Беспроводные датчики
Как уже было отмечено выше, система для сбора информации о температуре в помещениях, наряду с проводными датчиками, использует беспроводные батарейные nRF24 датчики температуры. Это т. н. AMS nRF24 Sensors, которые используют собственные аппаратные и программные технологии, питаются от двух AA или AAA батареек и обеспечивают время жизни датчика от года до шести лет, в зависимости от условий эксплуатации.
На скриншоте видно, что в данный момент три датчика выключены и работает только один датчик температуры в спальне. Датчик сообщает системе, что заряд его батареи составляет 69 %, ресурс (интегральное время работы) составляет 3770 секунд или 62,8 минуты, последний раз его показания обновлялись 93 секунды назад и что ошибок связи с ним 0, т. е. качество связи отличное.
Что такое «умный дом»
У этого термина есть более понятный аналог — «домашняя автоматизация». Суть подобных решений состоит в том, чтобы обеспечить автоматическое выполнение различных процессов, происходящих в жилище, офисе или на специализированных объектах. Простейший пример — автоматическое включение освещения в тот момент, когда кто-то из жильцов входит в комнату.
Система «умный дом» от Arduino представляет собой комплект оборудования для управления работой различных устройств с помощью мобильного телефона на базе ОС Android
В любой системе «умный дом» можно выделить следующие составляющие:
Сенсорная часть. Это набор устройств, основная часть которых представлена всевозможными датчиками, позволяющими системе регистрировать события различного характера. Примерами могут служить датчики температуры и движения. Прочие устройства сенсорной части служат для передачи системе команд пользователя. Это выносные кнопки и пульты дистанционного управления с приёмниками. Одним из наиболее часто импользуемых элементов «умного дома» является датчик движения
Исполнительная часть. Это устройства, которыми система может управлять, реагируя таким образом на то или иное событие в соответствии с заданным пользователем сценарием. Прежде всего, это реле, посредством которых контроллер «умного дома» может подавать питание на любой электрический прибор, то есть включать и выключать его. Например, по хлопку в ладони (система «услышит» его при помощи микрофона) можно настроить включение реле, подающего питание на вентилятор
Обратите внимание: в этом примере вентилятор может быть любым. Но можно применить и прибор, специально выпущенный для работы в составе той или иной системы. Например, компания Arduino выпускает для своих систем электромоторчики, при помощи которых можно, допустим, закрывать или открывать форточку, а компания Xiaomi (китайский производитель подобных систем) — устройства управления воздухоочистителем
Такой прибор полностью контролируется системой, то есть она может не только включить его, но и изменить настройки. Электромоторчик является исполнительным устройством, которое включается по сигналу контроллера системы и приводит в движение подключённый к нему механизм
Например, компания Arduino выпускает для своих систем электромоторчики, при помощи которых можно, допустим, закрывать или открывать форточку, а компания Xiaomi (китайский производитель подобных систем) — устройства управления воздухоочистителем. Такой прибор полностью контролируется системой, то есть она может не только включить его, но и изменить настройки. Электромоторчик является исполнительным устройством, которое включается по сигналу контроллера системы и приводит в движение подключённый к нему механизм
Процессор. Может также называться контроллером. Это «мозг» системы, который координирует и согласовывает работу всех её составляющих. Плата процессора (или контроллера) управляет исполнительными устройствами на основе встроенной программы и данных, полученных от сенсоров
Программное обеспечение. Это набор инструкций, которыми руководствуется процессор. В системах некоторых производителей, в том числе и от Arduino, пользователь может написать программу самостоятельно, в других — используются готовые решения, в которых пользователю доступны лишь типовые сценарии.
Современные системы «умный дом» делятся на несколько разновидностей:
- Оснащённые собственным контроллером.
- Использующие в этом качестве процессор пользовательского компьютера (планшета, смартфона).
- Обрабатывающие информацию при помощи удалённого сервера, принадлежащего компании-разработчику (облачный сервис).
Система может не только активировать тот или иной прибор, но и проинформировать пользователя о происшедшем событии путём отправки сообщения на телефон или каким-то иным способом. Таким образом, на неё можно возложить функции сигнализации, в том числе и противопожарной.
