🛡️ مدار دزدگیر ساده (Burglar Alarm Circuit): بدون آردوینو و با آردوینو

دزدگیر از آن مدارهایی است که هر کسی دلش می‌خواهد یک بار بسازد: یک در یا کشو که اگر بی‌اجازه باز شود، آژیر می‌کشد. مدار دزدگیر ساده (Simple Burglar Alarm Circuit) را می‌شود فقط با چند قطعه و بدون هیچ کدی ساخت و بعد با آردوینو هوشمندش کرد. در این راهنما اول بخش‌های یک دزدگیر و حسگرهایش را می‌شناسیم، بعد چهار دزدگیر بدون آردوینو می‌سازیم (رله‌ی خودنگه‌دار، قفل ۵۵۵، قفل تریستوری و پرتو نوری)، آن‌ها را در شبیه‌ساز تینکرکد فارسی امتحان می‌کنیم و در آخر یک دزدگیر PIR با آردوینو، دکمه‌ی فعال و غیرفعال، زمان خروج و آژیر می‌نویسیم.

دزدگیر از چه بخش‌هایی ساخته می‌شود؟

بخش دوم مهم‌ترین بخش است و همان چیزی است که اسباب‌بازی را از دزدگیر جدا می‌کند. دزدگیری که قفل نشود، با بسته شدن دوباره‌ی در ساکت می‌شود.

حسگرهای دزدگیر (Alarm Sensors)

چرا حسگرهای دزدگیر معمولاً «بسته» (Normally Closed) هستند؟ چون اگر سیم حسگر بریده شود، مدار همان حالتی را می‌بیند که در باز شده و آژیر می‌زند. در حسگر «باز» (Normally Open)، دزد با بریدن سیم کل حسگر را از کار می‌اندازد و مدار هیچ‌وقت نمی‌فهمد.

مدار ۱: ساده‌ترین دزدگیر، بدون قفل

ساده‌ترین نسخه یک کلید، یک بازر و یک LED است: کلید که وصل شد، صدا و نور. نمونه‌ی دزدگیر (Alarm System) در شبیه‌ساز همین است و نمونه‌ی چراغ امنیتی (Security Light) یک کلید ریدی و یک رله را برای روشن کردن چراغ و بازر به کار برده است. این مدارها برای فهمیدن ایده عالی‌اند، ولی یک ضعف بزرگ دارند: آژیر فقط تا وقتی صدا می‌دهد که حسگر تحریک شده باشد. دزد در را می‌بندد و همه‌چیز ساکت می‌شود. پس قدم بعدی، قفل است.

مدار ۲: دزدگیر قفل‌شونده با رله (Latching Relay Alarm)

رله یک کلید برقی است: وقتی از سیم‌پیچش جریان بگذرد، آهنربا می‌شود و کنتاکت مشترک (COM) را از NC جدا و به NO وصل می‌کند. ترفند این مدار این است که رله را طوری سیم‌کشی کنیم که از کنتاکت خودش برق بگیرد؛ به این مدار «خودنگه‌دار» (Self-Holding) می‌گویند.

قطعه‌ها

سیم‌کشی

چطور کار می‌کند؟

1. مسلح: کلید کشویی روشن است ولی ماشه باز است؛ از سیم‌پیچ جریانی نمی‌گذرد، COM به NO وصل نیست و همه‌چیز ساکت است.
2. تحریک: کسی حتی برای کسری از ثانیه کلید ماشه را وصل می‌کند. سیم‌پیچ برق می‌گیرد و رله COM را به NO وصل می‌کند.
3. قفل: حالا NO برق دارد و همین برق از مسیر خودنگه‌دار به سیم‌پیچ می‌رسد. ماشه را ول کنی هم رله وصل می‌ماند؛ بازر و LED که روی NO هستند روشن می‌مانند.
4. ریست: فقط وقتی کلید کشویی را خاموش کنی، برق سیم‌پیچ قطع می‌شود و رله رها می‌کند. دوباره که روشنش کنی، دزدگیر مسلح و ساکت است.

