پروژه مهندسی برق

Table of Contents

پروژه مهندسی برق

مهندسی برق چیست؟

مهندسی برق شاخه‌ای از مهندسی است که به مطالعه، طراحی و کاربرد الکتریسیته، الکترونیک و الکترومغناطیس می‌پردازد. مهندسین برق در زمینه‌های مختلف فعالیت می‌کنند، از تولید و توزیع برق گرفته تا الکترونیک، مخابرات و کنترل سیستم‌ها.

حوزه‌های اصلی پروژه‌های مهندسی برق:

 

  1. قدرت و انرژی

    • پروژه‌ها معمولاً درباره تولید، انتقال و توزیع برق هستند.

    • مثال‌ها:

      • شبیه‌سازی شبکه‌های برق با MATLAB یا ETAP

      • طراحی سیستم خورشیدی یا توربین بادی برای تولید انرژی پاک

      • بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان‌ها یا کارخانه‌ها

  2. الکترونیک و مدارها

    • طراحی مدارهای آنالوگ و دیجیتال، از مقاومت و خازن تا تراشه‌ها و میکروکنترلرها.

    • مثال‌ها:

      • ساخت تقویت‌کننده صوتی

      • طراحی مدار سنسور دما یا نور با Arduino

      • ساخت رگولاتور ولتاژ یا فیلتر فرکانسی

  3. کنترل و اتوماسیون

    • کنترل رفتار سیستم‌ها برای رسیدن به عملکرد مطلوب، معمولاً با استفاده از کنترلرها و الگوریتم‌ها.

    • مثال‌ها:

      • کنترل موتور DC با PID

      • طراحی ربات یا بازوی مکانیکی هوشمند

      • شبیه‌سازی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی در Simulink

  4. مخابرات و پردازش سیگنال

    • ارسال، دریافت و پردازش اطلاعات و سیگنال‌ها

    • مثال‌ها:

      • پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) برای صدا یا تصویر

      • طراحی سیستم‌های وایرلس یا آنتن

      • شبیه‌سازی شبکه‌های ارتباطی یا سیستم‌های رمزگذاری

چرا پروژه مهندسی برق مهم است؟

پروژه مهندسی برق

 

  • یادگیری عملی مفاهیم تئوری

  • آشنایی با ابزارهای شبیه‌سازی و طراحی

  • تقویت مهارت حل مسئله و مهارت‌های فنی

  • آماده‌سازی برای ورود به بازار کار یا ادامه تحصیل

۱. قدرت و انرژی

  1. شبیه‌سازی شبکه توزیع برق شهری با MATLAB یا ETAP و تحلیل ولتاژ و جریان‌ها.

  2. سیستم خورشیدی کوچک برای تامین انرژی یک لامپ یا دستگاه کوچک و اندازه‌گیری بازده آن.

  3. بهینه‌سازی مصرف انرژی ساختمان‌ها با سنسورهای جریان و ولتاژ و تحلیل داده‌ها.

  4. طراحی و شبیه‌سازی توربین بادی کوچک و محاسبه توان تولیدی.

  5. کنترل توان راکتیو در شبکه برق برای بهبود ضریب توان.

۲. الکترونیک و مدارها

  1. تقویت‌کننده صوتی ساده با ترانزیستور یا Op-amp.

  2. طراحی مدار سنسور دما و رطوبت با Arduino و نمایش داده‌ها روی LCD.

  3. مدار چشمک‌زن LED با میکروکنترلر و قابلیت تنظیم سرعت.

  4. طراحی فیلتر پایین‌گذر یا بالاگذر برای سیگنال‌های الکترونیکی.

  5. رگولاتور ولتاژ ساده با IC برای تثبیت ولتاژ ورودی به یک مدار.

۳. کنترل و اتوماسیون

  1. کنترل موتور DC با الگوریتم PID و بررسی پاسخ سیستم به تغییرات ولتاژ.

  2. ربات خط‌ران (Line Follower Robot) با سنسورهای نور و Arduino.

