هر کدوم کافیه.

از اینجا به بعد کار یکم نیاز به ظرافت داره چون باید سیم‌ها رو از داخل لوله‌های باریک PVC عبور بدی. سعی کن قطعات رو تا حد ممکن چسبیده به برد لحیم کنی تا فضای کمتری بگیرن و راحت تو لوله جا بشن. برد سوراخ‌دارت رو به اندازه مناسب برش بزن و گوشه‌هاش رو کمی سنباده بکش تا لبه‌های تیزش از بین بره. برای راحتی کار، روی برد یه مسیر مشترک برای زمین (GND) و یه مسیر برای 5 ولت بساز.

یه تیکه سیم لخت رو در طول برد لحیم کن تا همه قطعاتی که نیاز به اتصال زمین دارن، خیلی راحت به این خط متصل بشن. سمت دیگه این سیم در نهایت به یکی از پین‌های GND آردوینو وصل میشه. همین کار رو دقیقا برای خط 5 ولت هم انجام بده تا تو سیم‌کشی‌ها گیج نشی. حالا ال‌ای‌دی‌ها و مقاومت‌های 560 اهمشون رو روی برد قرار بده و لحیم کن.

می‌تونی ال‌ای‌دی‌ها رو از روی لوله نصب کنی که راحت‌تره، یا از داخل قاب جا بزنی که ظاهر تمیزتری داره اما کمی سخت‌تره. پایه منفی ال‌ای‌دی‌ها رو به خط زمین وصل کن و پایه‌های مثبت رو با یه سیم بلند به سمت پین‌های 4 و 5 آردوینو هدایت کن. مقاومت 1 مگا اهم مربوط به سنسور پیزو رو هم روی برد قرار بده.

سیم‌های سنسور رو از بازوی بلند و اتصال 5 راهه رد کن و به دو سر این مقاومت لحیم کن. یه سیم هم ازش بگیر برای پین Analog 0. حالا مقاومت 10 کیلواهم مربوط به دکمه رو لحیم کن. یه سر دکمه رو به این مقاومت و سر دیگه‌اش رو به خط 5 ولت متصل کن. یه سیم هم از وسط این اتصال به سمت پین دیجیتال 2 بکش.

در نهایت ترانزیستور، دیود و مقاومت مربوط به موتور رو روی برد نصب کن. حواست به جهت دیود و پایه‌های ترانزیستور باشه. سیم‌های موتور رو هم به مدار متصل کن.

چک کن که جهت چرخش موتور برای باز کردن قفل درت درست باشه. حالا سیم‌های خروجی رو به پین‌های آردوینو وصل کن و برای آخرین بار یه تست کوچیک بگیر تا خیالت از بابت کارکرد مدار راحت بشه.

+4

حالا باید این همه سیم و برد رو داخل قاب PVC جا بدیم. اول سیم‌های آردوینو رو جدا کن. سیم‌های مربوط به سنسور و تغذیه باید از بازوی اصلی عبور کنن.

سیم‌های دیجیتال رو هم از اتصال 5 راهه به سمت بازوی کوتاه بکش. با استفاده از یه دم‌باریک یا مفتول کوچیک، سیم‌ها رو به آرومی از داخل لوله‌ها هدایت کن.

برد سوراخ‌دار رو بدون فشار زیاد داخل لوله مربوط به خودش قرار بده تا آسیبی به لحیم‌ها نرسه. اگه سیم‌ها خیلی بلندن، می‌تونی برد رو کمی بیشتر به داخل فشار بدی تا جا باز بشه. موتور رو هم که قبلا رو درپوشش بستی، تو قسمت پایینی قاب فیکس کن.

پایه‌های قاب رو با زانویی‌ها به بازوها وصل کن. اگه می‌خوای از بادکش‌های لاستیکی برای چسبوندن به در استفاده کنی، اونا رو با چسب حرارتی ته پایه‌ها محکم کن. در آخر برد آردوینو و باتری رو می‌تونی با بست کمربندی، سیم روکش‌دار یا نوار چسب روی قاب سوار کنی. شاید ظاهرش یکم خشن و صنعتی بشه، اما کاملا کار راه‌انداز و محکمه. حالا همه سیم‌ها رو به آردوینو وصل کن تا سیستم برای نصب روی در آماده بشه!

وقتشه دستگاه رو روی در نصب کنیم. طول پایه‌ها رو چک کن تا گیره موتور دقیقا روی اهرم قفل در بشینه. اگه پایه‌ها خیلی بلند بودن، می‌تونی لوله‌ها رو کمی کوتاه کنی تا گیره بدون زاویه و مستقیم روی قفل قرار بگیره.

اگه در اتاقت طوریه که بادکش‌ها روش نمی‌چسبن، می‌تونی از درپوش‌های معمولی استفاده کنی و قاب رو با چسب‌های دوطرفه فومی محکم به در بچسبونی. حالا از داخل اتاق، قفل رو ببند و مدار رو روشن کن. وقتی ال‌ای‌دی سبز روشن شد، همون ریتم پیش‌فرض رو روی در بزن.

اگه همه‌چیز درست باشه، قفل با صدای جذابی باز میشه! حالا با نگه داشتن دکمه می‌تونی یه ریتم اختصاصی و سخت‌تر برای خودت تعریف کنی تا دیگه هیچکس جز خودت نتونه در رو باز کنه. اگه دیدی موتور به اندازه کافی نمی‌چرخه و قفل کامل باز نمیشه، کافیه تو کد آردوینو زمان چرخش رو یه مقدار بیشتر کنی.

ساخت این قفل هوشمند تازه اول مسیره! تو می‌تونی با کمی خلاقیت پروژه‌ات رو حسابی ارتقا بدی؛ مثلا به جای میکروفون، از یه سنسور خازنی استفاده کنی تا قفل با لمس دستگیره در باز بشه. یا حتی می‌تونی کد رو طوری بنویسی که چند تا ریتم مختلف رو برای افراد مختلف خانواده ذخیره کنه.

• اضافه کردن ماژول بلوتوث برای کنترل با گوشی
• استفاده از سروو موتور به جای موتور گیربکس‌دار
• نصب یه پتانسیومتر برای تنظیم دستی حساسیت ضربه‌ها
• کوچک کردن قاب مدار برای نصب داخل خود در
• اضافه کردن یه دوربین برای عکس گرفتن از کسایی که ریتم رو اشتباه می‌زنن

امیدوارم از ساخت این پروژه امنیتی و باحال لذت برده باشی. حتما این قفل جادویی رو بساز، ریتم اختصاصی خودت رو روش ست کن و از کارکردش حسابی کیف کن.

یادت نره که تصاویر و ویدیوهای پروژه‌ات رو تو اپلیکیشن آیسی‌مدار با بقیه بچه‌ها به اشتراک بذاری تا ما هم از خلاقیت‌های خفنت ایده بگیریم. منتظر دیدن پروژه‌هات هستیم!

• ایده‌های جدیدت رو پیاده کن.
• مدارت رو شخصی‌سازی کن.
• تو آیسی‌مدار به اشتراک بذار.