Ce este o "casă inteligentă" bazată pe Arduino?

Recent, tot mai multe tehnologii inovatoare pătrund în diferite sfere ale vieții noastre. Utilizarea lor poate îmbunătăți în mod semnificativ confortul și salvează timpul unei persoane în diferite sarcini. Astăzi vom aborda tema așa-numitelor "case inteligente" și vom vorbi despre caracteristicile, avantajele, dezavantajele și tehnologia creației.

Dacă înțelegeți termenul "casa inteligentă", atunci cel mai apropiat analog, care va fi clar pentru majoritatea oamenilor, este expresia "automatizarea casei".Semnificația acestor lucruri este de a asigura implementarea automată a diferitelor procese care apar în cameră. Un astfel de mecanism poate fi folosit nu numai în clădirile rezidențiale, dar și în birouri, precum și în diverse spații specializate.

Prima caracteristică care trebuie menționată va fi posibilitatea de a colecta un sistem ca un designer. Reprezintă prezența unui element central pe platforma Arduino, reprezentată de un controler central, în care curg toate informațiile de la diferitele sisteme instalate în casă. Și, pe cât posibil, este permisă adăugarea de noi componente în sistem - controlul luminii în încăperi diferite, notificarea proprietarului despre apariția unor situații neprevăzute, monitorizarea condițiilor climatice, monitorizarea mecanismelor de inginerie.

Dar trebuie înțeles că nu există idei clare, ce componente și mecanisme ar trebui să fie într-un astfel de sistem. Asta este, este un concept, nu un produs specific. Dacă este necesar, puteți pune un singur sistem, iar restul nu. Adică începem cu ceva mic și, dacă este necesar, mărim funcționalitatea casei, obținem noi oportunități în domeniul gestionării locuințelor. Una dintre caracteristicile cele mai importante este capacitatea de a controla inteligent iluminatul. Utilizarea unui astfel de sistem în viața cotidiană poate economisi în mod serios resursele, deoarece iluminatul este pornit numai când o persoană se află într-o încăpere.

Următoarea caracteristică este controlul climatizării interioare. Mecanismul descris este la fel de important. De exemplu, automatizarea încălzirii va fi extrem de importantă nu numai pentru a economisi în sezonul rece, ci și pentru a porni încălzirea la momentul potrivit, deoarece nu este întotdeauna posibil să o activați cu o scădere bruscă a temperaturii.Dacă aveți încălzire autonomă pe baza cazanului, atunci dacă există senzori termici și un mecanism de monitorizare a debitului gazelor în caz de urgență, proprietarul va fi anunțat și va fi capabil să răspundă rapid la acesta în timp real.

Un alt avantaj îl constituie echipamentul tehnic al diferitelor sisteme. Odată cu instalarea automatizării, proprietarul casei primește ocazia de a efectua diverse acțiuni: reduce jaluzelele, porniți ecranul TV sau playerul media. Prin conectarea acestor și a altor sisteme la un mecanism comun, puteți crea condițiile de activare a unui dispozitiv prin apăsarea unei singure taste.

Următoarea caracteristică este sistemul de securitate. Mecanismul "casei inteligente" ridică la un nou nivel de protecție împotriva intruziunii în casa invitaților neinvitați în absența proprietarilor. Casa este pur și simplu transformată în obiect aproape impregnabil. În plus, sistemul poate imita efectul de a fi în casă prin pornirea și oprirea luminii, iar camerele de supraveghere transmit proprietarului informații actualizate despre activitatea din casă sau din zona înconjurătoare, ceea ce economisește o protecție.Sistemul are o serie de alte mijloace care vor neutraliza infractorul, dacă este necesar.

