پروژه طراحی و ساخت دیتالاگر با آردوینو (بخش اول)

دیتالاگر (data logger) یا ثبت کننده داده، همان طور که از نام آن می توان حدس زد به سیستمی گفته می شود که اطلاعاتی را از محیط توسط سنسورها دریافت و آن را برای پردازش یا کاربردهای دیگر ذخیره سازی می کند.

دیتالاگر یکی از پرکاربردترین و متنوع ترین سیستم های الکترونیکی است که ساختن آن با روش های بسیار زیادی امکان پذیر است و همواره به عنوان پروژه های جذاب های دانشجویی یا کاربردهای صنعتی از آن یاد می شود.

همان طور که از تعریف یک سیستم دیتالاگر نیز مشخص است، رنج وسیعی از سیستم های الکترونیکی دارای دیتالاگر می باشند. با توجه به نوع داده های دریافتی، نحوه دریافت، نحوه ذخیره سازی، نحوه استفاده از داده های ذخیره شده و…. کاربردهای بی شماری برای دیتالاگر وجود دارد و در نتیجه ساخت هر یک نیز میتواند بسیار متفاوت باشد.

در این مطلب قصد داریم توسط بردهای آماده آردوینو یک دیتالاگر ساده و جذاب طراحی کنیم.

اگر ساخت این پروژه برای شما هم جذاب است، با ما همراه باشید …

سخت افزار پروژه :

همه ی آن چیزی که برای ساخت این پروژه لازم دارید در شکل زیر نشان داده شده است…

• جعبه سفید رنگ در سمت چپ شکل سنسور دما و رطوبت DHT22 است.
• جعبه آبی رنگ بالای شکل، باطری تامین کننده انرژی پروژه است. می توانید به جای باطری از آداپتور با ولتاژ و جریان مناسب استفاده کنید.
• بخش اصلی پروژه ما بخش کنترل کننده است که بر روی برد سوراخ دار قرار گرفته است.

کنترل کننده :

مطابق شکل های زیر بخش کنترل کننده پروژه شامل سه برد آردوینو می شود که بر روی یک برد سوراخ دار مونتاژ کرده ایم. شما می توانید از هر روش دیگری مانند برد بورد یا برد مدارچاپی استفاده کنید.

برد آردوینو  Adafruit Trinket :

این برد شامل میکروکنترلر ATmega328P  تغذیه 5v با فرکانس کاری 16MHz است. مطابق شکل این برد دارای پورت USB نیز هست ولی ما از پورت سریال که به هدر متصل است استفاده می کنیم.

برد Power Boot 500 :

این برد شامل یک مبدل تغذیه و شارژ کننده هست که تغذیه پروژه ما را فراهم می کند. چون ما از باطری لیتیومی 3.7v استفاده کرده ایم، این برد ولتاژ باطری را تبدیل به ولتاژ 5.2v مورد نیاز برای برد Adafruit Trinket و دیگر اجزای پروژه می کند. همچنین با اتصال USB به این برد، باطری شارژ می شود. اگر شما از باطری استفاده نمی کنید می توانید از این برد استفاده نکنید.

برد ChronoDot :

برای ساخت دیتالاگر نیاز به ثبت دقیق تاریخ و زمان داریم. این برد یک ساعت بسیار دقیق با حداکثر خطای چند دقیقه در سال است که میتواند تاریخ و زمان را به مدت چند سال ذخیره سازی کند. نکته مهم این است که این برد مستقل از میکروکنترلر عمل کرده و در زمان های خاموش بودن میکروکنترلر و برد اصلی نیز به عملکرد خود ادامه می دهد.

کلیدها :

برای قطع و وصل تغذیه می توانید از یک کلید استفاده کنید. شکل زیر یک نمونه کلید برای قطع و وصل تغذیه را نشان می دهد.

از یک کلید مطابق شکل زیر برای انتخاب بین حالت های مختلف ثبت اطلاعات استفاده می کنیم. در مورد نحوه استفاده و کاربرد این کلید در بخش های بعدی به طور مفصل تر توضیح می دهیم.

از یک کلید مطابق شکل زیر برای زمانی که باطری به طور کامل شارژ شده است استفاده می شود. با فعال سازی این کلید تغذیه سیستم از کابل TTL تامین می شود و با قطع آن تغذیه سیستم از باطری تامین می شود. به دلیل این که استفاده از باطری ممکن است در هنگام برنامه ریزی میکروکنترلر باعث وجود نوساناتی بر روی تغذیه شود، هنگام برنامه ریزی میکروکنترلر می توانیم از این کلید برای تامین تغذیه از طریق کابل TTL استفاده کنیم.

پین هدر سنسور :

از پین هدر زیر برای اتصال به سنسور استفاده می کنیم. پایه وسط این هدر به تغذیه متصل شده است تا اگر سنسور در جهت اشتباه متصل شد مشکلی به وجود نیاید.

پس به طور کلی به عنوان جمع بندی به قطعات زیر برای این پروژه نیاز داریم :

• برد Adafruit Pro Trinket 5V : قابل جایگزین با بردهای مشابه مانند Arduino Pro Mini یا Arduino Nano 3.x (به اتصال صحیح پایه ها دقت شود)
• برد Adafruit PowerBoost 500 : از این برد به عنوان تغذیه سیستم استفاده می شود و میتوانید از روش های دیگر نیز برای تامین تغذیه استفاده کنید.
• برد ChronoDot
• سنسور DHT22
• باطری لیتیومی 3.7V , 6600mAh
• برد سوراخ دار
• مقاومت 10 کیلواهم
• کلید های مناسب برای قطع و وصل تغذیه و تغییر حالت
• پین هدر و سیم های مناسب برای اتصال سنسور و دیگر قطعات پروژه به یکدیگر

شماتیک پروژه :

شکل زیر نمای کلی چگونگی اتصال قطعات پروژه را به یکدیگر نشان می دهد.

در مورد قطعات موجود در این شماتیک در بخش های قبلی توضیح داده شد. تنها نکته ای که وجود دارد استفاده از حافظه RAM خارجی از نوع FRAM به شکل یک ماژول است که توسط رابط I2C به میکروکنترلر متصل می شود و هدف استفاده از آن افزایش حافظه به منظور ذخیره سازی بیشتر و دقیق تر داده ها می باشد. شکل زیر یک نمونه ماژول FRAM را که در این پروژه استفاده شده است را نشان می دهد :

استفاده از RAM  های از نوع FRAM مزایای زیادی دارد از جمله توان مصرفی کم، قابلیت نوشتن بایت به بایت اطلاعات و تعداد دفعات نوشتن و خواندن بالا.

به جای استفاده از RAM می توانید از روش های دیگر مانند حافظه های SD یا حافظه های Flash نیز استفاده کنید که هریک مزایا و معایب خود را دارند.

خوب تا اینجا سخت افزار پروژه رو توضیح دادیم یعنی 50 درصد کار….

در بخش بعدی این مطلب در مورد نرم افزار یعنی 50 درصد دیگر پروژه توضیح می دیم و میتوانید یک دیتالاگر با هزینه بسیار کم و در کوتاه ترین زمان برای خود بسازید.

در بخش بعدی با ما همراه باشید….

بخش دوم پروژه طراحی و ساخت دیتالاگر با Arduino : نرم افزار

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.

مطالعه دیگر جلسات این آموزش

<< جلسه قبلی                    جلسه بعدی >>