Hva er et "smart hjem" basert på Arduino?

Nyere har flere og flere innovative teknologier trengt inn i ulike sfærer av livet vårt. Deres bruk kan forbedre komforten betydelig og sparer en persons tid på ulike oppgaver. I dag vil vi berøre emnet såkalte "smarte hus" og fortelle om deres egenskaper, fordeler, ulemper og opprettingsteknologi.

Hvis du forstår begrepet "smart home", så er det nærmeste analog, som vil være klart for de fleste, uttrykket "hjemmeautomatisering". Betydningen av slike ting er å sikre automatisk implementering av de ulike prosessene som oppstår i rommet. En slik mekanisme kan brukes ikke bare i boligbygg, men også på kontorer, samt på ulike spesialiserte anlegg.

Den første funksjonen som bør nevnes, er muligheten til å samle et system som en designer. Det representerer tilstedeværelsen av et sentralt element på Arduino-plattformen, representert av en sentral kontroller, hvor all informasjon fra de forskjellige systemene som er installert i huset, strømmer. Og så langt det er mulig, er det tillatt å legge til nye komponenter i systemet - kontrollere lyset i forskjellige rom, varsle eieren om forekomsten av ulike uforutsette situasjoner, kontroll klimatiske forhold, overvåkningstekniske mekanismer.

Men det bør forstås at det ikke er noen klare ideer, hvilke komponenter og mekanismer bør være i et slikt system. Det vil si, det er et konsept, ikke et bestemt produkt. Om nødvendig kan du sette ett system, og resten gjør det ikke. Det vil si at vi starter med noe lite og, etter behov, øker vi funksjonaliteten i huset, får nye muligheter innen boligstyring. En av de viktigste funksjonene er evnen til å kontrollere kontrollen med lys. Bruken av et slikt system i hverdagen kan i alvorlig grad spare ressurser, fordi belysningen er slått på bare når en person er i et rom.

Den neste funksjonen er inneklima-kontroll. Den beskrevne mekanismen er like viktig. For eksempel vil automatisering av oppvarming være ekstremt viktig, ikke bare for å spare i den kalde årstiden, men også for å slå på oppvarming til riktig tid, fordi det ikke alltid er mulig å gjøre det aktivt med en kraftig temperaturreduksjon. Hvis du har en autonom oppvarming basert på kjelen, så vil eieren få beskjed om det er termiske sensorer og en gassflowkontrollmekanisme ved en nødsituasjon, og vil kunne reagere raskt på det i sanntid.

En annen fordel er det tekniske utstyret til ulike systemer. Ved installering av automatisering får eieren av huset muligheten til å utføre ulike handlinger: senke persienner, slå på TV-skjermen eller mediespilleren.Ved å koble disse og andre systemer til en felles mekanisme, kan du faktisk opprette betingelsene for aktivering av en enhet ved å trykke bare en tast.

Den neste funksjonen er sikkerhetssystemet. Mekanismen til "smart hjem" øker beskyttelsen mot inntrenging i huset til ubudne gjester i fravær av eierne. Huset er ganske enkelt forvandlet til nesten ugjennomtrengelig gjenstand. Videre kan systemet etterligne effekten av å være i huset ved å slå av og på lyset, og overvåkningskameraene overfører til verten oppdatert informasjon om aktiviteten i huset eller omgivelsene, noe som sparer på beskyttelse. Systemet har en rekke andre midler som vil nøytralisere gjerningsmannen, om nødvendig.

Og den siste funksjonen jeg vil si om er enkel og rimelig kontroll. Til tross for sin store funksjonalitet kan det beskrevne systemet styres selv av et barn. Vanligvis brukes en liten fjernkontroll med tradisjonelle brytere og spesialpaneler. I tillegg kan mekanismene styres fra en PC eller en mobil enhet. Og i de senere årene blir det innført løsninger, samt stemmekontroll. Som du kan se, har et slikt system mange funksjoner som gjør det til en utmerket integrert løsning for hjemmet eller noe annet objekt.

I dag, et stort antall modifikasjoner og komplette sett basert på Arduino, der systemet kan implementeres. Et stort antall selskaper som produserer slike mekanismer, gjør kontrollører allerede med innebygde Wi-Fi- og Bluetooth-systemer, noe som gjør det mulig å styre systemet i lokalene gjennom en mobil en. Det finnes også løsninger der ledelsen utføres over et Ethernet-type grensesnitt, det er en kablet metode ved hjelp av fiberoptiske kabler gjennom et lokalt hjemmenettverk. Brytere er vanligvis lagt til slike løsninger, samt Wi-Fi-rutere, som tillater trådløs tilkobling, med mindre annet er gitt av kontrolleren selv.