Și ultima caracteristică despre care vreau să spun este un control simplu și accesibil. În ciuda funcționalității sale uriașe, sistemul descris poate fi controlat chiar și de către un copil. De obicei, pentru acest lucru se utilizează o mică telecomandă cu comutatoare tradiționale și panouri speciale. În plus, mecanismele pot fi controlate de la un PC sau un dispozitiv mobil. În ultimii ani, se introduc soluții, precum și controlul vocal. După cum puteți vedea, un astfel de sistem are o mulțime de caracteristici care îl fac o soluție excelentă integrată pentru casa sau orice alt obiect.

Astăzi, un număr mare de modificări și seturi complete bazate pe Arduino, unde sistemul în cauză poate fi implementat. Un număr mare de companii producătoare de astfel de mecanisme fac controlorii deja cu sisteme integrate Wi-Fi și Bluetooth, ceea ce face posibilă controlul sistemului în incintă prin intermediul unui dispozitiv mobil. Există, de asemenea, soluții în care managementul este realizat pe o interfață de tip Ethernet, este o metodă prin cablu care utilizează cabluri cu fibră optică printr-o rețea de domiciliu locală.Comutatoarele sunt adesea adăugate la astfel de soluții, precum și routere Wi-Fi, ceea ce permite conexiunea fără fir, cu excepția cazului în care se prevede altfel de către controlerul însuși.

Conectarea comutatoarelor manuale convenționale poate fi efectuată pe controlerul central prin două metode:

• folosind cabluri electrice;
• prin tehnologia fără fir.

După cum puteți vedea, există un număr mare de componente ale "casei inteligente".

De obicei, sistemul constă din următoarele noduri, care pot fi reprezentate de diverse tipuri de dispozitive:

• un controler de sistem central, reprezentat de obicei de un nod principal, precum și de module de intrare discrete de intrare;
• Dispozitive de expansiune și comunicații, care includ routere, diverse switch-uri, precum și module GPS și GPRS;
• dispozitive responsabile pentru comutarea circuitelor electrice - relee, dimmer și surse de alimentare;
• dispozitive de performanță - diferite tipuri de supape (apă, gaz);
• componente de gestionare a sistemului - panouri touch, tablete, asistenți digitali personali și console;
• diferite părți de măsurare - dispozitive, senzori și senzori (vorbim despre senzori de lumină, temperatură și mișcare).

Atunci când se selectează echipamentul pentru un mecanism bazat pe Arduino, este necesar să se țină seama de ce metodă de transfer de informații va folosi sistemul respectiv. De exemplu, este posibil să se dea un standard destul de comun BEI \ KNX. Aici sunt de obicei folosite rețeaua electrică, rețelele de calculatoare, precum și canalele radio. În același timp, există un standard X10, în cazul în care curentul obișnuit de curent alternativ, cu o tensiune de 230 volți, este utilizat pentru a transmite informații.

Vorbind despre virtuțile unei case inteligente bazate pe Arduino, Următoarele puncte trebuie notate.

• Oportunități excelente în ceea ce privește stabilirea activității întregului mecanism. Adică, utilizatorul poate scrie în mod independent un program care poate executa algoritmi de diferite nivele de complexitate.
• Dacă se dorește, sistemul poate funcționa autonom datorită prezenței propriului controler.
• Descărcarea unui program este ușoară deoarececă programatorul nu este necesar pentru acest lucru, dar totul se face folosind o interfață USB, deoarece bootloader-ul este pur și simplu instalat în microcontroler.
• Componente destul de mici ale prețului sistemului. Acest lucru se datorează faptului că diverși producători nu au drepturi exclusive. Din acest motiv, arhitectura Arduino este clasificată ca fiind deschisă.

