تجمیع سنسور ها

## 0.مقدمه با پیشرفت سریع فناوری‌های نوین و حرکت جهان به سمت سیستم‌های هوشمند و خودکار، نقش سنسورها در طراحی و پیاده‌سازی سامانه‌های الکترونیکی، کنترلی و پردازشی بیش از پیش پررنگ شده است. سنسورها به‌عنوان عناصر واسط میان دنیای فیزیکی و سیستم‌های دیجیتال، وظیفه دریافت اطلاعات از محیط اطراف و تبدیل کمیت‌های فیزیکی یا شیمیایی به سیگنال‌های الکتریکی قابل پردازش را بر عهده دارند. این قابلیت، امکان تحلیل، تصمیم‌گیری و واکنش خودکار سیستم‌ها را فراهم کرده و زیربنای بسیاری از فناوری‌های مدرن را تشکیل می‌دهد. در دنیای امروز، سنسورها بخش جدایی‌ناپذیری از زندگی روزمره انسان شده‌اند و در حوزه‌های متنوعی همچون اتوماسیون صنعتی، رباتیک، سیستم‌های امنیتی و نظارتی، تجهیزات پزشکی، صنایع خودروسازی، هوافضا، خانه‌های هوشمند و سامانه‌های پایش محیطی مورد استفاده قرار می‌گیرند. وظایفی مانند تشخیص حرکت، اندازه‌گیری فاصله، پایش دما و رطوبت، شناسایی نور محیط، تشخیص گازهای خطرناک، اندازه‌گیری فشار، بررسی لرزش و حتی پایش پارامترهای زیستی انسان، همگی به کمک سنسورها امکان‌پذیر شده‌اند. این گستردگی کاربرد، نشان‌دهنده اهمیت اساسی سنسورها در توسعه فناوری‌های نوین است. با توجه به تنوع بسیار زیاد سنسورها از نظر ساختار، اصل عملکرد و نوع کاربرد، دسته‌بندی آن‌ها به‌عنوان یک گام اساسی در شناخت و انتخاب صحیح سنسور اهمیت ویژه‌ای دارد. دسته‌بندی مناسب، علاوه بر ساده‌سازی فرآیند یادگیری، به مهندسان و طراحان سیستم کمک می‌کند تا متناسب با نیاز پروژه، سنسور مناسب را انتخاب کنند. یکی از رایج‌ترین و علمی‌ترین روش‌های دسته‌بندی سنسورها، تقسیم آن‌ها بر اساس نوع کمیت فیزیکی یا شیمیایی اندازه‌گیری‌شده است. این روش، ضمن برخورداری از ساختار منطقی، در منابع آموزشی و صنعتی نیز به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این تحقیق، سنسورها بر اساس کمیت اندازه‌گیری‌شده به دسته‌های اصلی مختلف تقسیم شده‌اند و برای هر دسته، نمونه‌ای از سنسورهای پرکاربرد معرفی گردیده است. این دسته‌بندی شامل سنسورهای فاصله‌ای، حرکتی، نوری، زاویه‌ای و شیب، گازی، ارتعاشی و ضربه‌ای، دما، رطوبت، فشار، موقعیت و جابه‌جایی، صدا، مغناطیسی، جریان و ولتاژ، سنسورهای لمس و تماس، مجاورتی، زیستی و شیمیایی می‌باشد. معرفی هر یک از این سنسورها همراه با توضیح نحوه عملکرد، کاربردها و بررسی مزایا و معایب آن‌ها، به درک عمیق‌تر نقش سنسورها در سیستم‌های الکترونیکی و هوشمند کمک می‌کند. هدف اصلی از انجام این تحقیق، ایجاد دیدی جامع نسبت به مفهوم سنسور، اهمیت آن در سامانه‌های مدرن و شناخت انواع سنسورها از طریق یک دسته‌بندی منظم، علمی و کاربردی است. نتایج این تحقیق می‌تواند به‌عنوان مبنایی مناسب برای یادگیری مفاهیم پیشرفته‌تر، طراحی و پیاده‌سازی پروژه‌های عملی در حوزه‌های الکترونیک، رباتیک، اینترنت اشیا و سیستم‌های هوشمند مورد استفاده قرار گیرد. ## 1. سنسورهای فاصله‌ای سنسورهای فاصله‌ای به گروهی از حسگرها گفته می‌شود که وظیفه آن‌ها اندازه‌گیری فاصله بین یک جسم و نقطه مرجع، بدون نیاز به تماس فیزیکی است. این سنسورها نقش مهمی در سیستم‌هایی دارند که نیازمند تشخیص موقعیت، فاصله یا وجود مانع هستند. اصل عملکرد این سنسورها معمولاً بر پایه ارسال یک سیگنال فیزیکی به محیط و دریافت بازتاب آن است. نوع این سیگنال می‌تواند صوتی، نوری یا الکترومغناطیسی باشد و بسته به فناوری مورد استفاده، دقت و برد سنسور متفاوت خواهد بود. سنسورهای فاصله‌ای در محیط‌هایی استفاده می‌شوند که تماس مستقیم با جسم امکان‌پذیر نیست یا ممکن است باعث آسیب به سیستم یا جسم شود. این ویژگی باعث شده است که این نوع سنسورها در رباتیک، اتوماسیون صنعتی، خودروهای هوشمند و سیستم‌های ایمنی جایگاه ویژه‌ای داشته باشند. قابلیت تشخیص سریع فاصله و واکنش لحظه‌ای، از مهم‌ترین دلایل استفاده گسترده از این دسته سنسورها محسوب می‌شود. سنسور اولتراسونیک جز این دسته از سنسور ها است. ### 2.1 سنسور اولتراسونیک (Ultrasonic Sensor) نحوه عملکرد: سنسور اولتراسونیک بر اساس ارسال و دریافت امواج صوتی با فرکانس بالاتر از محدوده شنوایی انسان عمل می‌کند. در این سنسور، ابتدا یک پالس صوتی فراصوت توسط فرستنده تولید و به سمت محیط اطراف ارسال می‌شود. این موج صوتی پس از برخورد با یک جسم یا مانع، بازتاب شده و به سمت گیرنده سنسور بازمی‌گردد. واحد پردازش سنسور، زمان بین ارسال موج و دریافت بازتاب آن را با دقت اندازه‌گیری می‌کند. از آنجا که سرعت انتشار صوت در هوا مقدار مشخصی دارد، فاصله جسم تا سنسور با استفاده از رابطه بین سرعت، زمان و مسافت محاسبه می‌شود. این فرآیند به صورت پیوسته تکرار شده و امکان تشخیص تغییرات فاصله به صورت لحظه‌ای فراهم می‌گردد. دقت اندازه‌گیری در این سنسور تحت تأثیر عواملی مانند دمای هوا، رطوبت محیط و ویژگی سطح جسم قرار دارد، زیرا این عوامل می‌توانند بر سرعت انتشار و میزان بازتاب موج صوتی تأثیر بگذارند. کاربردها: استفاده در ربات‌های مسیریاب و تشخیص مانع سیستم‌های جلوگیری از برخورد در خودروها اندازه‌گیری سطح مایعات در مخازن سیستم‌های پارک هوشمند خودرو پروژه‌های آموزشی و آزمایشگاهی مزایا: اندازه‌گیری فاصله بدون تماس فیزیکی ایمنی بالا برای سنسور و جسم دقت مناسب در فاصله‌های کوتاه و متوسط راه‌اندازی ساده و هزینه نسبتاً پایین معایب: کاهش دقت در برابر سطوح نرم یا جاذب صدا حساسیت به شرایط محیطی مانند دما و رطوبت محدودیت در اندازه‌گیری فاصله‌های بسیار زیاد احتمال خطا در محیط‌های پر نویز صوتی

Figure1: سنسور اولتراسونیک

در ادامه کد آردوینو و تست سنسور انجام شده است.