Tilkoblingen av konvensjonelle manuelle brytere kan utføres på den sentrale kontrolleren ved to metoder:

• bruk av elektriske ledninger;
• ved trådløs teknologi.

Som du kan se er det et stort antall komponenter i "smart home".

Vanligvis består systemet av følgende noder, som kan representeres av ulike typer enheter:

• en sentral systemkontroller, som vanligvis representeres av hovedknutepunktet, samt diskrete utgangsmodulatorer;
• Utvidelses- og kommunikasjonsenheter, som inkluderer rutere, forskjellige brytere, samt GPS og GPRS-moduler;
• enheter som er ansvarlige for elektrisk kretskobling - reléer, dimmere og strømforsyninger;
• ytelsesanordninger - ulike typer ventiler (vann, gass);
• Systemstyringsdeler - berøringspaneler, tabletter, personlige digitale assistenter og konsoller;
• ulike måleelementer - enheter, sensorer og sensorer (vi snakker om sensorer av lys, temperatur og bevegelse).

Når du velger utstyr for en Arduino-basert mekanisme, er det nødvendig å ta hensyn til hvilken metode for overføring av informasjon det bestemte systemet skal bruke. Som et eksempel er det mulig å gi en ganske vanlig standard EIB \ KNX. Her brukes vanligvis strømnett, datanettverk, samt radiokanaler. Samtidig er det en standard X10, der vanlige vanlige vekselstrømforsyninger med en spenning på 230 volt brukes til å overføre informasjon.

Snakker om dydene til et Arduino-basert "smart hjem", Følgende punkter bør noteres.

• Gode ​​muligheter når det gjelder å sette opp hele mekanismens arbeid.Det vil si at brukeren selvstendig kan skrive et program som kan utføre algoritmer av ulike nivåer av kompleksitet.
• Hvis ønskelig, kan systemet operere autonomt på grunn av tilstedeværelsen av sin egen kontroller.
• Nedlasting av programmet er ikke vanskelig på grunn av at programmereren ikke er nødvendig for dette, men alt er gjort ved hjelp av et USB-grensesnitt, siden oppstartslederen bare installeres i mikrokontrolleren.
• Den relativt lave prisen på systemkomponentene. Dette skyldes at ulike produsenter ikke har eksklusive rettigheter. Av denne grunn er Arduino arkitekturen klassifisert som åpen.

• Tilstedeværelsen av åpen kildekode, som lar brukeren direkte kontrollere mekanismen til et smart hjem.
• Tilgang er at brukeren velger hvilke sensorer og mekanismer han trenger.
• Allsidighet og evnen til å gjennomføre de mest interessante ideene. Det er ingen instruksjoner eller standarder for hva som skal være et Arduino-basert smart hjem. Dette betyr at brukeren kan gjøre systemet slik han ønsker, siden eieren ikke er begrenset til noe når det gjelder å installere sensorer i soverommet eller kjøkkenet.
• Muligheten for selv-fastvare laster.
• Tilstedeværelsen av en stikkontakt for Arduino-prosessorkort, som muliggjør programmering i systemet.

Som enhver mekanisme, dette systemet har noen ulemper.

• Til tross for systemets åpenhet, for å mestre det og bruke det, trenger du kunnskap fra en rekke spesifikke områder, inkludert programmering, reparasjon og elektronikk.
• Behovet for å bruke betydelig tid til å implementere og tilpasse ditt eget prosjekt, siden hvert prosjekt er iboende unikt og kan gjøre lite mer enn andre.
• Vanskeligheter i direkte konfigurasjon av Arduino på grunn av at denne mekanismen fungerer med bare et lite antall operativsystemer.
• Eksistensen av sannsynligheten for programvarefeil, noe som kan føre til problemer eller inoperabilitet for et lag. Av denne grunn er det nødvendig fra tid til annen å gjøre en diagnose av utstyrets helse.

• Stråling av forskjellige typer, som er uunngåelig med en slik kontrollalgoritme.
• Behovet for å tildele plass til et spesielt skap, hvor tilleggsutstyr og ledninger vil bli plassert.
• Hvis kontrollen utføres ved hjelp av Internett, kan dataene som overføres mellom mekanismens komponenter bli oppfanget av inntrengere. En delvis løsning på problemet vil være en utelukkende sikker tilkobling. Men for å sikre at det vil kreve mye penger investert i modernisering av utstyr.