• Prezența unui cod open source, care permite utilizatorului să controleze direct mecanismul unei case inteligente.
• Accesibilitatea este că utilizatorul alege ce senzori și mecanisme are nevoie.
• Versatilitatea și capacitatea de a implementa cele mai interesante idei. Nu există instrucțiuni sau standarde pentru ceea ce ar trebui să fie o casă inteligentă bazată pe Arduino. Acest lucru înseamnă că utilizatorul poate face sistemul așa cum dorește, deoarece proprietarul nu se limitează la nimic în ceea ce privește instalarea senzorilor în dormitor sau în bucătărie.
• Posibilitatea de încărcare cu autoreglare.
• Prezența unui conector cu pin pentru plăcile de procesor Arduino, care permite programarea în cadrul sistemului.

Ca orice mecanism, acest sistem are unele dezavantaje.

• În ciuda deschiderii sistemului, pentru a-l stăpâni și utiliza cu succes, veți avea nevoie de cunoștințe din mai multe domenii specifice, cum ar fi programarea, repararea și electronica.
• Necesitatea de a petrece o perioadă considerabilă de timp pentru implementarea și personalizarea propriului proiect, deoarece fiecare proiect este în mod inerent unic și poate să facă puțin mai mult decât altele.
• Dificultăți în configurarea directă a Arduino datorită faptului că acest mecanism funcționează doar cu un număr mic de sisteme de operare.
• Existența probabilității unor eșecuri de software, care pot duce la probleme sau inoperabilitatea unei echipe. Din acest motiv, este necesar din când în când să faceți un diagnostic al sănătății echipamentului

• Radiații de diferite tipuri, care sunt inevitabile cu acest algoritm de control.
• Necesitatea de a aloca spațiu pentru un cabinet special în care vor fi amplasate echipamente și fire suplimentare.
• Dacă controlul este efectuat folosind Internetul, atunci datele care sunt transmise între componentele mecanismului pot fi interceptate de intruși.O soluție parțială a problemei va fi o conexiune exclusiv sigură. Dar pentru a ne asigura că va necesita o mulțime de bani investiți în modernizarea echipamentelor.

Crearea oricărui sistem de acasă inteligent bazat pe Arduino începe cu crearea proiectului. Când o dezvoltați, ar trebui să înțelegeți exact ce funcții și sarcini ar trebui să efectueze sistemul.

De obicei, un proiect bazat pe soluția Arduino Uno implică următoarele sarcini.

• Monitorizarea condițiilor meteorologice în afara ferestrei și a temperaturii camerei și, prin urmare, un răspuns adecvat la schimbarea lor. Dispozitivul devine, de obicei, un element al unui sistem unificat, împreună cu încălzirea, dispozitivele de ventilație și alte dispozitive.
• Monitorizarea stării ferestrelor și ușilor - acestea sunt închise sau deschise.
• Generați un sunet când senzorul de mișcare este activat, dacă funcția de alarmă este activă.
• Control automat al aparatelor de uz casnic.
• Controlul consumului de energie electrică, datorită conectării și opririi automate a echipamentelor de iluminat.
• Siguranța la foc.Mecanismul oferă proprietarului un semnal despre prezența focului sau a fumului în cameră. Dacă se dezvoltă un sistem sofisticat, acesta poate chiar să apeleze la pompieri.

• Sala de intrare. Este necesar să porniți automat lumina atunci când devine întunecată în exterior, precum și crearea unui mecanism de detectare a mișcării. În timpul nopții, lumina medie de putere este de obicei activată, ceea ce nu trebuie să provoace disconfort membrilor familiei.
• Bucătărie. Activarea și dezactivarea iluminării în bucătărie se face de obicei manual. Deconectarea poate fi automată dacă nimeni nu se plimba mult timp în cameră. Dacă sistemul detectează că o persoană începe să gătească, capota se aprinde automat.
• Veranda. Activarea dispozitivelor de iluminat poate fi efectuată fie atunci când ușa este deschisă când o persoană părăsește clădirea, fie când proprietarul se apropie de casă dacă este deja întunecată în exterior.
• Cameră. Includerea dispozitivelor luminoase se efectuează manual, deși, dacă este necesar, și prezența unui senzor de mișcare, activarea poate fi efectuată în modul automat.