Сценарии могут быть гораздо более сложными, чем мы описали в примерах. Например, можно научить систему включать бойлер и переводить снабжение горячей водой на него при отключении централизованной подачи, если при этом обнаруживается присутствие кого-то из жильцов в доме (помогают инфракрасные, ультразвуковые датчики, а также датчики движения).
Особенности взаимодействия модулей через порты
Все модули, которые будут подключены к плате, имеют как минимум три выхода. Два из них – провода питания, т.е. “земля”, а также напряжение 5 или 3.3 В. Третий провод является логическим. По нему идет передача данных к порту. Для подключения модулей используют специальные сгруппированные по 3 штуки провода, которые иногда называют джамперами.
Так как на моделях Arduino обычно всего 1 порт с напряжением и 1-2 порта с “землей”, то для того, чтобы подключить несколько устройств нужно будет либо спаивать провода, либо использовать макетные платы (breadboard).
К макетной плате можно подключать не только питание и порты платы Arduino, но и другие элементы, такие как, например, сопротивление, регистры и т.д.
Пайка более надежна и применяется в устройствах, которые подвержены физическому воздействию, например, платы управления роботами и квадрокоптерами. Для умного дома лучше использовать макетные платы, так как это проще и при установке, и при удалении модуля.
У некоторых моделей (например, Arduino Zero и MKR1000) рабочее напряжение составляет 3.3 В, поэтому если на порты подать большее значения, то возможно повреждение платы. Вся информация по питанию доступна в технической документации к устройству.
Платы дополнения (шилды)
Для расширения вспомогательного функционала используются дополнительные платы – шилды. Ниже приведен список самых интересных:
- LCD Shield определяет метеорологические показатели в помещениях: влажность, скорость ветра, температуру.
- Motor Shield обеспечивает управление скоростью и оборотами моторов. Есть модели с поддержкой нескольких приводов.
- Data Logging Shield предназначена для записи и хранения информации до 32 Gb.
- Relay Shield самая востребованная в системах Smart Homе, рассчитана на обслуживание приборов мощностью 1 КВт.
- Ethernet Shield от Ардуино обеспечивает независимость Умного дома от ПК, настраивает интернет-связь.
- Wi-fi Shield нужен для передачи шифрованных данных между Arduino и устройствами.
- Energy Shield позволяет разнообразить источники питания для подключения проекта.
- GPRS Shield используется для связи Умного дома с телефоном владельца.
Сборка «умного дома»: пошаговая инструкция
Вот в какой последовательности необходимо действовать.
Подключение исполнительных и сенсорных устройств
Подключаем все компоненты согласно схеме.
Сборка системы в основном сводится к подключению исполнительных устройств к соответствующим контактам процессорной платы
Разработка программного кода
Пользователь пишет всю программу целиком в оболочке Arduino IDE, для чего последняя оснащена текстовым редактором, менеджером проектов, компилятором, препроцессором и средствами для заливки программного кода в микропроцессор платы Arduino. Разработаны версии IDE для операционных систем Mac OS X, Windows и Linux. Язык программирования — С++ с некоторыми упрощениями. Пользовательские программы для Arduino принято называть скетчами (sketch) или набросками, программа IDE сохраняет их в файлы с расширением «.ino».
Функцию main(), которая в С++ является обязательной, оболочка IDE создаёт автоматически, прописывая в ней ряд стандартных действий. Пользователь должен написать функции setup() (выполняется единоразово во время старта) и loop() (выполняется в бесконечном цикле). Обе эти функции для Arduino являются обязательными.
Заголовочные файлы стандартных библиотек вставлять в программу не нужно — IDE делает это автоматически. К пользовательским библиотекам это не относится — они должны быть указаны.
В IDE предусмотрен минимум настроек, а возможность настройки компилятора отсутствует вовсе. Таким образом, начинающий программист застрахован от ошибок.
