در این مطلب یک کلاه هشداردهنده فاصله اجتماعی مبتنی بر آردوینو ارائه خواهد شد که برای جلوگیری از شیوع بیماری  Covid-19 یا بیماری‌های مشابه طراحی شده است.

این مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی به شما این امکان را می‌دهد تا اگر از از جلو، عقب، راست یا چپ به فردی نزدیک شوید، به شما هشدار دهد. درپوش مجهز به چهار سنسور فاصله اولتراسونیک متصل به Arduino Uno حداقل فاصله ایمن را حس می‌کند و از طریق یک زنگ اخطار شما را آگاه می‌کند. نمونه اولیه این مدار در شکل ۱ نشان داده شده است.

 

 هشداردهنده فاصله اجتماعی

شکل ۱

 

ساز و کار مدار:

نمودار مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی در شکل ۲ نشان داده شده است. این مدار در اطراف Arduino Uno، از چهار حسگر اولتراسونیک HC-SR04 و چند مولفه دیگر ساخته شده است.

 

نمودار مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی

شکل ۲: نمودار مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی

 

سنسور اولتراسونیک HC-SR04 از سونار یا ردیاب صوتی برای تعیین فاصله از یک جسم یا انسان استفاده می‌کند. این یک روش به منظور تشخیص بسیار عالی بدون تماس با دقت بالا با کاربرد آسان می‌باشد که دامنه آن از ۲ سانتی‌متر تا ۴۰۰ سانتی‌متر با دقت ۵ میلی‌متر است. این ماژول از یک فرستنده، گیرنده و مدار کنترل فراصوت تشکیل شده است. سنسور اولتراسونیک HC-SR04 در شکل ۳ نشان داده شده است. این دارای چهار پایه زیر است:

  1. VCC: +5V DC
  2. Trig: Trigger (input)
  3. Echo: Output
  4. GND: Ground
سنسور اولتراسونیک مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی

شکل ۳: سنسور اولتراسونیک HC-SR04

 

مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی به راحتی با Arduino Uno ارتباط برقرار می‌شود. کار با HC-SR04 ساده است. هنگامیکه سنسور فعال می‌شود (یک پالس کوتاه ۱۰μs به پین ورودی ماشه ۲ از برد Arduino Uno)، فرستنده سیگنال صوتی با فرکانس بالا را در ۴۰ کیلوهرتز ارسال می‌کند. سیگنال ارسالی از جسم نزدیک بازتاب می‌شود و توسط گیرنده دریافت می‌شود.

خروجی HC-SR04 (echo-pin 3) پالسی است که عرض پالس متناسب با فاصله جسم است. عرض پالس را می‌توان با تابع () pulseIn در کد محاسبه کرد. برنامه آردوینو فاصله اجسام را از هر چهار جهت محاسبه می‌کند.

در اینجا چهار حسگر اولتراسونیک در چهار جهت قرار داده شده و به Arduino Uno متصل شده‌اند. هر سنسور فاصله جسم را در هر چهار جهت جمع می‌کند و آن را با مقدار ایمنی فاصله تعریف شده در برنامه مقایسه می‌کند. هنگامی که کاربر از هر جهت بیش از حد به شخص دیگری نزدیک شود، صدای زنگ هشدار تولید می‌شود.

اتصالات پین آردوینو در مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی با اجزا در جدول نشان داده شده است.

 

 

نرم‌افزار مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی:

عملیات مدار از طریق برنامه نرم‌افزاری بارگیری شده و در حافظه داخلی Arduino Uno انجام می‌شود. درک این برنامه ساده و آسان است. نظرات در پایان هر خط فرمان داده می‌شود.

کد با تعریف شماره پین شروع می‌شود. برای هر سنسور به پایه‌های Trigger و echo نیاز است. بنابراین، در مجموع هشت پایه برای اتصال به برد Arduino لازم است. زنگ در حال استفاده می‌باشد، بنابراین شما باید پین زنگ را در کد تعریف کنید. در اینجا، برای هر سنسور دو متغیر لازم است: مدت زمان دریافت شده از سنسور و فاصله‌ای که باید از مدت زمان پالس محاسبه شود.

پایه‌های ورودی و خروجی چهار سنسور و زنگ را تنظیم کنید. همچنین ارتباط سریال را برای نظارت بر عملکرد چهار سنسور HC-SR04 تنظیم کنید. اکنون در حلقه قرار دارید، مقدار اولیه trigger سنسور را برای مدت ده میکرو ثانیه در حالت بالا شروع کنید و سپس با استفاده از عملکرد PulseIn () خروجی سنسور را بخوانید و فاصله را بر حسب سانتی‌متر محاسبه کنید. مقدار اولیه برای هر چهار سنسور HC-SR04 مشابه است.

در مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی چهار متغیر وجود دارد: فاصله ۱، فاصله ۲، فاصله ۳ و فاصله ۴ برای مشخص کردن فاصله از هر چهار جهت. عملیات منطقی “یا” را انجام دهید. در مرحله بعد، از جمله “اگر” برای مقایسه با فاصله امن استفاده کنید و اگر فاصله از حد آستانه عبور کرد، زنگ را روشن کنید.

 

اجزای هشداردهنده فاصله اجتماعی

 

ساخت و آزمایش:

قبل از جمع‌آوری مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی، اطمینان حاصل کنید که کد منبع (social_distancing.ino) با استفاده از Arduino IDE در صفحه آردوینو بارگذاری شده است.

همانطور که در نمونه اولیه نشان داده شده است (شکل ۱)، هر چهار سنسور HC-SR04 به همراه آردوینو از هر چهار جهت روی کلاه قرار گرفته‌اند. برای تغذیه مدار، یک باتری ۹ ولت PP3 از طریق جک DC خود به آردوینو متصل می‌شود.

برای اهداف آزمایش، از فاصله ایمن ۳۰ سانتی‌متر در برنامه استفاده می‌شود که طبق هنجارها قابل تغییر است. از ابزار مانیتور سریال در Arduino IDE می‌توان برای بررسی فاصله از هر چهار سنسور استفاده کرد. پس از بررسی کارکرد هر سنسور در مانیتور سریال، می‌توانید کابل را بردارید.

به منظور کاهش حجم مدار هشداردهنده فاصله اجتماعی، می‌توانید از ماژول‌های سنسور اولتراسونیک کوچکتر استفاده کرده و Arduino Uno را با یک برد Arduino Nano جایگزین کنید.