```cpp #include #define trigPin 9 #define echoPin 10 LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); long duration; float readUltrasonicCm() { digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); duration = pulseIn(echoPin, HIGH, 30000); if (duration == 0) return -1; return (duration * 0.0343) / 2.0; } void setup() { pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); Serial.begin(9600); lcd.begin(16, 2); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Send r in Serial"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("to read distance"); } void loop() { if (Serial.available() > 0) { char c = Serial.read(); if (c == 'r' || c == 'R') { float d = readUltrasonicCm(); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Distance:"); lcd.setCursor(0, 1); if (d < 0) { lcd.print("No echo"); Serial.println("No echo"); } else { lcd.print(d, 1); lcd.print(" cm"); Serial.print("Distance: "); Serial.print(d, 1); Serial.println(" cm"); } } } } ``` </div>

تصویر ابتدایی بلافاصله بعد از اجرای کد و درخواست از کاربر برای فشردن r برای اندازه گیری فاصله

اندازه گیری فاصله 5.3 cm

اندازه گیری فاصله 11.1 cm

نمایش فاصله ها در serial monitor

## 2. سنسورهای حرکتی سنسورهای حرکتی به دسته‌ای از حسگرها گفته می‌شود که برای تشخیص حرکت یا حضور اجسام در یک محدوده مشخص طراحی شده‌اند. این سنسورها تغییرات ایجادشده در محیط را شناسایی کرده و آن‌ها را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. مبنای عملکرد سنسورهای حرکتی می‌تواند بر اساس تغییرات حرارتی، نوری یا الکترومغناطیسی باشد و هدف اصلی آن‌ها تشخیص ورود، خروج یا جابه‌جایی اجسام، به‌ویژه انسان، در محیط‌های مختلف است. این نوع سنسورها نقش مهمی در افزایش ایمنی، کاهش مصرف انرژی و بهبود عملکرد سیستم‌های کنترلی دارند. استفاده از سنسورهای حرکتی در سیستم‌های امنیتی، روشنایی هوشمند و تجهیزات کنترلی باعث می‌شود سیستم‌ها تنها در صورت نیاز فعال شوند. به همین دلیل، این سنسورها در ساختمان‌های هوشمند، صنایع و فضاهای عمومی کاربرد گسترده‌ای دارند. ### 1.2 سنسور PIR نحوه عملکرد: سنسور PIR یا سنسور مادون قرمز غیرفعال، بر اساس تشخیص تغییرات تابش مادون قرمز ساطع‌شده از اجسام گرم عمل می‌کند. این سنسور به‌طور مستقیم انرژی از محیط ارسال نمی‌کند، بلکه تنها تابش حرارتی موجود در محیط را دریافت و تحلیل می‌کند. هر جسمی که دمایی بالاتر از محیط اطراف داشته باشد، مانند بدن انسان، امواج مادون قرمز منتشر می‌کند. زمانی که چنین جسمی وارد میدان دید سنسور می‌شود یا در آن حرکت می‌کند، الگوی تابش مادون قرمز تغییر می‌یابد. این تغییر توسط المان حساس سنسور تشخیص داده شده و پس از تقویت و پردازش سیگنال، خروجی سنسور فعال می‌شود. بدین ترتیب، سنسور قادر است حرکت اجسام گرم را در محدوده مشخص تشخیص دهد. کاربردها: سیستم‌های امنیتی و دزدگیر روشنایی خودکار ساختمان‌ها و معابر سیستم‌های کنترل حضور افراد فعال‌سازی تجهیزات الکترونیکی در صورت تشخیص حرکت مزایا: مصرف انرژی بسیار پایین عدم نیاز به تماس فیزیکی طول عمر بالا قیمت مناسب و نصب آسان معایب: عدم توانایی در تشخیص اجسام ساکن کاهش دقت در محیط‌های با تغییرات شدید دمایی محدودیت در تشخیص اجسام بسیار کوچک یا سرد

Figure2: سنسور PIR

### 1.3 سنسور IR نحوه عملکرد: سنسور IR (Infrared Active) بر پایه‌ی ارسال و دریافت نور مادون‌قرمز نزدیک عمل می‌کند. این سنسور معمولاً از دو بخش اصلی تشکیل می‌شود: فرستنده (LED مادون‌قرمز) و گیرنده (فوتودیود یا فوتوترانزیستور). فرستنده، نور IR را به سمت روبه‌رو یا سطح موردنظر می‌تاباند و گیرنده میزان نور بازتاب‌شده یا قطع‌شده را اندازه‌گیری می‌کند. زمانی که جسمی در مسیر نور قرار بگیرد یا به سطح نزدیک شود، مقدار نور دریافتی تغییر می‌کند. این تغییر در مدار تقویت و مقایسه می‌شود و در نهایت خروجی سنسور (دیجیتال یا آنالوگ) تغییر وضعیت می‌دهد. به این ترتیب، سنسور می‌تواند وجود مانع، نزدیکی جسم، یا عبور از یک نقطه را تشخیص دهد. کاربردها: تشخیص مانع در ربات‌ها و خودروهای آموزشی سنسورهای خط‌یاب (Line Follower) در رباتیک شمارنده اجسام و افراد (با قطع شدن پرتو) سیستم‌های درب اتوماتیک و تشخیص عبور تشخیص فاصله نزدیک (در برخی ماژول‌های IR بازتابی) مزایا: سرعت پاسخ‌دهی بالا قیمت مناسب و در دسترس بودن مدار ساده و نصب آسان امکان استفاده به‌صورت دیجیتال یا آنالوگ (بسته به ماژول) معایب: کاهش دقت در نور محیط زیاد (مثل نور خورشید) وابستگی به رنگ و جنس سطح (بازتاب متفاوت) برد محدود (معمولاً چند سانتی‌متر تا چند ده سانتی‌متر) احتمال خطا در زوایا یا سطوح براق/تیره

Figure2.1: سنسور IR

در ادامه تست سنسور انجام داده شده است

تصویر ابتدایی از نحوه بسته شدن سنسور در مدار

تست عملکرد فرستنده با دوربین گوشی و دیده شدن نور بنفش

روشن شدن LED هنگام وجود مانع

## 3. سنسورهای نوری سنسورهای نوری به گروهی از حسگرها گفته می‌شود که برای تشخیص و اندازه‌گیری شدت نور یا تغییرات آن در محیط به کار می‌روند. این سنسورها با دریافت انرژی نوری و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی، امکان تحلیل شرایط نوری محیط را برای سیستم‌های کنترلی فراهم می‌کنند. بسته به نوع طراحی و فناوری به‌کاررفته، سنسورهای نوری می‌توانند به نور مرئی، مادون قرمز یا فرابنفش حساس باشند و در شرایط نوری مختلف عملکرد متفاوتی داشته باشند. این دسته از سنسورها نقش مهمی در کنترل خودکار روشنایی، بهینه‌سازی مصرف انرژی و پایش شرایط محیطی دارند. استفاده از سنسورهای نوری باعث می‌شود سیستم‌ها بتوانند به صورت هوشمند نسبت به تغییرات نور محیط واکنش نشان دهند. به همین دلیل، این سنسورها در ساختمان‌های هوشمند، صنایع، تجهیزات الکترونیکی و سیستم‌های اندازه‌گیری کاربرد گسترده‌ای دارند. ### 1.3 سنسور LDR نحوه عملکرد: سنسور LDR یا مقاومت وابسته به نور، بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی در اثر تغییر شدت نور عمل می‌کند. این سنسور از ماده‌ای نیمه‌هادی ساخته شده است که با جذب فوتون‌های نور، تعداد حامل‌های بار آزاد در آن افزایش می‌یابد. با افزایش شدت نور تابیده‌شده به سطح سنسور، مقاومت الکتریکی آن کاهش پیدا می‌کند و با کاهش نور، مقدار مقاومت افزایش می‌یابد. این تغییر مقاومت معمولاً در قالب یک مدار تقسیم ولتاژ به ولتاژ قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌شود. سیستم کنترلی با بررسی این ولتاژ می‌تواند میزان نور محیط را تشخیص داده و تصمیمات لازم را اتخاذ کند. سرعت پاسخ LDR به تغییرات نور نسبتاً مناسب است، اما تغییرات ناگهانی نور ممکن است با اندکی تأخیر در خروجی سنسور منعکس شوند. کاربردها: سیستم‌های روشنایی خودکار خیابان‌ها و ساختمان‌ها تنظیم خودکار نور نمایشگرها تشخیص تاریکی یا روشنایی محیط پروژه‌های آموزشی و آزمایشگاهی مزایا: ساختار ساده و قابل فهم هزینه تولید و استفاده پایین مصرف انرژی کم راه‌اندازی آسان معایب: دقت پایین‌تر نسبت به سنسورهای نوری پیشرفته تأثیرپذیری از گرد و غبار و آلودگی محیط پاسخ کندتر نسبت به برخی سنسورهای دیجیتال عملکرد نامناسب در نورهای بسیار شدید

Figure3: سنسور LDR