• Baie. Vorbind despre această încăpere, să presupunem că aici, de obicei, se ajunge la gestionarea unui cazan. Ea are un comutator de alimentare atunci când dispozitivul se oprește când atinge o anumită temperatură a apei. Gestionarea sistemului de încălzire va fi efectuată în funcție de automatizarea disponibilă. De asemenea, la intrarea în baie, puteți activa lumina și puteți activa evacuarea.

După ce toate punctele descrise mai sus au devenit cât mai clare posibil, se pregătește sarcina tehnică, în care clientul face schimbări. Când va fi elaborată versiunea finală, aceasta va deveni baza pentru formarea documentației estimative pentru realizarea lucrărilor de tip proiect.

De obicei, proiectul este alcătuit din următoarele componente:

• un document explicativ care descrie diversele subsisteme;
• dispunerea dispozitivelor de control;
• schema schematică a traseelor ​​de cabluri;
• proiectul de plasare a dispozitivelor în dulapurile de automatizare;
• opțiunile de bază pentru conectarea aparatelor în astfel de dulapuri;
• planuri de conectare;
• revista de cabluri;
• diverse specificații.

În plus, la etapa de formare a proiectului, se calculează prețul "casei inteligente".

Prețul va depinde de acești factori:

• numărul de dispozitive;
• echipamente și subsisteme selectate.

Trebuie spus că etapele creării unui sistem "inteligent de acasă", cu implicarea unor specialiști sau cu mâinile lor, vor fi aceleași. Cu toate acestea, în ultimul caz, versiunea gata realizată în ansamblu va costa mult mai puțin decât dacă atrage specialiști care deja lipsesc pe piață. Din acest motiv, salariile lor vor fi adecvate, ceea ce înseamnă că dacă nu doriți să cheltuiți bani în plus, puteți să o faceți singur. Deci, haideți să începem cu componentele pentru acest sistem, dacă v-ați hotărât să vă creați, la urma urmei.

Dacă vorbim despre configurația sistemului, Tehnologia va include următorul set de componente:

• senzor de mișcare;
• senzor de temperatură și umiditate;
• senzor de lumină;
• o pereche de senzori de temperatură cu marcaj DS18B20;
• Modulul Ethernet ENC28J60;
• microfon;
• comutator reed;
• releu;
• cablu twisted pair;
• Cablu Ethernet;
• un rezistor având o rezistență de 4,7 kilograme;
• microprocesor bord arduino.

Trebuie spus că casa inteligentă ar trebui să fie echipată exclusiv cu LED-uri, deoarece opțiunile obișnuite nu pot rezista la o mulțime de tensiune. Când proiectul este gata și toate piesele necesare au fost deja achiziționate, ar trebui să începeți conectarea senzorilor și a controlorilor. Acest lucru ar trebui să se facă exclusiv în conformitate cu schema creată anterior. Contactele trebuie să fie complet izolate.

Pe scurt, pas cu pas algoritmul de conectare va arata astfel:

• cod de instalare;
• configurarea unei aplicații pentru PC sau mobil;
• transfer de porturi;
• implementarea de testare și senzori de software;
• depanare dacă acestea au fost detectate în timpul testelor.

Deci, haideți să începem prin instalarea codului.

În primul rând, utilizatorul ar trebui să scrie software-ul în ID-ul Arduino. Acesta prezintă:

• editor de text;
• creator de proiect;
• program de compilare;
• preprocesor;
• instrument pentru descărcarea de software pentru mini-procesor Arduino.

Trebuie spus că există versiuni software pentru sistemele de operare principale ale calculatorului - Windows, Linux, Mac OS X. Dacă vorbim despre limba de programare folosită, atunci vorbim de C ++ cu mai multe simplificări. Programele scrise de utilizatori pentru Arduino sunt denumite în mod obișnuit schițe. Sistemul creează automat o serie de funcții, iar utilizatorul nu are nevoie să înțeleagă scrierea, oferind o listă de acțiuni comune. De asemenea, nu este nevoie să adăugați fișiere din tipul de antet al bibliotecilor obișnuite. Dar este necesar un embed personalizat.