این مدار را در شبیه‌ساز ساختیم و امتحان کردیم: دکمه را فقط یک دهم ثانیه فشار دادیم و بازر و LED تا لحظه‌ای که کلید کشویی را برگرداندیم روشن ماندند. یک نکته‌ی واقعی: رله‌ی روشن چند ده میلی‌آمپر می‌کشد و یک باتری ۹ ولت کتابی را در چند ساعت آژیر خالی می‌کند؛ برای استفاده‌ی طولانی، چهار باتری قلمی یا آداپتور بهتر است.

نسخه‌ی کلید ریدی (حسگر بسته)

کلید ریدی روی در «بسته» است؛ یعنی باید باز شدنش آژیر را راه بیندازد. برای این کار یک ترانزیستور NPN اضافه کن:

• از خط مسلح یک مقاومت ۱۰ کیلواهم به یک نقطه‌ی وسط ببند و از آن نقطه کلید ریدی را به منفی وصل کن. تا در بسته است، کلید ریدی این نقطه را به منفی چسبانده.
• همان نقطه را از راه یک مقاومت ۴٫۷ کیلواهم به بیس ترانزیستور بده؛ امیتر به منفی.
• سیم‌پیچ رله (با دیود موازی) را بین خط مسلح و کلکتور بگذار.
• برای قفل: COM رله را به منفی و NO را به کلکتور وصل کن. وقتی رله وصل شد، کنتاکتش کار ترانزیستور را انجام می‌دهد و سیم‌پیچ را روشن نگه می‌دارد، حتی اگر در دوباره بسته شود.
• بازر و LED (با مقاومتش) را بین خط مسلح و کلکتور ببند تا هم‌زمان با سیم‌پیچ روشن شوند.

وقتی در بسته و دزدگیر ساکت است، فقط حدود یک میلی‌آمپر از مقاومت ۱۰ کیلواهم و کلید ریدی می‌گذرد. در شبیه‌ساز هم وقتی تیک «آهن‌ربا نزدیکه؟» کلید ریدی را برداشتیم، رله و بازر روشن شدند. یک محدودیت شبیه‌ساز را بدان: عوض کردن تنظیم یک قطعه (مثل همین تیک آهنربا یا تیک حرکت PIR) مدار را از نو راه‌اندازی می‌کند و حافظه‌ی رله پاک می‌شود. پس قفل‌شدن را در شبیه‌ساز با کلید فشاری امتحان کن؛ فشار دکمه این مشکل را ندارد.

مدار ۳: قفل با آی‌سی ۵۵۵ (555 Bistable Latch Alarm)

آی‌سی ۵۵۵ که در چشمک‌زن و تایمر دیدیم، یک حالت سوم هم دارد: بای‌استابل (Bistable)، یعنی یک فلیپ‌فلاپ ساده با دو حالت پایدار. این حالت بدون رله و بدون صدای تق‌تق، دقیقاً همان حافظه‌ای است که دزدگیر لازم دارد:

یک فشار کوتاه روی ماشه خروجی را بالا می‌برد و بالا نگه می‌دارد؛ فقط دکمه‌ی ریست آن را پایین می‌آورد. ما این مدار را با دو کلید فشاری در شبیه‌ساز اجرا کردیم و دقیقاً همین رفتار را داشت. اگر خواستی دزدگیر در لحظه‌ی وصل کردن باتری حتماً ساکت شروع کند، یک خازن چند میکروفارادی بین پایه‌ی ۴ و منفی بگذار.

• با کلید ریدی: جای مقاومت و کلید را روی پایه‌ی ۲ عوض کن: ۱۰ کیلواهم از پایه‌ی ۲ به منفی و کلید ریدی از پایه‌ی ۲ به مثبت. تا در بسته است، پایه‌ی ۲ بالاست؛ در که باز شد، مقاومت آن را پایین می‌کشد و آژیر قفل می‌شود. ترانزیستور هم لازم نیست.
• با حسگر PIR: خروجی PIR موقع حرکت HIGH می‌شود، ولی پایه‌ی ۲ با LOW تحریک می‌شود. پس خروجی PIR را از راه ۱۰ کیلواهم به بیس یک ترانزیستور NPN بده و کلکتور را به پایه‌ی ۲ (که مقاومت بالاکش دارد) وصل کن تا حرکت، پایه‌ی ۲ را پایین بکشد.