## 4. سنسورهای زاویه‌ای و شیب سنسورهای زاویه‌ای و شیب به دسته‌ای از حسگرها اطلاق می‌شوند که برای تشخیص تغییر وضعیت، میزان انحراف و زاویه قرارگیری اجسام نسبت به یک محور یا سطح مرجع مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها اطلاعات مربوط به جهت‌گیری فیزیکی اجسام را به سیگنال‌های الکتریکی قابل پردازش تبدیل می‌کنند و نقش مهمی در کنترل پایداری و ایمنی سیستم‌ها دارند. اندازه‌گیری شیب می‌تواند به‌صورت کیفی (تشخیص تغییر وضعیت کلی) یا کمی (اندازه‌گیری دقیق زاویه) انجام شود که این موضوع به فناوری ساخت و نوع سنسور بستگی دارد. در بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی و مکانیکی، دانستن وضعیت قرارگیری دستگاه نسبت به نیروی گرانش اهمیت زیادی دارد. سنسورهای زاویه‌ای و شیب این امکان را فراهم می‌کنند که سیستم بتواند در صورت تغییر وضعیت غیرعادی، واکنش مناسب نشان دهد. به همین دلیل این دسته از سنسورها در صنایع مختلف، از تجهیزات ساده هشداردهنده تا سامانه‌های کنترلی پیشرفته، کاربرد گسترده‌ای دارند. ### 1.4 سنسور تیلت (Tilt Sensor) نحوه عملکرد: سنسور تیلت بر اساس تشخیص تغییر جهت نسبت به نیروی گرانش زمین عمل می‌کند. در ساده‌ترین ساختار، این سنسور شامل یک محفظه کوچک است که درون آن یک عنصر رسانا یا گوی فلزی قرار دارد. زمانی که سنسور در وضعیت عادی قرار دارد، مدار الکتریکی در حالت مشخصی باقی می‌ماند، اما با تغییر زاویه یا شیب، موقعیت عنصر داخلی تغییر کرده و باعث قطع یا وصل شدن مدار می‌شود. در مدل‌های پیشرفته‌تر، از حسگرهای مبتنی بر شتاب‌سنج استفاده می‌شود که می‌توانند تغییرات زاویه را با دقت بیشتری اندازه‌گیری کرده و خروجی آنالوگ یا دیجیتال ارائه دهند. این اطلاعات به واحد پردازش ارسال شده و برای تشخیص وضعیت یا کنترل سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. متداول‌ترین نوع سوئیچ شیب از یک محفظه استوانه‌ای فلزی یا پلاستیکی تشکیل شده است (اغلب با ابعاد حدود ۵mm در ۱۵mm) که حاوی دو گوی فولادی است که ممکن است آب‌نقره یا آب‌طلا شده باشند. هنگامی که سوئیچ کج می‌شود، گوی‌ها در نهایت به سمت پایین حرکت می‌کنند و گوی پایینی یک اتصال الکتریکی بین دو کنتاکت یا بین یک کنتاکت منفرد و محفظه فلزی سوئیچ برقرار می‌کند. گوی دوم برای افزودن وزن و کاهش لرزش در گوی اول گنجانده شده است.

Figure4: سنسور تیلت

Figure5: ساختار سنسور تیلت

انواع سنسورشیب: - سنسور شیب مقاومتی این سنسورها دارای یک جسم معلق هستند که در اثر شیب، تغییر مکان داده و باعث تغییر مقاومت می‌شود. ساده‌ترین نوع آن‌ها در اسباب‌بازی‌ها یا سیستم‌های هشدار ساده استفاده می‌شود. - سنسور شیب خازنی (Capacitive Tilt Sensor) این نوع سنسورها از تغییر ظرفیت خازنی برای شناسایی تغییرات زاویه‌ای استفاده می‌کنند. زمانی که یک جسم در میدان خازن حرکت می‌کند، فاصله صفحات یا شکل میدان تغییر کرده و ظرفیت خازن متغیر می‌شود. این تغییر به سیگنال الکتریکی تبدیل شده و زاویه شیب مشخص می‌شود. ویژگی‌ها : دقت بالا اندازه کوچک عدم نیاز به تماس مکانیکی حساس به نویزهای محیطی - سنسور شیب با فناوری MEMS MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) به فناوری‌هایی اشاره دارد که در آن سیستم‌های مکانیکی و الکترونیکی در مقیاس میکرو ساخته می‌شوند. سنسورهای شیب MEMS از یک جرم معلق میکروسکوپی بین خازن‌ها استفاده می‌کنند. تغییر مکان این جرم در اثر شیب، باعث تغییر ظرفیت خازن می‌شود. مزایا: اندازه بسیار کوچک قیمت مناسب مصرف انرژی پایین مناسب برای دستگاه‌های پرتابل و فضای محدود کاربردها: موبایل‌ها و تبلت‌ها ربات‌های صنعتی سیستم‌های ایمنی خودرو - سنسور شیب الکترولیتی این سنسورها دارای مایعی هادی هستند که در یک محفظه خاص قرار دارد. زمانی که شیب ایجاد می‌شود، موقعیت مایع تغییر می‌کند و مقاومت بین الکترودها تغییر می‌کند. این تغییرات، زاویه شیب را نشان می‌دهند. مزایا: دقت بالا مناسب برای شرایط صنعتی سخت معایب: محدودیت دمایی حساس به ضربه و.... کاربردها: تشخیص واژگونی تجهیزات صنعتی سیستم‌های هشدار ایمنی کنترل وضعیت دستگاه‌های قابل حمل پروژه‌های آموزشی و رباتیک مزایا: ساختار ساده و قابل اعتماد مصرف انرژی کم قیمت مناسب نصب و راه‌اندازی آسان معایب: دقت محدود در مدل‌های مکانیکی حساسیت به لرزش‌های محیطی عدم ارائه اطلاعات پیوسته زاویه در برخی مدل‌ها مشکلات: فرسایش تماس: اگر یک کلید شیب‌سنج ساچمه‌ای در معرض جریانی بیش از حد مجاز مشخصاتش قرار گیرد، ممکن است جرقه‌زنی (آرک) باعث فرسایش تدریجی کنتاکت‌های آن شود. در این صورت قابلیت اطمینان آن کاهش می‌یابد، به ویژه اگر کنتاکت‌ها با یک لایه نازک فلزی پوشش داده شده باشند که دچار فرسایش می‌شود. سیگنال‌های تصادفی: در مدت زمان کوتاهی که کلید شیب‌سنج ساچمه‌ای در حال تغییر از یک وضعیت به وضعیت دیگر است، لرزش ساچمه(ها) در داخل آن به احتمال زیاد سیگنال‌های نامنظم و تصادفی ایجاد می‌کند. اگر خروجی کلید توسط یک میکروکنترلر پردازش شود، ممکن است یک روال حذف نوسانات (Debouncing) برای جلوگیری از حس‌شدن این سیگنال‌های تصادفی کافی نباشد و لازم باشد برنامه‌نویسی اضافه‌ای برای نادیده گرفتن سیگنال‌ها در این فاز گذرا انجام شود. اگر کلید مستقیماً به یک رله متصل باشد، سیگنال‌های متناوب ممکن است به اندازه‌ای سریع رخ دهند که رله آن‌ها را نادیده بگیرد. خطر زیست‌محیطی: دستگاهی که از یک کلید جیوه‌ای استفاده می‌کند، ممکن است در آینده نیاز به بازطراحی داشته باشد اگر دسترسی به کلیدهای جیوه‌ای به دلیل اعمال مقررات سخت‌گیرانه‌تر زیست‌محیطی، با عدم اطمینان مواجه شود. به همین دلیل، کاربر نهایی در صورت خرابی یک کلید جیوه‌ای ممکن است برای جایگزینی آن با مشکل مواجه شود. بنابراین، در هر دستگاه تازه‌طراحی‌شده‌ای باید به جای کلید جیوه‌ای از یک کلید شیب‌سنج ساچمه‌ای استفاده شود. نیاز به گرانش: از آنجا که یک کلید شیب‌سنج برای غلتاندن یک ساچمه یا حرکت دادن قطره جیوه به نیروی گرانش وابسته است، در شرایط گرانش کم یا بی‌وزنی (به عنوان مثال، در یک موشک در مرحله بدون نیروی صعود و فرود، یا در یک هواپیما که مانورهای آکروباتیک هوایی انجام می‌دهد) کار نخواهد کرد. عملکرد کلید شیب‌سنج در وسیله‌ای که به طور ناگهانی شتاب می‌گیرد یا کاهش سرعت می‌دهد نیز ممکن است غیرقابل اطمینان باشد. نیاز به ثبات: یک کلید شیب‌سنج در مکانی که ارتعاش قابل توجهی وجود دارد یا جایی که شیء حاوی کلید ممکن است به طور غیرقابل پیش‌بینی توسط کاربر چرخانده یا جابه‌جا شود، تمایل به ارائه نتایج نادرست خواهد داشت.