Puteți adăuga biblioteci la managerul de proiect IDE utilizând diverse metode. Sub forma codurilor sursă, scrise în C ++, se adaugă la un director separat din directorul de lucru al cofretei IDE. Acum, numele bibliotecilor solicitate apar într-un anumit meniu IDE. Cele pe care le marcați vor fi incluse în lista de compilare. IDE-ul are un număr mic de setări și nu există nicio posibilitate de a seta deloc subtilitățile compilatorului. Acest lucru se face astfel încât o persoană necunoscută să nu facă greșeli.

Dacă ați descărcat biblioteca, atunci trebuie să fie dezambalată și pur și simplu introdusă în IDE. În textul programului există comentarii care explică principiul muncii sale. Trebuie remarcat faptul că toate aplicațiile de pe Arduino funcționează pe aceeași tehnologie: utilizatorul trimite o cerere către procesor și, la rândul său, descarcă codul necesar pe ecranul dispozitivului. Atunci când o persoană apasă tasta de reîmprospătare, microcontrolerul trimite informații. Cu fiecare dintre paginile cu o denumire specifică este un cod de program care va fi afișat pe ecran.

Următorul set de acțiuni este de a instala clientul pe un computer personal sau un smartphone. Puteți să o descărcați pe Internet, pe Google Play Market sau dintr-o altă sursă. Pentru a face acest lucru, trebuie să deschideți fișierul pe telefonul pe care l-ați descărcat, apoi faceți clic pe el și în fereastra apărută faceți clic pe butonul "Instalare". În același timp, trebuie să știți că în acest scop opțiunea ar trebui activată, ceea ce permite instalarea software-ului nu din serviciul Google Play. Pentru a activa această opțiune, trebuie să introduceți secțiunea de setări și să selectați elementul "Securitate" acolo.Aceasta este modalitatea de a activa opțiunea corespunzătoare. După terminarea instalării, este posibilă activarea aplicației și configurarea acesteia.

Utilizând acest software, nu numai că puteți primi informații de la sistem, dar de asemenea puteți gestiona - de exemplu, activați și dezactivați alarma. Dacă opțiunea este activă, atunci când senzorul de mișcare este activat, programul primește informațiile corespunzătoare. Rețineți că Arduino analizează programul pentru a activa senzorul de mișcare la intervale de 60 de secunde.

Următoarea etapă de conectare este setarea programului de browser pentru a fi utilizat cu "casa inteligentă". În linia de adresă, trebuie să introduceți o secvență specifică, care va fi adresa IP a computerului. După implementarea acestei acțiuni, utilizatorul va putea să primească informații de la "casa inteligentă" și capacitatea de ao gestiona.

După aceasta, puteți continua să lucrați cu routerul. Ar trebui să deschidă portul.

Puteți face acest lucru folosind următorul algoritm:

• setările deschise;
• înregistrați adresa microcontrolerului Arduino;
• deschide portul optzeci.

Acum trebuie să vă configurați un cont pe portalul Noip. com.Deși acest pas este opțional, este nevoie de o adresă care trebuie să primească un nume de domeniu. Trebuie să treceți prin procesul de înregistrare pe portalul www. No-IP. com, apoi mergeți la categoria Adăugați gazdă și specificați sistemul IP. După ce treceți prin această procedură, va fi posibil să obțineți acces nu numai prin IP, ci și prin domeniu. La aceasta se finalizează formarea proiectului și puteți verifica performanța sistemului.