مدار ۴: قفل با تریستور (SCR Latch Alarm)

تریستور یا SCR (Silicon Controlled Rectifier) قطعه‌ای سه‌پایه شبیه ترانزیستور است با یک رفتار عجیب: یک پالس کوچک روی پایه‌ی گیت روشنش می‌کند و بعد، حتی اگر گیت را رها کنی، تا وقتی جریان از آن می‌گذرد روشن می‌ماند. یعنی خودش ذاتاً یک قفل است:

• مثبت باتری ← کلید ریست (یک کلید کشویی یا یک دکمه‌ی «بسته») ← بازر ← آند تریستور؛ کاتد تریستور به منفی.
• کلید ماشه از مثبت، از راه یک مقاومت ۱ کیلواهم به گیت؛ یک مقاومت ۱ کیلواهم هم بین گیت و منفی تا نویز آن را روشن نکند.
• یک مقاومت حدود ۱ کیلواهم موازی بازر بگذار. بعضی بازرهای اکتیو جریان را تکه‌تکه می‌کشند و ممکن است جریان تریستور لحظه‌ای از «جریان نگه‌داری» (Holding Current) کمتر شود و قفل باز شود؛ این مقاومت همیشه چند میلی‌آمپر جریان ثابت نگه می‌دارد.
• برای ریست، باید جریان تریستور را لحظه‌ای قطع کنی؛ همان کاری که کلید ریست انجام می‌دهد.

تریستورهای حساس کوچک مثل 2N5060 یا C106 برای این کار مناسب‌اند. تریستور در فهرست قطعه‌های شبیه‌ساز نیست، پس این نسخه را روی بردبورد واقعی بساز؛ همان رفتار را با قفل رله‌ای یا ۵۵۵ در شبیه‌ساز می‌بینی.

مدار ۵: دزدگیر پرتو نوری با LDR (Light-Beam Alarm)

یک چراغ‌قوه‌ی باریک یا یک LED پرنور را روبه‌روی یک مقاومت نوری (LDR) بگذار. LDR در نور، مقاومت کمی دارد (چند کیلواهم یا کمتر) و در سایه، مقاومتش به صدها کیلواهم می‌رسد. حالا LDR را از پایه‌ی ۲ آی‌سی ۵۵۵ مدار ۳ به مثبت و یک مقاومت ۴۷ کیلواهم را از پایه‌ی ۲ به منفی ببند:

• تا پرتو روی LDR است، مقاومت LDR کم است و پایه‌ی ۲ نزدیک ۹ ولت می‌ماند.
• کسی از جلوی پرتو رد می‌شود، LDR تاریک می‌شود، مقاومتش بالا می‌رود و مقاومت ۴۷ کیلواهم پایه‌ی ۲ را زیر ۳ ولت می‌کشد: آژیر روشن و قفل می‌شود.

در شبیه‌ساز، با اسلایدر «نور» مقاومت نوری امتحانش کردیم: در نور کامل و نور معمولی اتاق آژیر ساکت ماند و وقتی نور را حدود ۲۰ درصد یا کمتر کردیم، بازر روشن شد. اگر حساسیت قابل تنظیم می‌خواهی، به‌جای ۴۷ کیلواهم یک پتانسیومتر ۱۰۰ کیلواهم بگذار. خواندن LDR با آردوینو را هم در مدار چراغ خودکار با LDR توضیح داده‌ایم. اگر برای پرتو از لیزر استفاده می‌کنی، فقط پوینترهای کم‌توان و هرگز رو به چشم.