  3. سیستم باز و بسته کردن اتوماتیک درب با سنسور حرکت و میکروکنترلر.

  4. شبیه‌سازی سیستم کنترل دما برای یک کوره یا اتاقک در MATLAB/Simulink.

  5. کنترل سطح آب در مخزن با سنسور سطح و الگوریتم کنترلی ساده.

۴. مخابرات و پردازش سیگنال

  1. پردازش سیگنال صوتی: حذف نویز و تقویت صدا با MATLAB.

  2. طراحی سیستم ارتباط بی‌سیم کوتاه‌برد با ماژول‌های RF یا بلوتوث.

  3. شبیه‌سازی مدولاسیون و دمدولاسیون AM/FM در MATLAB.

  4. طراحی آنتن ساده برای Wi-Fi یا بلوتوث و اندازه‌گیری پارامترهای آن.

  5. پیاده‌سازی فیلتر دیجیتال برای سیگنال‌های صوتی یا تصویری.

جزئیات کامل:

ردیف پروژه دسته‌بندی ابزار و سخت‌افزار نرم‌افزار سختی مدت زمان تقریبی
1 شبیه‌سازی شبکه توزیع برق شهری قدرت و انرژی — MATLAB / ETAP متوسط 2–3 هفته
2 سیستم خورشیدی کوچک قدرت و انرژی پنل خورشیدی، باتری، لامپ — آسان 1–2 هفته
3 بهینه‌سازی مصرف انرژی ساختمان قدرت و انرژی سنسور جریان و ولتاژ، میکروکنترلر Excel / MATLAB متوسط 2–3 هفته
4 طراحی توربین بادی کوچک قدرت و انرژی پره‌های کوچک، ژنراتور DC — متوسط 2 هفته
5 کنترل توان راکتیو در شبکه قدرت و انرژی — MATLAB / ETAP سخت 3–4 هفته
6 تقویت‌کننده صوتی ساده الکترونیک ترانزیستور / Op-amp، مقاومت و خازن Multisim آسان 1–2 هفته
7 مدار سنسور دما و رطوبت الکترونیک Arduino، سنسور دما/رطوبت، LCD Arduino IDE آسان 1–2 هفته
8 مدار چشمک‌زن LED الکترونیک Arduino، LED، مقاومت Arduino IDE خیلی آسان 1 هفته
9 طراحی فیلتر پایین‌گذر/بالاگذر الکترونیک مقاومت، خازن، Op-amp Multisim متوسط 1–2 هفته
10 رگولاتور ولتاژ ساده الکترونیک IC 7805/LM317، مقاومت، خازن Multisim متوسط 1 هفته
11 کنترل موتور DC با PID کنترل و اتوماسیون موتور DC، سنسور دور، Arduino Arduino IDE / MATLAB متوسط 2–3 هفته
12 ربات خط‌ران کنترل و اتوماسیون سنسور نور، موتور، برد Arduino Arduino IDE متوسط 2–3 هفته
13 سیستم درب اتوماتیک کنترل و اتوماسیون سنسور حرکت، موتور، Arduino Arduino IDE آسان 1–2 هفته
14 کنترل دما در کوره کنترل و اتوماسیون ترموکوپل، هیتر، کنترلر MATLAB/Simulink متوسط 2 هفته
15 کنترل سطح آب مخزن کنترل و اتوماسیون سنسور سطح، پمپ، Arduino Arduino IDE آسان 1–2 هفته
16 پردازش سیگنال صوتی مخابرات و DSP — MATLAB متوسط 1–2 هفته
17 سیستم ارتباط بی‌سیم کوتاه‌برد مخابرات ماژول RF / بلوتوث، میکروکنترلر Arduino IDE متوسط 2–3 هفته
18 شبیه‌سازی مدولاسیون AM/FM مخابرات — MATLAB / Simulink متوسط 2 هفته
19 طراحی آنتن ساده مخابرات سیم، PCB — متوسط 2 هفته
20 فیلتر دیجیتال برای صدا/تصویر مخابرات — MATLAB متوسط 1–2 هفته

 

پروژه نمونه: ربات خط‌ران با Arduino پروژه مهندسی برق

دسته‌بندی پروژه مهندسی برق:

کنترل و اتوماسیون

هدف پروژه پروژه مهندسی برق:

ربات بتواند مسیر خط سیاه روی زمین را دنبال کند و بدون برخورد با موانع حرکت کند.