Figure6: مدار فعال

Figure7: مدار غیر فعال

## 5. سنسورهای گازی سنسورهای گازی به دسته‌ای از حسگرها اطلاق می‌شوند که برای تشخیص حضور گازها یا اندازه‌گیری میزان غلظت آن‌ها در محیط مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها نقش بسیار مهمی در حفظ ایمنی، پایش کیفیت هوا و کنترل شرایط محیطی دارند، زیرا بسیاری از گازها در صورت نشت یا تجمع بیش از حد می‌توانند خطرات جدی برای سلامت انسان و تجهیزات ایجاد کنند. سنسورهای گازی با شناسایی زودهنگام این گازها، امکان واکنش سریع سیستم‌های هشداردهنده یا کنترلی را فراهم می‌کنند. عملکرد سنسورهای گازی معمولاً بر پایه تغییر خواص فیزیکی یا شیمیایی یک ماده حساس در حضور گاز مورد نظر است. این تغییرات می‌توانند به‌صورت تغییر مقاومت الکتریکی، ولتاژ یا جریان ظاهر شوند و سپس به سیگنال قابل پردازش برای سیستم‌های الکترونیکی تبدیل گردند. بسته به نوع فناوری به‌کاررفته، سنسورهای گازی می‌توانند نسبت به یک گاز خاص یا چندین نوع گاز حساس باشند. این دسته از سنسورها در محیط‌های خانگی، صنعتی و آزمایشگاهی کاربرد گسترده‌ای دارند. استفاده از سنسورهای گازی در سیستم‌های ایمنی باعث کاهش خطر انفجار، آتش‌سوزی و مسمومیت می‌شود. همچنین در حوزه‌های صنعتی و زیست‌محیطی، این سنسورها برای پایش آلودگی هوا و کنترل فرآیندهای شیمیایی اهمیت بالایی دارند. ### 1.5 مثال: سنسور MQ2 نحوه عملکرد: سنسور MQ2 از یک عنصر نیمه‌هادی حساس به گاز تشکیل شده است که معمولاً از دی‌اکسید قلع ساخته می‌شود. این عنصر درون سنسور توسط یک هیتر داخلی تا دمای مشخصی گرم می‌شود تا واکنش‌پذیری آن نسبت به گازها افزایش یابد. زمانی که گازهای قابل اشتعال یا دود در محیط حضور پیدا می‌کنند، مولکول‌های گاز با سطح عنصر حساس واکنش داده و باعث تغییر در میزان مقاومت الکتریکی آن می‌شوند. این تغییر مقاومت به‌صورت یک سیگنال الکتریکی ظاهر شده و توسط مدار داخلی سنسور پردازش می‌شود. مقدار سیگنال خروجی متناسب با غلظت تقریبی گاز موجود در محیط است و می‌تواند برای تشخیص نشت یا افزایش غیرعادی گاز مورد استفاده قرار گیرد. کاربردها: تشخیص نشت گازهای قابل اشتعال سیستم‌های هشدار دود و گاز پایش کیفیت هوا در محیط‌های بسته پروژه‌های آموزشی و آزمایشگاهی مزایا: حساسیت مناسب به گازهای مختلف قیمت مقرون‌به‌صرفه ساختار ساده و قابل استفاده کاربرد گسترده در پروژه‌های آموزشی معایب: نیاز به زمان گرم شدن اولیه دقت محدود نسبت به سنسورهای صنعتی پیشرفته تأثیرپذیری از دما و رطوبت محیط عدم تفکیک دقیق نوع گاز

Figure8: سنسور MQ-2

## 6. سنسورهای موقعیت و جابه‌جایی سنسورهای موقعیت و جابه‌جایی برای تعیین مکان، زاویه یا میزان حرکت یک جسم نسبت به یک نقطه مرجع مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها نقش بسیار مهمی در سیستم‌های کنترلی، رباتیک و اتوماسیون صنعتی دارند، زیرا بسیاری از فرآیندها نیازمند آگاهی دقیق از موقعیت اجزای متحرک هستند. با استفاده از این سنسورها، سیستم می‌تواند موقعیت فعلی را تشخیص داده و بر اساس آن تصمیم‌گیری یا اصلاح حرکت انجام دهد. این دسته از سنسورها می‌توانند موقعیت خطی (حرکت در یک راستا) یا موقعیت چرخشی (زاویه‌ای) را اندازه‌گیری کنند. اطلاعات تولیدشده توسط سنسورهای موقعیت معمولاً برای کنترل دقیق موتور‌ها، بازوهای رباتیک و تجهیزات مکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد و دقت آن‌ها تأثیر مستقیمی بر کیفیت عملکرد سیستم دارد. ### 1.6 سنسور انکودر (Encoder) نحوه عملکرد: انکودر سنسوری است که حرکت چرخشی یا خطی را به سیگنال الکتریکی قابل پردازش تبدیل می‌کند. در انکودرهای چرخشی، یک دیسک مدرج به محور متحرک متصل می‌شود. با چرخش این دیسک، پالس‌هایی توسط بخش نوری یا مغناطیسی سنسور تولید می‌شود. تعداد این پالس‌ها نشان‌دهنده میزان چرخش و سرعت حرکت محور است. انکودرها می‌توانند از نوع افزایشی (Incremental) یا مطلق (Absolute) باشند که هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند. کاربردها: کنترل موقعیت موتورهای الکتریکی بازوهای رباتیک ماشین‌های CNC سیستم‌های اتوماسیون صنعتی مزایا: دقت بالا در اندازه‌گیری موقعیت قابلیت اندازه‌گیری سرعت و جهت حرکت طول عمر بالا مناسب برای سیستم‌های کنترلی دقیق معایب: هزینه بالاتر نسبت به سنسورهای ساده حساسیت به آلودگی و گرد و غبار در مدل‌های نوری

Figure 9: سنسور Encoder

## 7. سنسورهای ارتعاشی و ضربه‌ای سنسورهای ارتعاشی و ضربه‌ای برای تشخیص لرزش، شوک و ضربه‌های مکانیکی طراحی شده‌اند. این سنسورها امکان پایش وضعیت مکانیکی سیستم‌ها را فراهم کرده و نقش مهمی در تشخیص خرابی یا شرایط غیرعادی دارند. عملکرد آن‌ها معمولاً مبتنی بر تبدیل انرژی مکانیکی به سیگنال الکتریکی است. این دسته از سنسورها در سیستم‌های ایمنی، پایش سلامت سازه‌ها و تجهیزات صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارند و می‌توانند هشدارهای لازم را پیش از بروز آسیب‌های جدی صادر کنند. ### 1.7 سنسور پیزوالکتریک (Piezo Sensor) نحوه عملکرد: سنسور پیزوالکتریک بر اساس خاصیت تولید بار الکتریکی در اثر اعمال فشار یا ارتعاش مکانیکی عمل می‌کند. زمانی که نیروی مکانیکی به ماده پیزوالکتریک وارد می‌شود، ساختار بلوری آن دچار تغییر شده و ولتاژ الکتریکی تولید می‌شود. این ولتاژ متناسب با شدت ارتعاش یا ضربه بوده و می‌تواند برای تشخیص یا اندازه‌گیری مورد استفاده قرار گیرد. کاربردها: تشخیص ضربه و لرزش سیستم‌های ضد سرقت تجهیزات صوتی پایش سلامت سازه‌ها مزایا: حساسیت بالا پاسخ بسیار سریع عدم نیاز به منبع تغذیه خارجی معایب: حساسیت به نویز محیط عدم دقت در اندازه‌گیری نیروهای ثابت

Figure 10: سنسور Piezo