ساخت دزدگیر در شبیه‌ساز تینکرکد فارسی

همه‌ی قطعه‌های مدارهای ۱، ۲، ۳ و ۵ در مود ساده‌ی شبیه ساز مدار هست و ساختن‌شان رایگان است. پیشنهاد ما برای شروع:

1. نمونه‌ی چراغ امنیتی را بارگذاری کن تا کلید ریدی و رله را در عمل ببینی.
2. یک صفحه‌ی خالی باز کن و مدار ۲ (رله‌ی خودنگه‌دار) را با جدول بالا ببند. ▶ را بزن، دکمه را کوتاه فشار بده و ول کن؛ آژیر باید روشن بماند. با کلید کشویی ریستش کن.
3. همان کار را با مدار ۳ و دو کلید فشاری تکرار کن و دو نوع قفل را با هم مقایسه کن.
4. اگر چیزی کار نکرد، از عیب‌یاب «چرا کار نمی‌کند؟» کمک بگیر؛ به فارسی می‌گوید کدام پایه آزاد مانده یا کجا اتصال کوتاه داری.

نمونه‌های آماده‌ی دیگر: دزدگیر حرکتی و دزدگیر DIY با حسگر PIR و موتور لرزشی. این‌ها نسخه‌های ساده‌ی بدون قفل‌اند؛ قفل را خودت به آن‌ها اضافه کن.

مدار ۶: دزدگیر PIR با آردوینو (Arduino PIR Alarm)

وقتی آردوینو مغز دزدگیر می‌شود، چیزهایی که با قطعه سخت بود چند خط کد می‌شوند: یک دکمه برای فعال و غیرفعال کردن، ۱۰ ثانیه فرصت برای بیرون رفتن قبل از مسلح شدن، آژیر بالارونده، و قطع خودکار آژیر بعد از ۳ دقیقه. حسگر، یک PIR است؛ همان ماژولی که در چراغ‌های راهرو می‌بینی.

قطعه‌ها و سیم‌کشی

چهار حالت دزدگیر

// دزدگیر PIR با آردوینو — فعال و غیرفعال با یک دکمه، زمان خروج و آژیر
const int PIR = 2;          // خروجی حسگر حرکت
const int BUTTON = 3;       // دکمه‌ی فعال/غیرفعال، به GND
const int RELAY = 7;        // ماژول رله برای آژیر یا چراغ بزرگ (اختیاری)
const int BUZZER = 8;       // بازر پسیو
const int LED_ARMED = 10;   // LED سبز: دزدگیر فعال
const int LED_ALARM = 11;   // LED قرمز: آژیر

const int DISARMED = 0;
const int EXIT_DELAY = 1;
const int ARMED = 2;
const int ALARM = 3;

const unsigned long EXIT_TIME = 10000;    // ۱۰ ثانیه برای بیرون رفتن
const unsigned long ALARM_TIME = 180000;  // آژیر حداکثر ۳ دقیقه

int state = DISARMED;
unsigned long stateStart = 0;
int lastButton = HIGH;
int sirenHz = 800;
int sirenStep = 20;
unsigned long lastTick = 0;

void setState(int s) {
  state = s;
  stateStart = millis();
  noTone(BUZZER);
  digitalWrite(RELAY, LOW);
  digitalWrite(LED_ALARM, LOW);
  digitalWrite(LED_ARMED, s == ARMED ? HIGH : LOW);
  if (s == DISARMED) Serial.println("DISARMED");
  if (s == EXIT_DELAY) Serial.println("Leave now...");
  if (s == ARMED) Serial.println("ARMED");
  if (s == ALARM) {
    Serial.println("ALARM!");
    digitalWrite(RELAY, HIGH);
    digitalWrite(LED_ALARM, HIGH);
  }
}

void setup() {
  pinMode(PIR, INPUT);
  pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP);
  pinMode(RELAY, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
  pinMode(LED_ARMED, OUTPUT);
  pinMode(LED_ALARM, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  setState(DISARMED);
}

void loop() {
  unsigned long now = millis();