ابزار و سخت‌افزار مورد نیاز:

  • برد Arduino Uno

  • موتور DC با گیربکس (2 عدد)

  • چرخ و شاسی ربات

  • سنسور مادون قرمز (IR) یا سنسور خط (2–3 عدد)

  • باتری 6–9 ولت

  • مقاومت و سیم اتصال

نرم‌افزار مورد نیاز:

  • Arduino IDE برای مشاوره و آپلود برنامه

  • Optional: Fritzing برای طراحی شماتیک

مراحل مشاوره پروژه:

  1. مونتاژ شاسی ربات

    • چرخ‌ها را به موتور متصل کن و موتور را روی شاسی محکم کن.

  2. اتصال سنسورها و موتور به Arduino

    • سنسورهای IR را جلوی ربات قرار بده تا خط را تشخیص دهند.

    • موتور‌ها را به پایه‌های PWM وصل کن تا بتوانی سرعت آن‌ها را کنترل کنی.

  3. مشاوره کد ربات خط‌ران

    • ابتدا سنسورها را بخوان و بررسی کن که روی خط هستند یا خیر.

    • اگر سنسور وسط روی خط است → حرکت مستقیم

    • اگر سنسور سمت چپ خط را تشخیص داد → پیچیدن به چپ

    • اگر سنسور سمت راست خط را تشخیص داد → پیچیدن به راست

  4. آزمایش و تنظیم سرعت

    • ربات را روی مسیر آزمایشی قرار بده و سرعت موتورها را تنظیم کن تا حرکت صاف و بدون لرزش باشد.

  5. بهینه‌سازی الگوریتم

    • می‌توانی الگوریتم PID ساده اضافه کنی تا ربات دقیق‌تر مسیر را دنبال کند.

پروژه نمونه: پردازش سیگنال صوتی با MATLAB

دسته‌بندی:

مخابرات و پردازش سیگنال (DSP)

هدف پروژه:

پردازش یک فایل صوتی برای حذف نویز و تقویت صدا و تحلیل ویژگی‌های آن.

ابزار و سخت‌افزار مورد نیاز:

  • کامپیوتر شخصی

  • هدفون یا اسپیکر برای شنیدن نتیجه

  • فایل صوتی نمونه (WAV یا MP3)

نرم‌افزار مورد نیاز:

  • MATLAB (با Toolbox پردازش سیگنال)

مراحل مشاوره پروژه:

  1. ورود فایل صوتی به MATLAB

[y, Fs] = audioread('sample.wav'); % y: سیگنال صوتی، Fs: نرخ نمونه‌برداری
sound(y, Fs); % پخش صدای اصلی

  1. نمایش سیگنال در حوزه زمان و فرکانس

t = (0:length(y)-1)/Fs;
plot(t, y);
title('سیگنال صوتی در حوزه زمان');
xlabel('زمان (ثانیه)');
ylabel('دامنه');

Y = fft(y);
f = (0:length(Y)-1)*Fs/length(Y);
plot(f, abs(Y));
title('سیگنال صوتی در حوزه فرکانس');
xlabel('فرکانس (Hz)');
ylabel('دامنه');

  1. اعمال فیلتر حذف نویز در پروژه مهندسی برق

  • استفاده از فیلتر پایین‌گذر برای حذف نویز فرکانس بالا:

fc = 3000; % فرکانس قطع 3kHz
[b, a] = butter(6, fc/(Fs/2)); % فیلتر باترورث 6 درجه
y_filtered = filter(b, a, y);
sound(y_filtered, Fs); % پخش صدای فیلتر شده