## 8. سنسورهای دما سنسورهای دما به دسته‌ای از حسگرها گفته می‌شود که وظیفه اندازه‌گیری میزان گرما یا سردی محیط، اجسام یا سیالات را بر عهده دارند. دما یکی از مهم‌ترین کمیت‌های فیزیکی در سیستم‌های الکترونیکی و صنعتی است، زیرا تغییرات آن می‌تواند تأثیر مستقیم بر عملکرد، ایمنی و طول عمر تجهیزات داشته باشد. این سنسورها با تبدیل تغییرات حرارتی به سیگنال الکتریکی، امکان پایش و کنترل دقیق دما را فراهم می‌کنند. سنسورهای دما در گستره وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ از سیستم‌های ساده خانگی گرفته تا فرآیندهای پیچیده صنعتی و پزشکی. انتخاب نوع سنسور دما به عواملی مانند بازه دمایی، دقت مورد نیاز، سرعت پاسخ و شرایط محیطی بستگی دارد. استفاده صحیح از این سنسورها نقش مهمی در جلوگیری از آسیب به تجهیزات و بهینه‌سازی مصرف انرژی دارد. ### 1.8 سنسور دمای LM35 نحوه عملکرد: سنسور LM35 یک سنسور دمای آنالوگ است که بر اساس تغییرات ولتاژ خروجی متناسب با دمای محیط عمل می‌کند. این سنسور از عناصر نیمه‌هادی داخلی استفاده می‌کند که نسبت به تغییرات دما حساس هستند. با افزایش دما، ولتاژ خروجی سنسور به‌صورت خطی افزایش می‌یابد، به‌طوری که هر درجه سانتی‌گراد تغییر دما، معادل افزایش مشخصی در ولتاژ خروجی است. این ویژگی باعث می‌شود پردازش داده‌ها ساده‌تر شده و نیاز به محاسبات پیچیده کاهش یابد. کاربردها: سیستم‌های کنترل دما تجهیزات الکترونیکی پروژه‌های آموزشی پایش دمای محیط مزایا: دقت مناسب خروجی خطی عدم نیاز به کالیبراسیون پیچیده مصرف انرژی کم معایب: محدودیت در بازه دمایی حساسیت به نویز الکتریکی مناسب نبودن برای دماهای بسیار بالا

Figure 11: سنسور LM35

## 9. سنسورهای رطوبت سنسورهای رطوبت برای اندازه‌گیری میزان بخار آب موجود در هوا یا محیط به کار می‌روند. رطوبت یکی از پارامترهای مهم محیطی است که می‌تواند بر سلامت انسان، کیفیت محصولات و عملکرد تجهیزات تأثیر بگذارد. این سنسورها معمولاً میزان رطوبت نسبی هوا را اندازه‌گیری کرده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. کنترل رطوبت در بسیاری از صنایع مانند کشاورزی، داروسازی و صنایع غذایی اهمیت بالایی دارد. سنسورهای رطوبت با ارائه اطلاعات دقیق، امکان کنترل شرایط محیطی و جلوگیری از آسیب‌های ناشی از رطوبت بیش از حد یا کمبود آن را فراهم می‌کنند. ### 1.9 سنسور رطوبت DHT11 نحوه عملکرد: سنسور DHT11 از یک المان حساس به رطوبت تشکیل شده است که تغییرات رطوبت هوا باعث تغییر خواص الکتریکی آن می‌شود. این تغییرات توسط مدار داخلی سنسور پردازش شده و به‌صورت داده دیجیتال به سیستم کنترلی ارسال می‌گردد. علاوه بر رطوبت، این سنسور قابلیت اندازه‌گیری دما را نیز دارد و داده‌ها را به‌صورت هم‌زمان ارائه می‌دهد. کاربردها: سیستم‌های تهویه مطبوع پایش شرایط محیطی گلخانه‌های هوشمند پروژه‌های آموزشی مزایا: خروجی دیجیتال مصرف انرژی کم قیمت مناسب راه‌اندازی ساده معایب: دقت محدود سرعت پاسخ پایین‌تر نسبت به مدل‌های صنعتی مناسب نبودن برای محیط‌های بسیار مرطوب

Figure 12: سنسور DHT11

## 10. سنسورهای فشار سنسورهای فشار به دسته‌ای از حسگرها گفته می‌شوند که برای اندازه‌گیری نیروی واردشده توسط گازها یا مایعات بر یک سطح مشخص مورد استفاده قرار می‌گیرند. فشار یکی از کمیت‌های فیزیکی بسیار مهم در سیستم‌های صنعتی، مکانیکی و الکترونیکی است، زیرا تغییرات غیرعادی آن می‌تواند نشانه‌ای از اختلال، نشتی یا خطر در عملکرد سیستم باشد. این سنسورها با تبدیل نیروی مکانیکی ناشی از فشار به سیگنال الکتریکی، امکان پایش، کنترل و تحلیل وضعیت سیستم را فراهم می‌کنند. سنسورهای فشار بسته به نوع کاربرد می‌توانند فشار مطلق، فشار نسبی یا اختلاف فشار را اندازه‌گیری کنند. این قابلیت باعث شده است که در صنایع مختلفی مانند نفت و گاز، خودروسازی، هوافضا و تجهیزات پزشکی کاربرد گسترده‌ای داشته باشند. استفاده از سنسورهای فشار نه‌تنها باعث افزایش دقت در فرآیندها می‌شود، بلکه نقش مهمی در افزایش ایمنی و جلوگیری از آسیب‌های جدی ایفا می‌کند. ### 1.10 سنسور فشار BMP180 نحوه عملکرد: سنسور BMP180 از یک عنصر حساس پیزومقاومتی تشکیل شده است که در برابر تغییرات فشار هوا واکنش نشان می‌دهد. با افزایش یا کاهش فشار، ساختار داخلی این عنصر دچار تغییر شکل بسیار جزئی می‌شود که باعث تغییر مقدار مقاومت الکتریکی آن می‌گردد. این تغییر مقاومت توسط مدارهای داخلی سنسور اندازه‌گیری شده و پس از پردازش دیجیتال، مقدار فشار به‌صورت داده عددی در اختیار سیستم کنترلی قرار می‌گیرد. علاوه بر این، سنسور با استفاده از اطلاعات فشار می‌تواند ارتفاع نسبی از سطح دریا را نیز محاسبه کند، زیرا فشار هوا با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد. کاربردها: اندازه‌گیری فشار هوا محاسبه ارتفاع ایستگاه‌های هواشناسی سیستم‌های ناوبری و پروازی مزایا: دقت بالا در اندازه‌گیری خروجی دیجیتال پایدار مصرف انرژی کم اندازه کوچک معایب: حساسیت به تغییرات دما نیاز به کالیبراسیون دقیق مناسب نبودن برای فشارهای بسیار بالا

Figure 13: سنسور BMP180

## 11. سنسورهای صدا سنسورهای صدا برای تشخیص یا اندازه‌گیری امواج صوتی و شدت آن‌ها در محیط به کار می‌روند. صدا در واقع نوعی موج مکانیکی است که از ارتعاش اجسام ایجاد می‌شود و در محیط انتشار می‌یابد. سنسورهای صدا این ارتعاشات را دریافت کرده و آن‌ها را به سیگنال الکتریکی قابل پردازش تبدیل می‌کنند. این سنسورها می‌توانند برای تشخیص وجود صدا، اندازه‌گیری شدت آن یا تحلیل الگوی صوتی مورد استفاده قرار گیرند. کاربرد سنسورهای صدا در سیستم‌هایی که نیاز به واکنش نسبت به صدا دارند بسیار گسترده است. از سیستم‌های امنیتی و هشداردهنده گرفته تا تجهیزات کنترلی و هوشمند، این سنسورها امکان تعامل سیستم با محیط صوتی اطراف را فراهم می‌کنند. با این حال، نویزهای محیطی می‌توانند چالش‌هایی در استفاده از این سنسورها ایجاد کنند. ### 1.11 سنسور میکروفن نحوه عملکرد: سنسور میکروفن با دریافت امواج صوتی باعث لرزش یک دیافراگم نازک داخلی می‌شود. این لرزش‌ها به تغییرات الکتریکی تبدیل می‌شوند که شدت و الگوی آن‌ها متناسب با موج صوتی دریافتی است. سیگنال تولیدشده معمولاً بسیار ضعیف بوده و نیاز به تقویت دارد. پس از تقویت، این سیگنال می‌تواند برای تشخیص صدا، اندازه‌گیری شدت یا پردازش‌های پیشرفته‌تر مورد استفاده قرار گیرد. کاربردها: سیستم‌های تشخیص صدا تجهیزات ضبط صوت سیستم‌های امنیتی پروژه‌های کنترلی و هوشمند مزایا: حساسیت مناسب پاسخ سریع به صدا ساختار ساده معایب: حساسیت بالا به نویز محیط نیاز به مدار تقویت‌کننده دقت محدود در محیط‌های شلوغ

Figure 14: سنسورمیکروفون