  // دکمه: خاموش ← زمان خروج؛ از هر حالت دیگر ← خاموش
  int b = digitalRead(BUTTON);
  if (b == LOW && lastButton == HIGH) {
    if (state == DISARMED) setState(EXIT_DELAY);
    else setState(DISARMED);
    delay(30);                                   // لرزش دکمه
  }
  lastButton = b;

  if (state == EXIT_DELAY) {
    digitalWrite(LED_ARMED, (now / 250) % 2);    // چشمک سبز
    if (now - stateStart >= EXIT_TIME) setState(ARMED);
  } else if (state == ARMED) {
    if (digitalRead(PIR) == HIGH) setState(ALARM);   // حرکت!
  } else if (state == ALARM) {
    if (now - lastTick >= 5) {                   // آژیر بالارونده
      lastTick = now;
      sirenHz = sirenHz + sirenStep;
      if (sirenHz >= 1600) sirenStep = -20;
      if (sirenHz <= 800) sirenStep = 20;
      tone(BUZZER, sirenHz);
    }
    if (now - stateStart >= ALARM_TIME) setState(ARMED);
  }
}

نکته‌های کد

• ماشین حالت (State Machine): به‌جای چند if درهم، دزدگیر همیشه دقیقاً در یکی از چهار حالت است و تابع setState همه‌ی خروجی‌ها را هنگام عوض شدن حالت مرتب می‌کند. این همان الگویی است که در دزدگیرهای واقعی هم به کار می‌رود.
• قفل نرم‌افزاری: حالت ALARM با تمام شدن حرکت عوض نمی‌شود؛ فقط دکمه یا گذشت ۳ دقیقه آن را تمام می‌کند. این همان کاری است که رله‌ی خودنگه‌دار در مدار ۲ می‌کرد.
• زمان خروج: بدون آن، دزدگیر همان لحظه که دکمه را می‌زنی تو را می‌بیند و آژیر می‌کشد. یک تمرین خوب: «زمان ورود» (Entry Delay) هم اضافه کن تا وقتی وارد می‌شوی چند ثانیه فرصت داشته باشی دکمه را بزنی.
• بدون delay بلند: آژیر و چشمک LED با millis() زمان‌بندی شده‌اند، پس دکمه همیشه جواب می‌دهد.

در مود آردوینوی شبیه‌ساز، حسگر PIR یک تیک «حرکت می‌بینه؟» در تنظیماتش دارد؛ دزدگیر را فعال کن، ۱۰ ثانیه صبر کن و بعد تیک حرکت را بزن. همه‌ی قطعه‌های این مدار با برد اونو رایگان‌اند. نسخه‌ی ساده‌ترش نمونه‌ی دزدگیر PIR است و درس دزدگیر با سنسور حرکت آن را قدم‌به‌قدم درس می‌دهد. برای ماژول واقعی HC-SR501 این را بدان: بعد از وصل کردن برق حدود یک دقیقه طول می‌کشد تا پایدار شود، دو پیچ برای حساسیت و مدت روشن ماندن خروجی دارد و خروجی‌اش حدود ۳٫۳ ولت است که آردوینو آن را HIGH می‌خواند. جزئیات بیشتر سیم‌کشی و تنظیم پیچ‌ها را در راهنمای سنسور PIR با آردوینو در ووکوی فارسی نوشته‌ایم.

قدم بعد: رمز به‌جای دکمه

هر کسی می‌تواند یک دکمه را فشار دهد. دزدگیر جدی با رمز خاموش می‌شود. پروژه‌ی قفل رمزی با کی‌پد و LCD طرز خواندن رمز از کی‌پد را نشان می‌دهد و نمونه‌ی دزدگیر کامل دقیقاً همین دزدگیر PIR را با کی‌پد ۴×۴ ترکیب کرده است؛ درس دزدگیر کامل هم آن را قدم‌به‌قدم می‌سازد.

انواع مدار دزدگیر (Variations)

