پروژه ال ای دی (LED) چشمک زن با آردوینو + کد برنامه‌ نویسی

اگر ال ای دی را از نزدیک ببینید، احتمالا تصور نمی‌کنید این قطعه الکترونیکی کوچک چقدر می‌تواند در انجام پروژه‌های الکترونیک، رباتیک و اینترنت اشیا موثر باشد. پس بهتر است با انواع ال ای دی و نحوه راه‌اندازی آن آشنا شوید.

ال ای دی یک قطعه الکترونیکی است که نسبت به شدت جریانی که از آن عبور دهیم، شدت خاصی از نور را بازتاب می‌کند. ال ای دی در دستگاه‌های مختلف برای نمایش وضعیت خاموش و روشن بودن دستگاه استفاده می‌شود.

انواع ال ای دی

کلمه ال ای دی (LED) مخفف Light-Emitting Diode یا دیود ساطع‌کننده نور است. ال ای دی انواع متفاوتی دارد:

• ال‌ای‌دی معمولی یا پایه‌دار
• ال‌ای‌دی اس ام دی (SMD LED) 
• پاور ال‌ای‌دی (POWER LED)
• ال‌ای‌دی پاور اس ام دی (SMD POWER LED)
• ال‌ای‌دی COB 
• ال‌ای‌دی MCOB

هر کدام از مدل‌های فوق را می‌توان در بوردهای خاصی استفاده کرد. فارغ از مدل، تمامی ال‌ای‌دی‌ها نوعی دیود هستند که خود نیز زیرمجموعه نیمه هادی‌ها است.

در این مقاله، ۱ پروژه کاربردی با ال‌ای‌دی پایه‌دار یا اصطلاحا DIP انجام خواهیم داد. سایر پروژه‌های مشابه را می‌توانید در دسته‌بندی الکترونیک پیدا کنید. 

 

ساختار ال ای دی

برای درک بهتر پروژه زیر، بهتر است کمی درباره ساختار ال ای دی صحبت کنیم. 

LED دارای دو پایه است:

• پایه منفی (کاتد): این پایه نسبت به پایه مثبت کوتاه‌تر است و هنگام بستن مدار، به زمین (GND) وصل می‌شود.
• پایه مثبت (آند): این پایه نسبت به پایه منفی بلندتر است و حالت LED را کنترل می‌کند.

همانطور که گفتیم ال ای دی نسبت به جریان عبوری از آن، میزان نوری را بازتاب یا ساطع می‌کند. اما باید دقت کنیم که جریان زیادتر از حد نامی ال ای دی را از آن عبور ندهیم؛ چون جریان بیش از حد باعث سوختن ال ای دی می‌شود. برای کنترل جریان عبوری در مدار از یک قطعه الکترونیکی دیگر به نام مقاومت استفاده می‌کنیم و مقاومت را سر راه ال ای دی و منبع تغذیه قرار می‌دهیم. مقاومت بین پایه آند (+) و VCC، یا بین پایه کاتد و GND متصل می‌شود. مقدار مقاومت مورد استفاده به مشخصات روی LED بستگی دارد. بالطبع هر چقدر مقدار این مقاومت بیشتر باشد، نور ساطع شده از ال ای دی کمتر خواهد بود.

در برخی از LEDها که دارای مقاومت داخلی هستند، دیگر نیازی به استفاده مجدد از مقاومت نیست.

 

راه‌اندازی پروژه

منظور از ال ای دی چشمک زن، نوشتن برنامه‌ای برای ال ای دی است که آن را در فواصل زمانی قابل تنظیم، روشن و خاموش کند. نتیجه نهایی این پروژه را می‌توانید در ویدیوی آموزشی این پروژه مشاهده کنید.

برای راه‌اندازی یک ال ای دی چشمک زن یا Blink LED به قطعات زیر احتیاج دارید:

• بورد آردوینو اونو (Arduino Uno)
• یک عدد ال ای دی- (رنگ آن مهم نیست)
• برد بورد (Breadboard)- (نوع آن مهم نیست)
• یک عدد مقاومت ۲۲۰ اهم
• سیم جامپر نری به نری

بستن مدار و اتصال به آردوینو

ابتدا دو پایه LED را در دو ستون مختلف قرار می‌دهیم. برای آشنایی با نحوه کار با برد بورد و اتصال قطعات به آن، مقاله «برد بورد چیست» را مطالعه کنید.