## 12. سنسورهای مغناطیسی سنسورهای مغناطیسی برای تشخیص میدان مغناطیسی یا تغییرات آن مورد استفاده قرار می‌گیرند. میدان مغناطیسی یکی از پدیده‌های فیزیکی مهم است که در بسیاری از سیستم‌های الکتریکی و مکانیکی وجود دارد. این سنسورها امکان تشخیص موقعیت، سرعت و حرکت اجسام را بدون تماس مستقیم فراهم می‌کنند. ویژگی غیرتماسی بودن باعث شده است سنسورهای مغناطیسی در سیستم‌هایی که سایش مکانیکی یا محدودیت دسترسی وجود دارد، بسیار کاربردی باشند. این سنسورها از دقت بالا و طول عمر زیاد برخوردار هستند و در محیط‌های صنعتی عملکرد قابل اعتمادی دارند. ### 1.12 سنسور اثر هال (Hall Effect Sensor) نحوه عملکرد: سنسور اثر هال بر اساس پدیده‌ای فیزیکی عمل می‌کند که در آن، عبور جریان الکتریکی از یک ماده رسانا در حضور میدان مغناطیسی باعث ایجاد ولتاژ جانبی می‌شود. مقدار این ولتاژ متناسب با شدت میدان مغناطیسی است. سنسور این ولتاژ را اندازه‌گیری کرده و به‌عنوان خروجی در اختیار سیستم قرار می‌دهد. با تحلیل این خروجی، می‌توان وجود میدان مغناطیسی، موقعیت آهنربا یا سرعت چرخش اجسام را تشخیص داد. کاربردها: تشخیص موقعیت شمارش دور موتور سیستم‌های کنترل صنعتی تجهیزات خودرویی مزایا: عملکرد غیرتماسی دقت بالا عمر طولانی مقاومت در برابر سایش معایب: حساسیت به میدان‌های مغناطیسی ناخواسته نیاز به کالیبراسیون دقیق در برخی کاربردها

Figure 15:سنسور اثر هال

## 13. سنسورهای جریان و ولتاژ سنسورهای جریان و ولتاژ برای اندازه‌گیری کمیت‌های الکتریکی پایه در مدارها استفاده می‌شوند. جریان و ولتاژ از مهم‌ترین پارامترهای الکتریکی هستند که پایش آن‌ها برای حفاظت، کنترل و مدیریت انرژی ضروری است. این سنسورها با تبدیل مقادیر الکتریکی به سیگنال قابل اندازه‌گیری، امکان تحلیل وضعیت عملکرد مدار را فراهم می‌کنند. در سیستم‌های قدرت و الکترونیک صنعتی، استفاده از سنسورهای جریان و ولتاژ باعث افزایش ایمنی، جلوگیری از اضافه‌بار و بهینه‌سازی مصرف انرژی می‌شود. این سنسورها می‌توانند به‌صورت تماسی یا غیرتماسی عمل کنند که هر کدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. ### 1.13 سنسور جریان ACS712 نحوه عملکرد: سنسور ACS712 بر اساس اثر هال عمل می‌کند. جریان عبوری از هادی داخلی سنسور باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود. این میدان توسط المان اثر هال تشخیص داده شده و به ولتاژ خروجی متناسب تبدیل می‌گردد. از آنجا که اندازه‌گیری به‌صورت غیرتماسی انجام می‌شود، ایمنی سیستم افزایش یافته و افت توان به حداقل می‌رسد. کاربردها: اندازه‌گیری جریان مصرفی حفاظت مدارهای الکتریکی سیستم‌های مدیریت انرژی منابع تغذیه مزایا: ایمنی بالا اندازه‌گیری غیرتماسی قابلیت اندازه‌گیری جریان AC و DC معایب: حساسیت به نویز دقت کمتر نسبت به روش‌های مقاومتی دقیق نیاز به کالیبراسیون

Figure 16: سنسور جریان

## 14. سنسورهای لمس و تماس سنسورهای لمس و تماس به دسته‌ای از حسگرها گفته می‌شوند که برای تشخیص تماس مستقیم یک جسم یا انسان با سطح سنسور طراحی شده‌اند. این سنسورها نقش مهمی در ایجاد ارتباط مستقیم میان کاربر و سیستم‌های الکترونیکی دارند و به‌عنوان یکی از رایج‌ترین ابزارهای ورودی در تجهیزات الکترونیکی شناخته می‌شوند. عملکرد این سنسورها به گونه‌ای است که در صورت برقراری تماس فیزیکی، یک تغییر قابل اندازه‌گیری در کمیت‌های الکتریکی یا مکانیکی ایجاد شده و به‌عنوان سیگنال ورودی ثبت می‌شود. در بسیاری از سیستم‌ها، سنسورهای لمس و تماس جایگزین کلیدها و دکمه‌های مکانیکی سنتی شده‌اند. این جایگزینی باعث افزایش طول عمر تجهیزات، کاهش استهلاک مکانیکی و بهبود ظاهر و کاربری دستگاه‌ها شده است. همچنین، این سنسورها امکان طراحی رابط‌های کاربری ساده‌تر، سریع‌تر و هوشمندتر را فراهم می‌کنند. بسته به نوع فناوری مورد استفاده، سنسورهای لمس می‌توانند بر اساس تغییرات فشار، مقاومت یا ظرفیت الکتریکی عمل کنند. سنسورهای لمس و تماس در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ از تجهیزات ساده‌ی کنترلی گرفته تا دستگاه‌های پیشرفته‌ی هوشمند. قابلیت تشخیص سریع تماس و اطمینان از عملکرد پایدار، این دسته از سنسورها را به یکی از اجزای کلیدی در طراحی سیستم‌های الکترونیکی مدرن تبدیل کرده است. ### 1.14 سنسور لمسی خازنی (Capacitive Touch Sensor) نحوه عملکرد: سنسور لمسی خازنی بر پایه تغییر ظرفیت الکتریکی عمل می‌کند. سطح این سنسور به‌گونه‌ای طراحی شده است که یک خازن الکتریکی را تشکیل می‌دهد. بدن انسان به دلیل داشتن رسانایی الکتریکی و خاصیت خازنی، در هنگام تماس یا نزدیک شدن به سطح سنسور باعث تغییر ظرفیت این خازن می‌شود. مدار الکترونیکی داخلی سنسور این تغییر ظرفیت را تشخیص داده و آن را به یک سیگنال دیجیتال یا آنالوگ قابل پردازش تبدیل می‌کند. برخلاف کلیدهای مکانیکی، برای فعال‌سازی این سنسور نیازی به اعمال فشار فیزیکی نیست و تنها تماس یا نزدیک شدن انگشت کافی است. این ویژگی باعث افزایش سرعت پاسخ و کاهش استهلاک قطعات می‌شود. کاربردها: صفحات لمسی تلفن‌های همراه و تبلت‌ها پنل‌های کنترلی لمسی در لوازم خانگی تجهیزات الکترونیکی مصرفی سیستم‌های هوشمند و تعاملی مزایا: عدم وجود قطعات متحرک و مکانیکی طول عمر بالا ظاهر زیبا و مدرن پاسخ سریع به تماس معایب: حساسیت به نویزهای الکتریکی عملکرد نامناسب در محیط‌های بسیار مرطوب کاهش دقت در صورت استفاده از دستکش‌های ضخیم

Figure 17: سنسور capacitive touch

## 15. سنسورهای مجاورتی سنسورهای مجاورتی به دسته‌ای از حسگرها گفته می‌شوند که برای تشخیص وجود یا عدم وجود یک جسم در نزدیکی سنسور، بدون نیاز به تماس فیزیکی مستقیم، مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخلاف سنسورهای فاصله‌ای که مقدار دقیق فاصله را اندازه‌گیری می‌کنند، سنسورهای مجاورتی صرفاً وجود جسم را در یک محدوده مشخص تشخیص می‌دهند. این ویژگی باعث می‌شود که این سنسورها در کاربردهایی که نیاز به تشخیص سریع و مطمئن حضور اجسام وجود دارد، بسیار کارآمد باشند. عملکرد سنسورهای مجاورتی بر اساس ایجاد و تحلیل تغییرات در میدان‌های فیزیکی مختلف مانند میدان الکترومغناطیسی، میدان الکتریکی یا امواج نوری است. هنگامی که یک جسم وارد محدوده عملکرد سنسور می‌شود، این میدان‌ها دچار تغییر شده و سنسور با تشخیص این تغییر، سیگنال خروجی مناسب را تولید می‌کند. نوع میدان و روش تشخیص به فناوری به‌کاررفته در سنسور بستگی دارد و هر فناوری برای کاربردهای خاصی مناسب‌تر است. سنسورهای مجاورتی به دلیل غیرتماسی بودن، از استهلاک مکانیکی برخوردار نیستند و طول عمر بالایی دارند. این سنسورها در محیط‌های صنعتی، خطوط تولید، سیستم‌های شمارش، تجهیزات خودکار و سامانه‌های کنترلی کاربرد گسترده‌ای دارند. همچنین مقاومت مناسب آن‌ها در برابر گردوغبار، رطوبت و آلودگی‌های محیطی باعث شده است که در شرایط سخت صنعتی عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند. ### 1.15 سنسور مجاورتی القایی (Inductive Proximity