  1.  تقویت سیگنال صوتی پروژه مهندسی برق

gain = 1.5; % ضریب تقویت
y_amplified = y_filtered * gain;
sound(y_amplified, Fs); % پخش صدای تقویت شده

  1. آنالیز نتایج پروژه مهندسی برق

  • مقایسه نمودارهای دامنه قبل و بعد از پردازش پروژه مهندسی برق

  • شنیدن کیفیت صدای خروجی پروژه مهندسی برق

خروجی و نتیجه در پروژه مهندسی برق:

  • سیگنال صوتی نویزدار → حذف نویز و تقویت شده پروژه مهندسی برق

  • توانایی تحلیل دامنه و فرکانس سیگنال

  • پایه‌ای برای پروژه‌های پیشرفته‌تر DSP مثل تشخیص گفتار

هم سخت‌افزار و نرم‌افزار مشخص است و هم قابل اجرا هستند:

ردیف پروژه دسته‌بندی ابزار و سخت‌افزار نرم‌افزار توضیح مرحله به مرحله مدت زمان تقریبی
1 ربات خط‌ران با Arduino کنترل و اتوماسیون Arduino Uno، موتور DC، چرخ، سنسور IR، باتری Arduino IDE مونتاژ ربات، اتصال سنسورها و موتور، مشاوره کد برای دنبال کردن خط، تست و بهینه‌سازی PID 2–3 هفته
2 پردازش سیگنال صوتی مخابرات و DSP کامپیوتر، فایل صوتی، هدفون MATLAB ورود فایل صوتی، نمایش نمودار زمان و فرکانس، فیلتر نویز، تقویت سیگنال، آنالیز نتایج 1–2 هفته
3 سیستم خورشیدی کوچک قدرت و انرژی پنل خورشیدی، باتری، لامپ LED، مقاومت — اتصال پنل به باتری، اتصال لامپ، اندازه‌گیری ولتاژ و جریان، محاسبه بازده 1–2 هفته
4 کنترل موتور DC با PID کنترل و اتوماسیون موتور DC، سنسور دور، Arduino، باتری Arduino IDE / MATLAB اتصال موتور و سنسور، مشاوره الگوریتم PID، تست پاسخ سیستم به تغییر ولتاژ، تنظیم پارامترها 2–3 هفته
5 مدار سنسور دما و رطوبت الکترونیک Arduino، سنسور دما/رطوبت، LCD، مقاومت و سیم Arduino IDE اتصال سنسور و LCD به Arduino، مشاوره کد خواندن داده و نمایش روی LCD، تست و بهینه‌سازی 1–2 هفته
6 طراحی آنتن ساده مخابرات سیم، PCB — طراحی و ساخت آنتن، اندازه‌گیری پارامترها، مقایسه با مقادیر تئوری 2 هفته

مزیت این جدول نهایی:

  • مشخص می‌کنی کدام پروژه عملی‌تر است و سختی آن چقدر است.

  • هم سخت‌افزار هم نرم‌افزار هر پروژه مشخص شده، بنابراین راحت می‌توانی شروع کنی.

  • شامل پروژه‌های قدرت، الکترونیک، کنترل و مخابرات است و برای همه شاخه‌های مهندسی برق کاربرد دارد.

۱. ربات خط‌ران با Arduino

پروژه مهندسی برق

شماتیک اتصال:

  • سنسورهای IR جلوی ربات (چپ، وسط، راست) → پایه‌های دیجیتال Arduino

  • موتور DC → پایه‌های PWM Arduino

  • باتری 6–9 ولت → Vin و GND Arduino

کد نمونه Arduino پروژه مهندسی برق:

int leftSensor = 2;
int middleSensor = 3;
int rightSensor = 4;
int leftMotor = 5;
int rightMotor = 6;

void setup() {
pinMode(leftSensor, INPUT);
pinMode(middleSensor, INPUT);
pinMode(rightSensor, INPUT);
pinMode(leftMotor, OUTPUT);
pinMode(rightMotor, OUTPUT);
}

void loop() {
int left = digitalRead(leftSensor);
int middle = digitalRead(middleSensor);
int right = digitalRead(rightSensor);

if(middle == HIGH) { // حرکت مستقیم
analogWrite(leftMotor, 150);
analogWrite(rightMotor, 150);
}
else if(left == HIGH) { // پیچیدن به چپ
analogWrite(leftMotor, 100);
analogWrite(rightMotor, 150);
}
else if(right == HIGH) { // پیچیدن به راست
analogWrite(leftMotor, 150);
analogWrite(rightMotor, 100);
}
else { // توقف
analogWrite(leftMotor, 0);
analogWrite(rightMotor, 0);
}
}

نکات مهم:

  • سرعت موتورها را بسته به مسیر تنظیم کن.

  • برای مسیرهای پیچیده می‌توانی الگوریتم PID اضافه کنی.

۲. پردازش سیگنال صوتی با MATLAB

مراحل و کد نمونه:

[y, Fs] = audioread('sample.wav'); % بارگذاری فایل
sound(y, Fs); % پخش صدا

% نمایش سیگنال در حوزه زمان
t = (0:length(y)-1)/Fs;
plot(t, y);
title('سیگنال صوتی');
xlabel('زمان');
ylabel('دامنه');

% فیلتر پایین‌گذر برای حذف نویز
fc = 3000; % فرکانس قطع
[b, a] = butter(6, fc/(Fs/2));
y_filtered = filter(b, a, y);
sound(y_filtered, Fs); % پخش صدای فیلتر شده

% تقویت سیگنال
gain = 1.5;
y_amplified = y_filtered * gain;
sound(y_amplified, Fs); % پخش صدای تقویت شده

نکات مهم:

  • می‌توانی فیلتر بالاگذر یا باندپاس هم اضافه کنی.

  • برای پروژه پیشرفته‌تر می‌توانی تشخیص گفتار یا حذف نویز پیشرفته پیاده‌سازی کنی.

۳. سیستم خورشیدی کوچک

مراحل:

  1. اتصال پنل خورشیدی به باتری (با دیود برای جلوگیری از برگشت جریان).

  2. اتصال لامپ LED به باتری و اندازه‌گیری ولتاژ و جریان.

  3. محاسبه بازده:

    Efficiency=PoutPin×100\text{Efficiency} = \frac{P_{out}}{P_{in}} \times 100

    که Pout=V×IP_{out} = V \times I و PinP_{in} توان ورودی پنل است.

نکات مهم:

  • پنل را در نور مستقیم خورشید قرار بده.

  • ولتاژ و جریان را با مولتی‌متر اندازه‌گیری کن.

۴. کنترل موتور DC با PID

هدف پروژه:

کنترل سرعت یک موتور DC با الگوریتم PID برای رسیدن به سرعت مطلوب.

ابزار و سخت‌افزار در پروژه مهندسی برق:

  • موتور DC پروژه مهندسی برق

  • سنسور دور (Encoder) پروژه مهندسی برق

  • Arduino Uno پروژه مهندسی برق

  • منبع تغذیه پروژه مهندسی برق

نرم‌افزار در پروژه مهندسی برق:

  • Arduino IDE پروژه مهندسی برق

  • (اختیاری) MATLAB برای شبیه‌سازی PID پروژه مهندسی برق

مراحل و کد نمونه Arduino پروژه مهندسی برق:

int motorPin = 5;
int encoderPin = 2;
int setSpeed = 150; // سرعت مطلوب
int currentSpeed = 0;
double Kp = 1.2, Ki = 0.01, Kd = 0.01;
double error, integral = 0, derivative, previousError = 0;

void setup() {
pinMode(motorPin, OUTPUT);
pinMode(encoderPin, INPUT);
}

void loop() {
currentSpeed = pulseIn(encoderPin, HIGH); // خواندن سرعت از سنسور
error = setSpeed - currentSpeed;
integral += error;
derivative = error - previousError;
int output = Kp*error + Ki*integral + Kd*derivative;
analogWrite(motorPin, output);
previousError = error;
delay(10);
}

نکات مهم:

  • پارامترهای Kp, Ki, Kd را با تست دستی تنظیم کن.