Вот пример самой простой программы, заставляющей каждые 2 секунды мигать подключённый к 13-му выводу платы светодиод:
Однако в настоящий момент перед пользователем далеко не всегда встаёт необходимость лично писать программу: в сети выложено множество готовых библиотек и скетчей (загляните сюда: http://arduino.ru/Reference). Имеется готовая программа и для системы, рассматриваемой в этом примере. Её нужно загрузить, распаковать и импортировать в IDE. Текст программы снабжён комментариями, поясняющими принцип её работы.
Все программы на Arduino работают по одному принципу: пользователь посылает запрос процессору, а тот загружает необходимый код на экран компьютера или смартфона
Когда пользователь нажимает в браузере или установленном на смартфоне приложении кнопку «Refresh» (Обновление), микроконтроллер Arduino осуществляет отсылку данных этому клиенту. С каждой из страниц, обозначенных как «/tempin», «/tempout», «/rain», «/window», «/alarm», поступает программный код, который и отображается на экране.
Установка клиентского приложения на смартфон (для ОС Android)
Для получения данных от системы «умный дом» в сети можно скачать готовое приложение.
Вот что необходимо сделать владельцу гаджета:
- Скачайте файл SmartHome.apk.
- Отправьте его на телефон.
- Открыв «Менеджер файлов», разместите этот файл.
- Щёлкните на нём и выберите «Установить» (должна быть отмечена «галочка», позволяющая осуществлять установку программ вне сервиса Google Play).
- Когда установка будет завершена, активируйте приложение.
- Выполните его настройку.
С помощью этого приложения можно не только получать информацию от системы «умный дом», но и управлять ею — включать и отключать сигнализацию. Если она включена, то при срабатывании датчика движения приложению будет отправлено уведомление. Опрос системы Arduino на предмет срабатывания датчика движения приложение выполняет с периодичностью раз в минуту.
Активировав иконку «Настройки», можно отредактировать свой IP-адрес.
Настройка браузера на работу с «умным домом»
В адресной строке браузера следует ввести XXX.XXX.XXX.XXX/all, где «XXX.XXX.XXX.XXX» — ваш IP-адрес. После этого появится возможность получать данные от системы и осуществлять управление ею.
Представленный здесь программный код позволяет через браузер включать и выключать свет, тогда как в приложении для Android-смартфона такая функция не реализована.
Работа с роутером
Далее на маршрутизаторе необходимо открыть порт:
- открываем настройки маршрутизатора;
- прописываем адрес Arduino IP;
- открываем порт 80.
Настройка учётной записи на noip.com
Этот этап не является обязательным, но он необходим, если вы хотите присвоить адресу доменное имя. Для этого надо зарегистрироваться на сайте https://www.noip.com/, перейти в раздел «Add host» и ввести IP-адрес системы.
После регистрации на сайте noip.com доступ к системе можно получать не только по IP-адресу, но и по полному доменному имени
Создание проекта завершено, можно проверять работоспособность системы.
Таблица подключения к Arduino UNO R3 элементов схемы
Сведем все соединения между Ардуино и внешними устройствами в единую таблицу, которая поможет в деле сборки готовой схемы.
| Куда | Пин Arduino UNO R3 | Пин устройства/контакт |
| Модуль на 4 реле D0 общее освещение, D1 отопление, D2 свет в кладовке, D3 на улице. | D0 | D0 |
| D1 | D1 | |
| D2 | D2 | |
| D3 | D3 | |
| Кнопка постановки на сигнализацию/снятия | D4 | |
| Клавиша включения режима экономии/люди дома | D5 | |
| D6 | ||
| Коммуникация с модемом | D7 | RX |
| D8 | TX | |
| Светодиод охрана отключена(кр) | D9 | |
| Охрана активирована (зел) | D10 | |
| Хозяева дома (кр) | D11 | |
| Режим экономии (зел) | D12 | |
| Включение модема | D13 | D9 |
| Геркон кладовка | A1 | |
| Геркон дверь/калитка | A2 | |
| Термометр | A3 | |
| Определение наличия сети 220 В | A4 |
Планируемая система полностью не заняла все пины микроконтроллера. Еще есть место для добавления аналогового датчика и одной линии управления. Вариант — использовать свободные контакты для сенсора дыма и сигнализатора. Если планируется расширять конструкцию дальше, — придется брать микроконтроллер Arduino Mega. В нем больше портов ввода/вывода и памяти, при полной программной совместимости.