اشتباه‌های رایج

• دزدگیر بدون قفل: با بسته شدن دوباره‌ی در یا رفتن از جلوی سنسور ساکت می‌شود. همیشه یکی از قفل‌های رله، ۵۵۵، تریستور یا نرم‌افزاری را اضافه کن.
• حسگر «باز» روی در: بریدن سیم آن را بی‌اثر می‌کند. حلقه‌ی بسته (NC) را ترجیح بده.
• هشدار اشتباه PIR: در دقیقه‌ی اول بعد از روشن شدن، یا وقتی حسگر رو به بخاری، کولر یا پنجره‌ی آفتاب‌گیر است، PIR ممکن است بی‌دلیل تحریک شود. زمان خروج را دست‌کم یک دقیقه بگذار و حسگر را از منبع‌های گرما دور کن.
• رله بدون دیود: ولتاژ برگشتی سیم‌پیچ ترانزیستور یا آی‌سی را می‌سوزاند.
• آژیر پرمصرف روی پین آردوینو: آژیر واقعی یا بلندگو را با رله یا ترانزیستور راه بینداز، نه مستقیم با پین.
• زمین مشترک فراموش شده: وقتی آژیر یا رله از منبع جدا برق می‌گیرد، منفی آن منبع باید به GND آردوینو هم برسد (مگر کنتاکت‌های کاملاً جدای رله).

نکته‌های ایمنی و یک یادآوری مهم

• این مدارها پروژه‌ی یادگیری‌اند، نه جایگزین دزدگیر استاندارد. برای امنیت واقعی خانه یا مغازه از سیستم‌های تأییدشده و نصاب متخصص کمک بگیر.
• آژیر را با باتری یا آداپتور کم‌ولتاژ راه بینداز. اگر می‌خواهی رله یک چراغ برق شهر را روشن کند، سیم‌کشی ۲۲۰ ولت را فقط به یک فرد متخصص بسپار.
• صدای آژیر را در آزمایش‌ها کم نگه دار و آن را نزدیک گوش امتحان نکن. همسایه‌ها هم ممنون می‌شوند!
• لیزر را هرگز رو به چشم کسی نگیر. بقیه‌ی نکته‌ها را در ایمنی در الکترونیک ببین.

دزدگیر جایی است که چند مدار ساده به هم می‌رسند: حسگر، حافظه و مدار آژیر. هر کدام را جدا یاد گرفتی؛ حالا با کنار هم گذاشتنشان یک سیستم کامل ساخته‌ای.

سؤال‌های رایج

ساده‌ترین مدار دزدگیر چیست؟

یک باتری، یک کلید ریدی روی در با آهنربا روی لنگه‌ی در، و یک بازر. ولی دزدگیر واقعی باید قفل شود: یعنی بعد از باز شدن در، حتی اگر در دوباره بسته شد، آژیر تا وقتی خودت خاموشش نکرده‌ای ادامه بدهد. برای این کار یک رله‌ی خودنگه‌دار، یک آی‌سی 555 یا یک تریستور لازم است.

چرا دزدگیر باید قفل شود؟

چون اگر قفل نشود، دزد کافی است در را دوباره ببندد یا از جلوی سنسور کنار برود تا آژیر قطع شود. مدار قفل‌شونده (Latch) یک بار که تحریک شد، روشن می‌ماند تا کسی با کلید یا رمز آن را ریست کند.

سنسور PIR از چه فاصله‌ای حرکت را تشخیص می‌دهد؟

ماژول رایج HC-SR501 معمولاً بین حدود 3 تا 7 متر را با پیچ حساسیت می‌بیند و زاویه‌ی دیدش حدود 100 درجه است. بعد از وصل کردن برق حدود یک دقیقه طول می‌کشد تا پایدار شود و در این مدت ممکن است هشدار اشتباه بدهد.

دزدگیری که با آردوینو می‌سازم برای خانه کافی است؟

نه؛ این پروژه برای یادگیری است. دزدگیر واقعی خانه باید باتری پشتیبان، محافظت در برابر قطع سیم و دستکاری، و تأییدیه‌های لازم را داشته باشد و بهتر است توسط نصاب متخصص نصب شود.

برای قفل دزدگیر رله بهتر است یا تریستور؟

رله ساده‌تر است، با برق مستقیم و متناوب کار می‌کند و بار جدا را هم قطع و وصل می‌کند، ولی جریان سیم‌پیچش باتری را زودتر خالی می‌کند. تریستور کوچک‌تر و بی‌صداتر است ولی فقط با جریان مستقیم قفل می‌ماند و باید جریانش از جریان نگه‌داری بیشتر باشد.

مقاله‌های دیگر