حالا یک سر مقاومت ۲۲۰ اهم را در ستون پایه مثبت LED قرار می‌دهیم و سر دیگر آن را با یک سیم جامپر به پایه شماره ۲ آردوینو متصل می‌کنیم. (برای آشنایی با ساختار و پایه‌های آردوینو مقاله «آردوینو چیست» را مطالعه کنید.)

با یک سیم جامپر دیگر، پایه منفی ال ای دی را به پین زمین (GND) آردوینو متصل می‌کنیم. جلوتر در نرم‌افزار، با تعریف پین آردوینو به عنوان خروجی دیجیتال، ولتاژ پین می‌تواند بین ۰ و ۵ ولت تنظیم شود.

به طور خلاصه و طبق شماتیک زیر، پایه منفی LED به GND آردوینو متصل شده و پایه مثبت آن ابتدا به مقاومت و سپس به پین دیجیتال شماره 2 آردوینو متصل شده است.

برنامه‌نویسی آردوینو در IDE

ابتدا وارد نرم‌افزار Arduino IDE شوید. می‌توانید این نرم افزار را از وبسایت آردوینو https://arduino.cc/ دانلود و نصب کنید. 

ابتدا پین شماره 2 آردوینو را با داده int به متغیر ledPin اختصاص می‌دهیم. با این نامگذاری دیگر نیازی نیست که در طول برنامه، شماره پین آردوینو را تکرار کنیم و به جای شماره پین از متغیر ledPin استفاده خواهیم کرد.

بنابراین، اگر بخواهیم در مدار شماره پین آردوینو را تغییر دهیم، نیازی به تغییر کل کد نخواهد بود و فقط لازم است در همین خط از دستور، شماره پین را تصحیح کنیم.

 

 

حالا در تابع setup، پین شماره 2 آردوینو که به متغیر ledPin  اختصاص داده شده است را به عنوان خروجی تنظیم می‌کنیم. این کار را از طریق تابع ()pinMode و به صورت زیر انجام می‌دهیم؛ در قسمت اول دستور، پین مربوط به آردوینو (ledPin) و در قسمت دوم، حالت آن (Output) را قرار می‌دهیم.

کدهای درون تابع setup در طول اجرای برنامه، فقط یک بار اجرا می‌شوند.

 

 

پس از تعیین وضعیت پین آردوینو نوبت به مقداردهی این پین می‌رسد. چون می‌خواهیم خاموش و روشن شدن LED به صورت مداوم تکرار شود، این کار را در تابع حلقه یا loop انجام می‌دهیم.

برای روشن کردن LED، باید مقدار ۵ ولت را روی پین آردوینو تنظیم کرد. برای این کار از تابع ()digitalWrite به صورت زیر استفاده می‌شود. با این دستور LED روشن خواهد شد.

 

 

حال می‌خواهیم ال ای دی پس از ۱ ثانیه روشن ماندن، خاموش شود. برای تعریف این یک ثانیه تاخیر، از تابع ()delay استفاده می‌شود. عدد وارد شده در تابع باید به صورت میلی ثانیه باشد. پس برای یک ثانیه روشن ماندن باید دستور زیر را بنویسیم:     

  

 

حال می‌خواهیم LED را خاموش کنیم. برای اینکار مجددا از تابع ()digitalWrite استفاده می‌کنیم با این تفاوت که حالت ledPin را این دفعه LOW می‌نویسیم.

 

 

چون می‌خواهیم LED پس از ۱ ثانیه دوباره روشن شود، باید دوباره از تابع ()delay استفاده کنیم.

 

برای تمیز کردن کد می‌توانید روی صفحه کلیک راست کرده و گزینه Format Document را انتخاب کنید. کد نهایی باید به شکل زیر باشد:

 

برای دریافت کامل کد به گیت‌هاب تینگزپاد مراجعه کنید.

حالا از نوار بالای نرم‌افزار، ابتدا روی آیکون تیک کلیک کنید تا آردوینو IDE کد شما را بررسی کند. در صورت نبودن خطا، باید در پایین صفحه اعلان Done Compiling به شما نمایش داده شود.