Готовые комплекты и решения
Получение функциональности умного дома доступно не только самодельным методом. Продаются готовые комплекты и наборы оборудования, которые можно объединять в единую систему. Сюда входят:
- блок микроконтроллера;
- беспроводные выключатели;
- датчики дыма, движения, температуры, открытия;
- управляемые розетки с контролем состояния;
- пульт дистанционного управления или иное средство коммуникации с пользователем;
- сигнализаторы;
- модемы или роутеры, позволяющие вывести информацию из системы в сеть;
- камеры видеонаблюдения;
- блоки бесперебойного питания.
Возможности контроля таких систем достаточно широки и могут выражаться не только в реакции на нажатие физического выключателя или кнопки на пульте. Доступно начальное программирование функций (времени включения, расписания) и проверка происходящего через сеть.
Объем сервисных возможностей, предоставляемых комплексами такого класса, непосредственно зависит от их стоимости и бренда. Доступно расширение начальной комплектации дополнительными устройствами от производителя, ориентированными на интеграцию в конкретную систему.
Распространенные комплексы выполняют контроль оборудования по нескольким физическим интерфейсам, каждый из которых имеет определенные плюсы и минусы в установке с использованием. Речь идет о проводных и беспроводных коммуникациях. Кроме того, управление может осуществляться на уровне одного микроконтроллера или быть распределенным по различным «умным» элементам. В последнем случае система не сильно зависит от центра, который осуществляет только объединяющую функцию.
Модели умных домов, представленные на рынке
| Бренд/название | Комплектация | Коммуникации | Удаленное управление/контроль | Расширение уст-ми производителя | Пульт | *Универсальность | Цена (руб) |
| Xiomi Smart Home Suite | Контроллер, замаскированный под настольную лампу, датчики открытия и движения, умная розетка и беспроводная кнопка включения | Проводные | Приложение Mi Home | Есть | Нет | Нет | 5000 |
| Redmond Smart Home | Продается раздельно, собирается во едино с основой в виде модуля skycenter | Bluetooth | Приложение Ready for Sky | Есть | Есть | Нет | |
| Vstarcam E27AR-TZ1V | Умная камера (по совместительству контроллер), датчики движения и открывания дверей, светильник и управляемая розетка | ИК | Приложение на мобильный телефон, электронная почта | Есть | Есть | Нет | 12000 |
| NooLite mini kit | Приложение на мобильный телефон | Есть | Есть | Есть | 14000 | ||
| Fibaro starter kit | Контроллер, БП, Датчики в комплекте: освещенности, движения, температуры, протечки, открытия | Веб-интерфейс, приложение смартфона | Есть | Есть | Есть | 50000 | |
| Wulian Smart Home | Дизайнерский контроллер | Радио | Приложение | Есть | Нет | Есть |
* Универсальность — подразумевает подключение внешних устройств не только через розетку, но и иные контроллеры. К примеру, внешние реле времени или силовые повторители.
Готовые комплекты и решения
Получение функциональности умного дома доступно не только самодельным методом. Продаются готовые комплекты и наборы оборудования, которые можно объединять в единую систему. Сюда входят:
- блок микроконтроллера;
- беспроводные выключатели;
- датчики дыма, движения, температуры, открытия;
- управляемые розетки с контролем состояния;
- пульт дистанционного управления или иное средство коммуникации с пользователем;
- сигнализаторы;
- модемы или роутеры, позволяющие вывести информацию из системы в сеть;
- камеры видеонаблюдения;
- блоки бесперебойного питания.
Возможности контроля таких систем достаточно широки и могут выражаться не только в реакции на нажатие физического выключателя или кнопки на пульте. Доступно начальное программирование функций (времени включения, расписания) и проверка происходящего через сеть.
Объем сервисных возможностей, предоставляемых комплексами такого класса, непосредственно зависит от их стоимости и бренда. Доступно расширение начальной комплектации дополнительными устройствами от производителя, ориентированными на интеграцию в конкретную систему.