Sensor) نحوه عملکرد: سنسور مجاورتی القایی بر اساس ایجاد میدان الکترومغناطیسی در اطراف سنسور عمل می‌کند. در ساختار این سنسور، یک نوسان‌ساز داخلی میدان الکترومغناطیسی متناوبی را در محدوده مشخصی ایجاد می‌کند. زمانی که یک جسم فلزی وارد این میدان می‌شود، جریان‌های گردابی در سطح فلز القا می‌گردد. این جریان‌ها باعث تضعیف یا تغییر در میدان الکترومغناطیسی تولیدشده می‌شوند. مدار الکترونیکی سنسور این تغییر را تشخیص داده و خروجی سنسور فعال می‌شود. به این ترتیب، سنسور می‌تواند حضور اجسام فلزی را بدون تماس مستقیم تشخیص دهد. دقت و برد این سنسور به عواملی مانند نوع فلز، اندازه جسم و فاصله آن از سنسور بستگی دارد. کاربردها: خطوط تولید و اتوماسیون صنعتی شمارش قطعات فلزی تشخیص موقعیت قطعات در ماشین‌آلات سیستم‌های کنترلی صنعتی مزایا: عملکرد غیرتماسی و بدون سایش طول عمر بالا مقاومت مناسب در برابر گردوغبار و آلودگی سرعت پاسخ بالا معایب: محدود بودن به تشخیص اجسام فلزی برد تشخیص نسبتاً کم کاهش دقت در حضور فلزات کوچک یا نازک ### 2.15 سنسور مجاورتی خازنی (Capacitive Proximity Sensor) نحوه عملکرد: سنسور مجاورتی خازنی بر پایه تغییر ظرفیت الکتریکی بین الکترودهای داخلی سنسور و محیط اطراف عمل می‌کند. این سنسور یک میدان الکتریکی در اطراف خود ایجاد می‌کند و زمانی که یک جسم، چه رسانا و چه نارسانا، وارد این میدان شود، ظرفیت خازنی مدار تغییر می‌کند. این تغییر ظرفیت توسط مدار داخلی سنسور اندازه‌گیری شده و در صورت عبور از یک آستانه مشخص، خروجی سنسور فعال می‌شود. از آنجا که این سنسورها به ویژگی‌های الکتریکی اجسام حساس هستند، می‌توانند مواد غیر فلزی مانند پلاستیک، شیشه، چوب و حتی مایعات را نیز تشخیص دهند. کاربردها: تشخیص سطح مایعات شناسایی مواد غیر فلزی صنایع بسته‌بندی سیستم‌های کنترل سطح مزایا: قابلیت تشخیص اجسام فلزی و غیر فلزی عملکرد غیرتماسی قابلیت تنظیم حساسیت کاربرد گسترده در صنایع مختلف معایب: حساسیت به رطوبت و شرایط محیطی احتمال خطا در محیط‌های با نویز بالا نیاز به تنظیم دقیق برای عملکرد صحیح

Figure 18: سنسور Proximity

## 16. سنسورهای زیستی سنسورهای زیستی به دسته‌ای از حسگرها گفته می‌شوند که برای اندازه‌گیری و پایش پارامترهای فیزیولوژیکی و زیستی موجودات زنده، به‌ویژه انسان، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها نقش بسیار مهمی در حوزه‌های پزشکی، سلامت دیجیتال و تجهیزات پوشیدنی دارند، زیرا امکان نظارت غیرتهاجمی و پیوسته بر وضعیت جسمانی افراد را فراهم می‌کنند. سنسورهای زیستی با تبدیل سیگنال‌های بیولوژیکی به سیگنال‌های الکتریکی قابل پردازش، اطلاعات ارزشمندی در اختیار سیستم‌های کنترلی و تشخیصی قرار می‌دهند. عملکرد سنسورهای زیستی معمولاً بر پایه تشخیص تغییرات الکتریکی، نوری، شیمیایی یا مکانیکی ناشی از فعالیت‌های زیستی بدن است. این تغییرات می‌توانند مربوط به ضربان قلب، میزان اکسیژن خون، فعالیت عضلات یا سایر پارامترهای حیاتی باشند. با پیشرفت فناوری، این سنسورها با دقت بالاتر، مصرف انرژی کمتر و ابعاد کوچک‌تر طراحی شده‌اند که این موضوع باعث گسترش استفاده از آن‌ها در دستگاه‌های قابل حمل و پوشیدنی شده است. سنسورهای زیستی علاوه بر کاربردهای پزشکی، در حوزه‌های ورزشی، توان‌بخشی، پایش سلامت از راه دور و تحقیقات علمی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از این سنسورها امکان تشخیص زودهنگام مشکلات سلامتی، بهبود کیفیت مراقبت‌های درمانی و کاهش هزینه‌های پزشکی را فراهم می‌سازد و نقش مهمی در توسعه سیستم‌های سلامت هوشمند ایفا می‌کند. ### 1.16 سنسور ضربان قلب (Heart Rate Sensor) نحوه عملکرد: سنسور ضربان قلب معمولاً بر اساس روش نوری موسوم به فوتوپلتیسموگرافی (PPG) عمل می‌کند. در این روش، یک منبع نور، معمولاً LED با طول موج مشخص، به سطح پوست تابانده می‌شود. بخشی از این نور توسط بافت‌ها جذب شده و بخشی دیگر بازتاب یا عبور می‌کند. با هر ضربان قلب، حجم خون در رگ‌ها تغییر می‌کند و این تغییر باعث تغییر میزان جذب یا بازتاب نور می‌شود. یک حسگر نوری این تغییرات را دریافت کرده و آن‌ها را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. سیگنال تولیدشده پس از تقویت و فیلتر شدن، برای محاسبه تعداد ضربان قلب در واحد زمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش غیرتهاجمی بوده و امکان اندازه‌گیری پیوسته ضربان قلب را فراهم می‌کند. کاربردها: تجهیزات پزشکی و مانیتورهای بیمار دستگاه‌های پوشیدنی هوشمند پایش سلامت در ورزشکاران سیستم‌های مراقبت از راه دور مزایا: اندازه‌گیری غیرتهاجمی قابلیت پایش پیوسته مصرف انرژی نسبتاً کم قابلیت استفاده در دستگاه‌های قابل حمل معایب: حساسیت به حرکت بدن کاهش دقت در شرایط نوری نامناسب تأثیرپذیری از رنگ پوست و محل نصب سنسور

Figure 19: سنسور heart rate

### 2.16 سنسور اکسیژن خون (SpO2 Sensor) نحوه عملکرد: سنسور اکسیژن خون بر اساس تفاوت جذب نور توسط هموگلوبین اکسیژن‌دار و بدون اکسیژن عمل می‌کند. در این سنسور، دو منبع نور با طول موج‌های متفاوت، معمولاً نور قرمز و مادون قرمز، به بافت بدن تابانده می‌شوند. میزان جذب هر یک از این طول موج‌ها توسط خون متفاوت است و به میزان اکسیژن متصل به هموگلوبین بستگی دارد. حسگر نوری این اختلاف جذب را اندازه‌گیری کرده و با استفاده از الگوریتم‌های پردازشی، درصد اشباع اکسیژن خون محاسبه می‌شود. این فرآیند به‌صورت غیرتهاجمی انجام شده و امکان پایش سریع وضعیت تنفسی فرد را فراهم می‌کند. کاربردها: بیمارستان‌ها و مراکز درمانی پایش بیماران تنفسی تجهیزات پزشکی خانگی دستگاه‌های پوشیدنی سلامت مزایا: اندازه‌گیری غیرتهاجمی و ایمن دقت مناسب در شرایط استاندارد پاسخ سریع کاربرد گسترده در پزشکی معایب: حساسیت به حرکت دست یا انگشت کاهش دقت در دماهای بسیار پایین تأثیرپذیری از نور محیط

Figure 20: سنسور SpO2