  • می‌توان از MATLAB برای شبیه‌سازی پاسخ PID قبل از پیاده‌سازی استفاده کرد.

۵. مدار سنسور دما و رطوبت با Arduino

هدف پروژه:

خواندن دما و رطوبت محیط و نمایش روی LCD.

ابزار و سخت‌افزار:

  • Arduino Uno

  • سنسور دما و رطوبت (مثلاً DHT11)

  • LCD 16×2

  • مقاومت و سیم

نرم‌افزار:

  • Arduino IDE

مراحل و کد نمونه:

#include <DHT.h>
#include <LiquidCrystal.h>

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
LiquidCrystal lcd(7,8,9,10,11,12);

void setup() {
dht.begin();
lcd.begin(16,2);
}

void loop() {
float h = dht.readHumidity();
float t = dht.readTemperature();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Temp: "); lcd.print(t); lcd.print("C");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Hum: "); lcd.print(h); lcd.print("%");
delay(2000);
}

نکات مهم در پروژه مهندسی برق:

  • اطمینان از اتصال صحیح پایه‌ها به Arduino.

  • فاصله سنسور از منابع گرما یا رطوبت مصنوعی رعایت شود.

۶. طراحی آنتن ساده در پروژه مهندسی برق

هدف پروژه پروژه مهندسی برق:

ساخت یک آنتن ساده برای Wi-Fi یا بلوتوث و بررسی پارامترهای آن.

ابزار و سخت‌افزار پروژه مهندسی برق:

  • سیم مسی در پروژه مهندسی برق

  • PCB کوچک در پروژه مهندسی برق

  • مولتی‌متر و ابزار اندازه‌گیری امپدانس در پروژه مهندسی برق

مراحل در پروژه مهندسی برق:

  1. محاسبه طول سیم بر اساس فرکانس مورد نظر:

L=c4f(آنتن λ/4)L = \frac{c}{4f} \quad (\text{آنتن λ/4})

  1. پیچیدن سیم روی PCB به شکل مناسب.

  2. اتصال به ماژول فرستنده/گیرنده و اندازه‌گیری S-parameters با شبکه تحلیلگر (اختیاری).

  3. مقایسه با مقادیر تئوری و اصلاح طراحی.

نکات مهم:

  • دقت در طول سیم و زاویه‌ها اهمیت دارد.

  • امکان اضافه کردن پد آنتن یا Ground Plane برای بهبود بازده وجود دارد.

محتویات PDF راهنمای پروژه‌های مهندسی برق:

پروژه مهندسی برق

  1. معرفی پروژه‌ها و دسته‌بندی‌ها

    • قدرت و انرژی

    • الکترونیک

    • کنترل و اتوماسیون

    • مخابرات و پردازش سیگنال

  2. جزئیات هر پروژه شامل:

    • هدف پروژه

    • ابزار و سخت‌افزار لازم

    • نرم‌افزارهای مورد نیاز

    • مراحل مشاوره پروژه مرحله به مرحله

    • کدهای نمونه (Arduino و MATLAB)

    • شماتیک‌های اتصال و نمودارهای مهم

    • نکات مهم و توصیه‌ها

    • مدت زمان تقریبی مشاوره پروژه

  3. جدول مقایسه پروژه‌ها

    • سطح سختی

    • مدت زمان

    • ابزار مورد نیاز

  4. نکات تکمیلی برای موفقیت در مشاوره پروژه‌ها در پروژه مهندسی برق

    • تست و عیب‌یابی مدارها در پروژه مهندسی برق

    • تنظیم پارامترها در کدها

    • نکات ایمنی در کار با برق و سخت‌افزار

ویژگی‌های PDF:

  • ۶ پروژه عملی آماده: ربات خط‌ران، پردازش صوتی، سیستم خورشیدی، کنترل موتور PID، مدار سنسور دما، طراحی آنتن

  • کدها و شماتیک‌ها: Arduino و MATLAB

  • مراحل گام‌به‌گام مشاوره پروژه با نکات مهم و توصیه‌ها

  • جدول مقایسه پروژه‌ها از نظر سختی، مدت زمان و ابزار لازم

  • نکات تکمیلی: تست، عیب‌یابی و ایمنی

پروژه: ربات خط‌ران با Arduino

هدف پروژه:

ساخت رباتی که بتواند یک مسیر خط سیاه روی زمین را دنبال کند و بدون برخورد حرکت کند.

ابزار و سخت‌افزار مورد نیاز:

  • برد Arduino Uno

  • موتور DC با گیربکس (۲ عدد)

  • چرخ و شاسی ربات

  • سنسور مادون قرمز (IR) یا سنسور خط (۲–۳ عدد)

  • باتری ۶–۹ ولت

  • مقاومت و سیم‌های اتصال

نرم‌افزار مورد نیاز:

  • Arduino IDE برای مشاوره و آپلود برنامه

شماتیک اتصال:

  • سنسورهای IR: جلوی ربات (چپ، وسط، راست) → پایه‌های دیجیتال Arduino

  • موتور‌ها → پایه‌های PWM Arduino

  • باتری → Vin و GND Arduino

مراحل مشاوره پروژه:

  1. مونتاژ ربات:

    • چرخ‌ها را به موتور متصل و موتور‌ها را روی شاسی محکم کنید.

  2. اتصال سنسورها و موتور به Arduino:

    • سنسورهای IR جلوی ربات نصب شوند تا خط را تشخیص دهند.

    • موتور‌ها به پایه‌های PWM وصل شوند تا بتوان سرعت آنها را کنترل کرد.

  3. مشاوره کد Arduino:

int leftSensor = 2;
int middleSensor = 3;
int rightSensor = 4;
int leftMotor = 5;
int rightMotor = 6;

void setup() {
pinMode(leftSensor, INPUT);
pinMode(middleSensor, INPUT);
pinMode(rightSensor, INPUT);
pinMode(leftMotor, OUTPUT);
pinMode(rightMotor, OUTPUT);
}

void loop() {
int left = digitalRead(leftSensor);
int middle = digitalRead(middleSensor);
int right = digitalRead(rightSensor);

if(middle == HIGH) { // حرکت مستقیم
analogWrite(leftMotor, 150);
analogWrite(rightMotor, 150);
}
else if(left == HIGH) { // پیچیدن به چپ
analogWrite(leftMotor, 100);
analogWrite(rightMotor, 150);
}
else if(right == HIGH) { // پیچیدن به راست
analogWrite(leftMotor, 150);
analogWrite(rightMotor, 100);
}
else { // توقف
analogWrite(leftMotor, 0);
analogWrite(rightMotor, 0);
}
}

  1. آزمایش و تنظیم سرعت:

    • ربات را روی مسیر آزمایشی قرار دهید و سرعت موتور‌ها را تنظیم کنید تا حرکت صاف و بدون لرزش باشد.

  2. بهینه‌سازی الگوریتم:

    • می‌توان الگوریتم PID ساده اضافه کرد تا ربات دقیق‌تر مسیر را دنبال کند.

نکات مهم:

  • سرعت موتور‌ها را بسته به مسیر و طول خط تنظیم کنید.

  • سنسورها باید دقیقا روی خط قرار گیرند تا ربات به درستی حرکت کند.

  • برای مسیرهای پیچیده و سرعت بیشتر، الگوریتم PID پیشنهاد می‌شود.