Å lage ethvert system med smart hjem basert på Arduino starter med opprettelsen av prosjektet. Når du utvikler det, bør du forstå nøyaktig hvilke funksjoner og oppgaver systemet skal utføre.

Et prosjekt basert på Arduino Uno-løsningen innebærer vanligvis følgende oppgaver.

• Spore værforholdene utenfor vinduet og temperaturen i rommet og som et resultat et tilstrekkelig svar på endringen. Enheten blir vanligvis et element i et enhetlig system sammen med oppvarming, ventilasjonsanordninger og andre enheter.
• Overvåker tilstanden til vinduer og dører - de er stengt eller åpne.
• Generer en lyd når bevegelsesføleren er aktivert, hvis alarmfunksjonen er aktiv.
• Automatisk kontroll av hvitevarer.
• Kontroll av strømforbruk, takket være den automatiske tilkoblingen og nedleggelsen av belysningsutstyr.
• Brannsikkerhet. Mekanismen gir eieren et signal om tilstedeværelse av brann eller røyk i rommet. Hvis et sofistikert system er utviklet, kan det til og med ringe brannmenn på plass.

• Gangen. Det er nødvendig å slå på lyset automatisk når det blir mørkt ute, samt opprettelse av en bevegelsesdeteksjonsmekanisme. Om natten blir det vanlige strømlyset vanligvis aktivert, noe som ikke bør forårsake ubehag for familiemedlemmer.
• Kitchen. Aktivering og deaktivering av belysning i kjøkkenet gjøres vanligvis manuelt. Frakobling kan være automatisk hvis ingen går rundt i rommet i lang tid. Hvis systemet oppdager at en person begynner å lage mat, slår hetten automatisk på.
• Verandaen. Aktivering av belysningsapparater kan utføres enten når døren åpnes når en person forlater bygningen, eller når eieren nærmer seg huset dersom det allerede er mørkt ute.
• Rom. Inkluderingen av belysningsenheter utføres manuelt, men om nødvendig, og tilstedeværelsen av en bevegelsessensor, kan aktivering gjøres i automatisk modus.

• Bad. Når vi snakker om dette rommet, la oss si at her kommer det vanligvis ned til å styre en kjele. Den har selv en strømbryter når enheten slås av når den når en viss vanntemperatur. Varmvarmeren vil bli styrt avhengig av hvilken automatisering som er tilgjengelig. Også ved inngangen til badet kan du slå på lyset og aktivere eksos.

Etter at alle punktene beskrevet ovenfor er blitt så klare som mulig, blir den tekniske oppgaven forberedt, der kunden foretar endringer. Når den endelige versjonen er laget, vil det være grunnlaget for dannelsen av estimatdokumentasjonen for prosjekttypene.

Prosjektet består vanligvis av følgende komponenter:

• et forklarende dokument som beskriver de ulike delsystemene;
• layout av kontrollenheter;
• skjematisk plan for kabelbaner;
• et prosjekt for å plassere enheter i automatiske skap;
• grunnleggende valg for tilkobling av apparater i slike skap;
• tilkoblingsplaner;
• kabel magasin;
• ulike spesifikasjoner.

I tillegg er det på scenen av prosjektets dannelse utført prisberegning av "smart home".

Prisen vil avhenge av slike faktorer:

• antall enheter;
• Utvalgte utstyr og delsystemer.

Det skal sies at stadiene for å skape et "smart home" -system med involvering av spesialister eller med egne hender vil være det samme. Men i sistnevnte tilfelle vil den ferdige versjonen som helhet koste betydelig mindre enn om den tiltrekker spesialister som allerede mangler i markedet. Av denne grunn vil lønnen deres være hensiktsmessig, noe som betyr at hvis du ikke vil bruke ekstra penger, kan du gjøre det alene. Så, la oss starte med komponentene for dette systemet, hvis du bestemte deg for å lage det selv selv når alt kommer til alt.

Hvis vi snakker om systemkonfigurasjonen, Teknologien vil inkludere følgende sett av komponenter:

• bevegelsessensor;
• temperatur og fuktighet sensor;
• lyssensor;
• et par temperatursensorer med DS18B20 merking;
• Ethernet-modul merkevare ENC28J60;
• mikrofon;
• reed bryteren;
• relé;
• snoet par kabel;
• Ethernet-kabel;
• en motstand som har en motstand på 4,7 kilo;
• mikroprosessorkort arduino.