## 17. سنسورهای شیمیایی سنسورهای شیمیایی به دسته‌ای از حسگرها گفته می‌شوند که برای شناسایی و اندازه‌گیری ترکیبات شیمیایی موجود در یک محیط مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها قادرند حضور یک ماده شیمیایی خاص یا میزان غلظت آن را تشخیص دهند و آن را به سیگنال الکتریکی قابل پردازش تبدیل کنند. سنسورهای شیمیایی نقش مهمی در پایش کیفیت محیط، کنترل فرآیندهای صنعتی، آزمایش‌های شیمیایی و کاربردهای زیست‌محیطی ایفا می‌کنند. عملکرد سنسورهای شیمیایی معمولاً بر پایه واکنش‌های شیمیایی یا تغییر خواص فیزیکی مواد حساس در تماس با ماده مورد نظر است. این تغییرات می‌توانند به‌صورت تغییر ولتاژ، جریان، مقاومت یا سایر پارامترهای الکتریکی ظاهر شوند. با توجه به نوع ماده هدف، سنسورهای شیمیایی می‌توانند به‌صورت انتخابی برای یک ماده خاص یا به‌صورت عمومی برای چندین ماده طراحی شوند. دقت، پایداری و زمان پاسخ از جمله عوامل مهم در انتخاب این نوع سنسورها محسوب می‌شوند. سنسورهای شیمیایی در صنایع مختلف از جمله کشاورزی، صنایع غذایی، تصفیه آب، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و پایش آلودگی‌های محیطی کاربرد گسترده‌ای دارند. استفاده از این سنسورها امکان تشخیص سریع آلودگی‌ها، کنترل کیفیت مواد و جلوگیری از بروز خسارات زیست‌محیطی و صنعتی را فراهم می‌سازد. ### 1.17 سنسور pH نحوه عملکرد: سنسور pH یکی از مهم‌ترین سنسورهای شیمیایی است که برای اندازه‌گیری میزان اسیدی یا بازی بودن محلول‌ها به کار می‌رود. این سنسور معمولاً از یک الکترود شیشه‌ای حساس به یون‌های هیدروژن و یک الکترود مرجع تشکیل شده است. هنگامی که الکترود شیشه‌ای درون محلول قرار می‌گیرد، یون‌های هیدروژن موجود در محلول با سطح شیشه واکنش می‌دهند و باعث ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکی بین الکترود حساس و الکترود مرجع می‌شوند. مقدار این اختلاف پتانسیل به‌صورت مستقیم با غلظت یون‌های هیدروژن در محلول مرتبط است. سیگنال تولیدشده توسط الکترود بسیار ضعیف بوده و معمولاً نیاز به تقویت دارد تا توسط مدارهای الکترونیکی یا میکروکنترلرها قابل پردازش باشد. پس از تقویت و کالیبراسیون، مقدار نهایی pH محاسبه و نمایش داده می‌شود. دقت این سنسور وابسته به شرایط محیطی، به‌ویژه دما، تمیزی الکترود و کیفیت کالیبراسیون است. به همین دلیل، در کاربردهای حساس معمولاً از جبران‌سازی دمایی استفاده می‌شود تا خطای اندازه‌گیری کاهش یابد. کاربردها: استفاده گسترده در آزمایشگاه‌های شیمی و زیست‌شناسی برای تحلیل محلول‌ها کنترل کیفیت آب در تصفیه‌خانه‌ها و شبکه‌های توزیع آب پایش pH خاک و محلول‌های غذایی در کشاورزی و سیستم‌های هیدروپونیک صنایع غذایی و دارویی برای کنترل فرآیندهای تولید مزایا: دقت بالا در صورت کالیبراسیون صحیح امکان اندازه‌گیری پیوسته و لحظه‌ای کاربرد بسیار گسترده در حوزه‌های علمی و صنعتی معایب: نیاز به نگهداری و تمیزکاری منظم الکترود حساسیت بالا به تغییرات دما کاهش عمر الکترود در صورت استفاده نادرست

Figure 21: سنسور PH

### 2.17 سنسور کیفیت آب (TDS Sensor) نحوه عملکرد: سنسور TDS برای اندازه‌گیری میزان کل مواد محلول در آب طراحی شده است. این سنسور به‌طور مستقیم ماده خاصی را شناسایی نمی‌کند، بلکه بر اساس اندازه‌گیری هدایت الکتریکی آب عمل می‌نماید. وجود یون‌ها و املاح محلول مانند نمک‌ها، مواد معدنی و برخی آلاینده‌ها باعث افزایش هدایت الکتریکی آب می‌شود. سنسور TDS با اعمال یک ولتاژ مشخص به الکترودهای خود و اندازه‌گیری جریان عبوری، مقدار هدایت الکتریکی آب را محاسبه می‌کند. پس از اندازه‌گیری هدایت الکتریکی، مقدار به‌دست‌آمده با استفاده از ضرایب تبدیل تجربی به مقدار TDS تبدیل می‌شود که معمولاً بر حسب ppm بیان می‌گردد. این مقدار نشان‌دهنده میزان کلی املاح محلول در آب است. هرچه مقدار TDS بیشتر باشد، میزان ناخالصی‌های محلول در آب نیز بیشتر خواهد بود. به همین دلیل، این سنسور به‌عنوان ابزاری مهم برای ارزیابی کیفیت آب شناخته می‌شود. کاربردها: بررسی کیفیت آب آشامیدنی کنترل عملکرد سیستم‌های تصفیه آب پایش آب مورد استفاده در کشاورزی و گلخانه‌ها صنایع غذایی و نوشیدنی برای تضمین کیفیت محصول مزایا: ساختار ساده و راه‌اندازی آسان پاسخ‌دهی سریع به تغییرات کیفیت آب مناسب برای پایش مداوم و بلندمدت معایب: عدم توانایی در تشخیص نوع دقیق مواد محلول تأثیرپذیری اندازه‌گیری از دما نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای برای حفظ دقت

Figure 22: سنسور TDS

## 18.نتیجه‌گیری در این تحقیق، سنسورها به‌عنوان یکی از بنیادی‌ترین اجزای سیستم‌های الکترونیکی، کنترلی و هوشمند مورد بررسی جامع قرار گرفتند. سنسورها نقش واسط میان دنیای فیزیکی و سیستم‌های پردازشی را ایفا می‌کنند و با تبدیل کمیت‌های فیزیکی و شیمیایی به سیگنال‌های الکتریکی، امکان پایش، تحلیل و کنترل محیط را برای سامانه‌های مختلف فراهم می‌سازند. بدون استفاده از سنسورها، طراحی و پیاده‌سازی بسیاری از سیستم‌های خودکار و هوشمند عملاً غیرممکن یا بسیار محدود خواهد بود. در این پروژه، سنسورها بر اساس نوع کمیت اندازه‌گیری‌شده به دسته‌های مختلفی تقسیم شدند. این دسته‌بندی شامل سنسورهای فاصله‌ای، حرکتی، نوری، زاویه‌ای و شیب، گازی، ارتعاشی و ضربه‌ای، دما، رطوبت، فشار، صدا، مغناطیسی، جریان و ولتاژ، لمس و تماس، مجاورتی، زیستی و شیمیایی بود. این رویکرد دسته‌بندی، باعث شد شناخت سنسورها به‌صورت منظم‌تر و ساختارمندتر انجام شود و ارتباط میان عملکرد هر سنسور و کاربرد آن به‌وضوح مشخص گردد. برای هر یک از دسته‌های معرفی‌شده، نمونه‌ای از سنسورهای پرکاربرد انتخاب و نحوه عملکرد، کاربردها، مزایا و معایب آن‌ها به‌صورت دقیق بررسی شد. این بررسی‌ها نشان داد که انتخاب سنسور مناسب، به عوامل متعددی از جمله دقت مورد نیاز، شرایط محیطی، هزینه، سرعت پاسخ، نوع خروجی و پیچیدگی سیستم بستگی دارد. به همین دلیل، هیچ سنسوری به‌تنهایی پاسخگوی تمام نیازها نیست و شناخت ویژگی‌ها و محدودیت‌های هر سنسور، نقش تعیین‌کننده‌ای در طراحی موفق سیستم‌های الکترونیکی دارد. نتایج این تحقیق بیانگر آن است که پیشرفت فناوری سنسورها تأثیر مستقیمی بر توسعه حوزه‌هایی مانند اتوماسیون صنعتی، رباتیک، اینترنت اشیا، تجهیزات پزشکی و سیستم‌های پایش هوشمند داشته است. کوچک‌تر شدن ابعاد سنسورها، افزایش دقت، کاهش مصرف انرژی و قابلیت ارتباط دیجیتال، باعث شده است استفاده از آن‌ها در کاربردهای روزمره و صنعتی به‌طور چشمگیری افزایش یابد. این روند، نشان‌دهنده نقش کلیدی سنسورها در آینده فناوری و مهندسی است. در مجموع، آشنایی با انواع سنسورها، اصول عملکرد آن‌ها و کاربردهایشان، یکی از پایه‌های اساسی در آموزش الکترونیک و مهندسی سیستم‌های هوشمند به شمار می‌رود. این تحقیق می‌تواند به‌عنوان مرجعی مناسب برای درک اولیه سنسورها و انتخاب آگاهانه آن‌ها در پروژه‌های آموزشی و عملی مورد استفاده قرار گیرد و زمینه‌ساز مطالعات عمیق‌تر در حوزه سیستم‌های اندازه‌گیری، کنترل و هوشمندسازی باشد.