آردوینو را با کابل Type B به USB به کامپیوتر خود وصل کنید و از نوار بالای نرم‌افزار، نام آردوینو خود را که توسط سیستم شناسایی شده است انتخاب کنید.

سپس روی آیکون فلش (آپلود) کلیک کنید تا کد فوق بر روی آردوینو اونو شما بارگذاری شود.

همانطور که می‌بینید، ال ای دی شما هر ثانیه یکبار خاموش و روشن شده و به اصطلاح چشمک می‌زند.

راستی می‌دانستید که می‌توان همین پروژه را در بستر اینترنت برای کنترل و نظارت از راه دور نیز انجام داد؟ برای این کار پلتفرم اینترنت اشیا تینگزپاد با ابزارهای ساده و محیط تعاملی، بهترین انتخاب شما خواهد بود. پلتفرم اینترنت اشیا تینگزپاد یک فضای پردازش ابری جامع برای دریافت اطلاعات دستگاه، پردازش، ذخیره و نمایش گرافیکی داده شما در بستر اینترنت است. همین الآن حساب کاربری رایگان خود را ایجاد کرده و از ابزارهای رایگان پلتفرم استفاده کنید.

 

چرا از مقاومت ۲۲۰ اهم استفاده کردیم؟

حداکثر جریان عبوری از ال ای دی ها می‌توانند با یکدیگر فرق داشته باشند اما ما همواره جریان پیش فرض را 20 میلی آمپر در نظر می‌گیریم. حال طبق قانون اهم، به رابطه بین مقاومت، ولتاژ و جریان دقت کنید:

ولتاژ = مقاومت * جریان.

بنابراین، اگر می‌خواهید در ولتاژ ۵ ولت، حداکثر جریان ۰.۰۲ آمپر عبور دهید، به یک مقاومت ۲۵۰ اهم نیاز دارید. اما از آن‌جایی که ال ای دی ها افت ولتاژی دارند، تقریبا ۲ ولت را نیز به عنوان افت ولتاژ LED در نظر می‌گیریم. البته مقدار افت ولتاژ برای رنگ های مختلف متفاوت است، بنابراین، مقاومت ایده‌آل باید ۱۵۰ اهم باشد. مسئله این است که پیدا کردن یک مقاومت ۱۵۰ اهم چندان رایج نیست و بین ۱۵۰ تا ۲۵۰ اهم، مقاومت ۲۲۰ اهم بسیار در دسترس‌تر است. توجه داشته باشید که استفاده از مقاومت با مقدار بیشتر نیز امکان پذیر است اما از شدت نور ال ای دی کم خواهد کرد.

 

امیدواریم که با طی کردن گام به گام مراحل فوق، موفق به ساخت پروژه ال ای دی چشمک زن شده باشید. در صورت بروز هرگونه مشکل:

۱. ابتدا از روی شماتیک پروژه نحوه بستن مدار خود و مخصوصا پین‌های آردوینو را بررسی کنید.

۲. مجددا کد خود را با دستورالعمل تطابق دهید. می‌توانید کد را از اینجا یا کانال تلگرام آکادمی تینگزپاد نیز کپی کنید.

۳. ویدیوی آموزشی پروژه را با دقت نگاه کنید.

۴. اگر هنوز هم با مشکل روبه‌رو هستید، به ما پیام دهید یا از طریق تلگرام مشکل خود را بیان کنید.

 

بعد از این پروژه چکار کنم؟

تمرکز اصلی آکادمی تینگزپاد بر آموزش مفهوم اینترنت اشیا و انجام پروژه‌های هوشمندسازی مرتبط با این فناوری است. اما قدم اول در یادگیری این مفهوم، شناخت نسبتا خوب از دنیای الکترونیک و کار با مدارهای الکترونیکی است. بنابراین، پیشنهاد می‌کنیم خود را به چالش بکشید و در قدم بعدی «پروژه کم و زیاد کردن نور ال ای دی» را بسازید. اگر به مباحث هوشمندسازی و اتوماسیون نیز علاقه‌مند هستید، مقالات مرتبط با این حوزه را در وبلاگ مطالعه کنید و ویدیوهای آموزشی ما را در یوتیوب ببینید.