Având în vedere că componentele compatibile cu Arduino sunt produse de un număr mare de producători și că Arduino nu poate controla produsele, utilizatorul se confruntă cu probabilitatea de a achiziționa o componentă care va funcționa, în mod greșit. În general, această situație există deja în segmentul creării de computere personale. Cu mult timp în urmă, IBM a deschis arhitectura calculatoarelor personale, motiv pentru care diverse companii au început să producă computere compatibile.

În același timp, calitatea pieselor și gradul de compatibilitate au scăzut. În schimb, aceasta este politica Apple, care a limitat în mod semnificativ numărul de dezvoltatori care au avut acces la arhitectura sa.

Utilizatorii au observat următoarele caracteristici în funcționarea unui număr de componente Adruino.

• Pe un număr de soluții de microprocesor Arduino, când un releu este închis, care este conectat la ele, se rupe un port de tip COM. Din acest motiv, microcontrolerul nu poate încărca schița. Când începeți această procedură, echipamentul merge la repornire. Cel mai interesant lucru este că releul face un clic, portul COM este oprit și schița nu se încarcă.
• În cazul unei funcționări defectuoase a microcontrolerului sau a apariției unei erori de cod, este mai bine să se utilizeze relee bine închise la care întrerupătoarele manuale sunt conectate în serie.
• Senzorul de închidere a ușii poate acționa uneori fals. Din acest motiv, schița este creată astfel încât sistemul să efectueze acțiunea dorită atunci când primește simultan câteva semnale.
• Pentru un dispozitiv care este responsabil de alarma de incendiu, este mai bine să utilizați un detector de fum decât un detector de incendiu.Cel din urmă are un defect - detectează focul la mai puțin de treizeci de centimetri de la sine.

• Modelul senzorului de temperatură DHT11, care vine în așa-numitul set standard, dă o eroare gravă la nivelul a două până la trei grade. În construcția este mai bine să utilizați modelul DHT22, care este mult mai precis. Și în afara ferestrei este mai bine să utilizați DHT21. Poate funcționa chiar și la temperaturi sub zero și este rezistent la deteriorări mecanice.
• Pentru a configura controlul procesului folosind claps-uri, un număr de utilizatori iau în necunoștință de cauză un detector de sunet în locul unui microfon, unde există o setare de prag de tip manual. În acest scop, acest dispozitiv nu este potrivit datorită faptului că are o rază relativ mică de acțiune. Da, iar senzorul transmite semnale cu impulsuri de timp mici. În prezența unei schițe de dimensiuni mari, procesarea cărora necesită timp, microcontrolerul pur și simplu nu captează semnalele.

Trebuie spus că pentru vizualizarea proceselor din sistemul în cauză pot fi utilizate plăci de afișare digitale sau un afișaj cu cristale lichide. Dar aceasta nu este cea mai bună opțiune în acest caz. Utilizarea unui server separat de procesare de stare pentru vizualizare va fi cea mai eficientă. Acesta poate fi implementat pe Nod. js, care vă permite să implementați orice server. Bineînțeles, vorbim despre prelucrarea statelor din consiliul Adruino.

Această tehnologie este utilizată pentru a îndeplini sarcinile așa-numitei Internet de obiecte, motiv pentru care este adecvată pentru vizualizarea automatizării sistemului. Trebuie doar să creați un server și un handler în JavaScript, atunci va fi ușor să afișați totalul în browser-ul oricărui dispozitiv. Ca bază hardware, puteți folosi același microcomputer Raspberry Pi sau PC. Dar posibilitățile mecanismului de automatizare vor crește semnificativ. De exemplu, pe server, cantitatea de memorie este nelimitată, iar programul server poate fi creat astfel încât să gestioneze totul.

Cu acest tip de server puteți chiar să legați lucrurile împreună. Ideea este de a vizualiza procesele automate la domiciliu folosind serviciile cloud.O altă opțiune este de a primi informații și de a controla sistemul prin SMS.

Faptul că o astfel de "casă inteligentă" bazată pe Arduino, vedeți următorul videoclip.