Det bør sies at det smarte hjemmet skal være utstyrt utelukkende med LED-lys, siden de vanlige alternativene ikke kan tåle mye spenning.Når prosjektet er klart, og alle nødvendige deler allerede er kjøpt, bør du begynne å koble sensorer og kontroller. Dette bør gjøres utelukkende i henhold til ordningen opprettet tidligere. Kontakter må være fullt isolert.

Kort sagt, forbindelsesalgoritmen vil se slik ut:

• installasjonskode;
• sette opp et program for PC eller mobil;
• port videresending;
• implementering av programvare testing og sensorer;
• feilsøking hvis de ble oppdaget under testingen.

Så la oss starte med å installere koden.

Først skal brukeren skrive programvaren i Arduino IDE. Den presenterer:

• tekstredigerer;
• prosjektet skaperen;
• kompileringsprogram;
• preprosessor;
• verktøy for nedlasting av programvare til Arduino mini-prosessor.

Det skal sies at det finnes programvareversjoner for hoveddatamaskinens operativsystemer - Windows, Linux, Mac OS X. Hvis vi snakker om programmeringsspråket som brukes, er dette C ++ med en rekke forenklinger. Programmer skrevet av brukere for Arduino kalles ofte skisser. Systemet oppretter en rekke funksjoner automatisk, og brukeren trenger ikke å forstå stavemåten, og foreskriver en liste over vanlige handlinger. Det er heller ikke nødvendig å legge til filer i header-typen vanlige biblioteker. Men tilpasset embed er nødvendig.

Du kan legge til biblioteker i prosjektet IDE-sjefen ved hjelp av ulike metoder. I form av kildekoder, skrevet i C ++, blir det lagt til en egen katalog på IDE-skjermens arbeidskatalog. Nå vises navnene på de nødvendige bibliotekene i en bestemt IDE-meny. De som du markerer vil bli inkludert i kompileringslisten. IDE har et lite antall innstillinger, og det er ingen mulighet til å definere kompilasjonsfinesser i det hele tatt. Dette er gjort slik at en uvitende person ikke gjør noen feil.

Hvis du lastet ned biblioteket, må det pakkes ut og bare settes inn i IDE. I programteksten er det kommentarer som forklarer prinsippet om sitt arbeid. Det skal bemerkes at alle applikasjoner på Arduino fungerer på samme teknologi: Brukeren sender en forespørsel til prosessoren, og han laster ned den nødvendige koden på skjermen. Når en person trykker på Refresh-tasten, sender mikrokontrolløren informasjon. Med hver av sidene med en bestemt betegnelse er en programkode som vil bli vist på skjermen.

Det neste settet med handlinger er å installere klienten på en personlig datamaskin eller smarttelefon. Du kan laste den ned på Internett, på Google Play Market eller fra en annen kilde. For å gjøre dette må du åpne filen på telefonen du lastet ned, deretter klikke på den og i vinduet som dukker opp klikker du på "Installer" -knappen. Samtidig bør du være oppmerksom på at for dette formålet bør alternativet aktiveres som tillater installasjon av programmer ikke fra Google Play-tjenesten. For å aktivere dette alternativet må du skrive inn innstillingsdelen og velge "Sikkerhet" -elementet der. Dette er måten å aktivere det tilsvarende alternativet på. Når installasjonen er fullført, kan du aktivere programmet og konfigurere det.

Ved hjelp av denne programvaren kan du ikke bare motta informasjon fra systemet, men også administrere - for eksempel aktivere og deaktivere alarmen. Hvis alternativet er aktivt, så vil programvaren motta riktig informasjon når bevegelsesføleren er aktivert. Merk at Arduino avspørrer programmet for å aktivere bevegelsesføleren med intervaller på 60 sekunder.

Neste trinn av tilkoblingen er å sette opp nettleserprogrammet for bruk med "smart home". I adresselinjen må du skrive inn en bestemt sekvens, som vil være datamaskinens IP-adresse. Etter implementeringen av denne handlingen, vil brukeren kunne motta informasjon fra "smart home" og evnen til å administrere den.

Deretter kan du fortsette å jobbe med ruteren. Det skal åpne porten.

Du kan gjøre dette ved å bruke følgende algoritme:

• åpne innstillinger;
• registrer adressen til Arduino microcontroller;
• åpne åttiende port.