ربات خط‌ران پیشرفته با PID

هدف پروژه:

ربات با الگوریتم PID (Proportional-Integral-Derivative) حرکت کند و خط را با دقت و سرعت مناسب دنبال کند.

ابزار و سخت‌افزار مورد نیاز:

  • Arduino Uno

  • موتور DC با گیربکس (۲ عدد)

  • چرخ و شاسی ربات

  • سنسور خط IR (چپ، وسط، راست)

  • باتری ۶–۹ ولت

  • مقاومت، سیم و برد اتصال

نرم‌افزار:

  • Arduino IDE

شماتیک اتصال:

  • سنسور IR → پایه‌های دیجیتال Arduino

  • موتور‌ها → پایه‌های PWM Arduino

  • باتری → Vin و GND Arduino

کد نمونه با PID:

// تعریف پایه‌ها
int leftSensor = 2;
int middleSensor = 3;
int rightSensor = 4;
int leftMotor = 5;
int rightMotor = 6;

// پارامترهای PID
double Kp = 1.5;
double Ki = 0.01;
double Kd = 0.1;

double previousError = 0;
double integral = 0;

void setup() {
pinMode(leftSensor, INPUT);
pinMode(middleSensor, INPUT);
pinMode(rightSensor, INPUT);
pinMode(leftMotor, OUTPUT);
pinMode(rightMotor, OUTPUT);
}

void loop() {
// خواندن سنسورها
int left = digitalRead(leftSensor);
int middle = digitalRead(middleSensor);
int right = digitalRead(rightSensor);

// محاسبه خطا
double error = 0;
if(left == HIGH) error = -1;
if(middle == HIGH) error = 0;
if(right == HIGH) error = 1;

// محاسبه PID
integral += error;
double derivative = error - previousError;
double output = Kp*error + Ki*integral + Kd*derivative;

// تنظیم سرعت موتور‌ها
int baseSpeed = 150;
int leftSpeed = baseSpeed - output;
int rightSpeed = baseSpeed + output;

// محدود کردن سرعت‌ها بین 0 و 255
leftSpeed = constrain(leftSpeed, 0, 255);
rightSpeed = constrain(rightSpeed, 0, 255);

analogWrite(leftMotor, leftSpeed);
analogWrite(rightMotor, rightSpeed);

previousError = error;
delay(10);
}

نکات مهم:

  • مقادیر Kp, Ki, Kd را باید با تست دستی تنظیم کنید تا ربات حرکت صاف داشته باشد.

  • اطمینان حاصل کنید سنسورها درست نصب شده باشند و روی خط تنظیم شوند.

  • برای مسیرهای پیچیده، سرعت پایه (baseSpeed) را با دقت انتخاب کنید تا ربات کنترل‌پذیر باشد.

مزیت نسخه PID:

  • ربات به جای “حرکت ساده چپ و راست”، مسیر را با دقت و نرمی بیشتر دنبال می‌کند.

  • مناسب برای پروژه‌های حرفه‌ای و دانشگاهی است.

Tags
#پروژه مهندسی برق

پست های مرتبط

پروژه مخابرات مطالب
23 مهر 1404

پروژه مخابرات

پروژه مخابرات 💡 مفهوم مخابرات مخابرات (Telecommunication) یعنی انتقال اطلاعات از یک نقطه به نقطه…

کنترل خطی مطالب
22 مهر 1404

کنترل خطی

کنترل خطی کنترل خطی شاخه‌ای از مهندسی کنترل هست که در اون سیستم‌ها با معادلات…

مقاله ارشد صنایع مطالب
20 مهر 1404

مقاله ارشد صنایع

مقاله ارشد صنایع ۱. تعریف و هدف مقاله ارشد صنایع یک مقاله ارشد صنایع معمولاً…

سیالات محاسباتی مطالب
20 مهر 1404

سیالات محاسباتی

سیالات محاسباتی 1. تعریف سیالات محاسباتی سیالات محاسباتی (CFD) شاخه‌ای از مهندسی و فیزیک محاسباتی…