Nå bør du sette opp en konto på Noip-portalen. com. Selv om dette trinnet er valgfritt, er det et behov for det dersom adressen må bli gitt et domenenavn. Du må gå gjennom registreringsprosessen på portalen www. noip. com, så gå til kategorien Legg til verter og angi IP-systemet. Etter å ha gått gjennom denne prosedyren, vil det være mulig å få tilgang ikke bare via IP, men også etter domene. Ved dette er opprettelsen av prosjektet fullført, og du kan sjekke systemet for dets ytelse.

Gitt at komponenter som er kompatible med Arduino produseres av et stort antall produsenter, og Arduino selv ikke kan kontrollere produkter, står brukeren overfor sannsynligheten for å skaffe seg en komponent som vil fungere, for å si det mildt, feil. Generelt eksisterer denne situasjonen allerede i segmentet av opprettelsen av personlige datamaskiner. For lenge siden gjorde IBM arkitekturen til sine datamaskiner åpne, og derfor begynte ulike bedrifter å produsere kompatible datamaskiner.

Samtidig har kvaliteten på deler og graden av kompatibilitet falt. I motsetning til dette er Apples policy, noe som betydelig begrenset antall utviklere som hadde tilgang til arkitekturen.

Brukere noterte følgende funksjoner i drift av en rekke Adruino-komponenter.

• På en rekke Arduino mikroprosessorløsninger, når et relé er lukket som er koblet til dem, er en COM-port ødelagt. Av denne grunn kan mikrokontrolleren ikke laste inn skissen. Ved starten av denne prosedyren går utstyret for å starte på nytt. Det mest interessante er at reléet gjør et klikk, COM-porten er slått av, og skissen lastes ikke inn.
• I tilfelle en feil i mikrokontrolleren eller forekomsten av en kodefeil, er det bedre å bruke lukkede reléer til hvilke håndstyrte brytere er koblet i serie.
• Dørlukkensensoren kan noen ganger virke feilaktig. Av denne grunn er skissen opprettet slik at systemet utfører ønsket handling når man mottar et par signaler samtidig.
• For en enhet som er ansvarlig for brannalarm, er det best å bruke en røykdetektor, i stedet for en brannvarsler. Sistnevnte har en feil - det oppdager brann ikke lenger enn tretti centimeter fra seg selv.

• Temperaturfølermodellen DHT11, som kommer inn i det såkalte standardsettet, gir en alvorlig feil på nivået mellom to og tre grader. I konstruksjonen er det bedre å bruke modellen DHT22, som er mye mer nøyaktig. Og utenfor vinduet er det bedre å bruke DHT21. Den kan fungere selv ved temperaturer under null og er motstandsdyktig mot mekanisk skade.
• For å konfigurere prosesskontroll ved hjelp av klapper, bruker en rekke brukere ubevisst en lyddetektor i stedet for en mikrofon, der det er en terskelinnstilling for manuell type. For slike formål er denne enheten ikke egnet på grunn av at den har en relativt liten handlingsradius. Og sensoren overfører signaler med små tidsimpulser. I nærvær av en storskisse, hvor behandlingen tar tid, tar ikke mikrokontrolleren enkelt inn signaler.

Det skal sies at for visualisering av prosesser i det aktuelle systemet kan digitale displaykort eller en flytende krystallskjermer brukes. Men dette er ikke det beste alternativet i dette tilfellet. Å bruke en egen tilstandsbehandling server for visualisering vil være mest effektive. Det kan implementeres på Node. js, som lar deg implementere hvilken som helst server. Naturligvis snakker vi om å behandle statene i Adruino-styret.

Denne teknologien brukes til å utføre oppgavene til det såkalte "Internettet", og det er derfor det er egnet for å visualisere systemautomatisering. Du trenger bare å opprette en server og handler i JavaScript, så det vil være enkelt å vise summen i nettleseren til en hvilken som helst enhet. Som maskinvarebase kan du bruke samme mikrocomputer Raspberry Pi eller PC. Men mulighetene for automatiseringsmekanismen vil øke betydelig. For eksempel på serveren er mengden minne ubegrenset, og serverprogrammet kan opprettes på en slik måte at det forvalter alt.

Med denne typen server kan du til og med koble sammen ting. Tanken er å visualisere de automatiske prosessene hjemme ved hjelp av skyttjenester. Et annet alternativ er å motta informasjon og kontrollere systemet via SMS.

Det faktum at et slikt "smart hjem" basert på Arduino, se følgende video.