Распространенные комплексы выполняют контроль оборудования по нескольким физическим интерфейсам, каждый из которых имеет определенные плюсы и минусы в установке с использованием. Речь идет о проводных и беспроводных коммуникациях. Кроме того, управление может осуществляться на уровне одного микроконтроллера или быть распределенным по различным «умным» элементам. В последнем случае система не сильно зависит от центра, который осуществляет только объединяющую функцию.
Модели умных домов, представленные на рынке
| Бренд/название | Комплектация | Коммуникации | Удаленное управление/контроль | Расширение уст-ми производителя | Пульт | *Универсальность | Цена (руб) |
| Xiomi Smart Home Suite | Контроллер, замаскированный под настольную лампу, датчики открытия и движения, умная розетка и беспроводная кнопка включения | Проводные | Приложение Mi Home | Есть | Нет | Нет | 5000 |
| Redmond Smart Home | Продается раздельно, собирается во едино с основой в виде модуля skycenter | Bluetooth | Приложение Ready for Sky | Есть | Есть | Нет | |
| Vstarcam E27AR-TZ1V | Умная камера (по совместительству контроллер), датчики движения и открывания дверей, светильник и управляемая розетка | ИК | Приложение на мобильный телефон, электронная почта | Есть | Есть | Нет | 12000 |
| NooLite mini kit | Приложение на мобильный телефон | Есть | Есть | Есть | 14000 | ||
| Fibaro starter kit | Контроллер, БП, Датчики в комплекте: освещенности, движения, температуры, протечки, открытия | Веб-интерфейс, приложение смартфона | Есть | Есть | Есть | 50000 | |
| Wulian Smart Home | Дизайнерский контроллер | Радио | Приложение | Есть | Нет | Есть |
* Универсальность — подразумевает подключение внешних устройств не только через розетку, но и иные контроллеры. К примеру, внешние реле времени или силовые повторители.
Резерв питания
Есть много способов обеспечить резервное питание. Так как одно из требований для проекта умного дома своими руками было — экономичность, в качестве резерва будут использоваться обычные аккумуляторы, соединенные последовательно для получения 5 В. Описание интерфейса их подзарядки выходит за рамки статьи и обеспечивать наличие запасенной энергии хозяева должны будут сами. Периодическая подзарядка «лягушкой», раз в несколько месяцев проблем не составит для конечного пользователя.
Принцип работы прост. При отключении сети 220 В нормально разомкнутое реле К1 соединяет Ардуино и модем с +5 питания батареи. Одновременно устанавливается состояние HIGH на входе A4 микроконтроллера. Последний аналоговый, а значит через него можно контролировать заряд батареи, вычислив опытным путем при каких минимальных показаниях происходит отключение логических компонентов. Информирование человека о разряде выполняется отправкой СМС.
Плата Arduino Uno
Слово Uno переводится с итальянского языка, как «один». Устройство названо в связи с началом выпуска Arduino 1.0.
Другими словами, Uno является эталонной моделью для всей платформы типа Arduino. Это последнее устройство в серии плат USB, доказавшее свою эффективность и проверенное временем.
Arduino Uno создано на микроконтроллере типа ATmega 328 (datasheet).
Его состав следующий:
- количество цифровых входов и выходов составляет 14 (а шесть из них имеется возможность использовать как выходы ШИМ);
- число аналоговых входов составляет шесть;
- 16 МГц – кварцевый резонатор;
- имеется разъём для питания;
- есть разъём, предназначенный для ICSP-программирования внутри самой схемы;
- присутствует кнопка для сброса.
Крайне важно отметить, что отличительной особенностью всех новых плат arduino является использование для интерфейсов USB–UART микроконтроллера типа ATmega 16U2 (или ATmega 8U2 в версиях R1, R2) вместо устаревшей микросхемы типа FTDI. Плата Uno по версии R2 снабжается дополнительным подтягивающим к земле резистором на линии HWB применяемого микроконтроллера
Плата Uno по версии R2 снабжается дополнительным подтягивающим к земле резистором на линии HWB применяемого микроконтроллера.
Распиновка выглядит следующим образом:
- Последовательный интерфейс использует шины №0 (RX – получение данных), №1 (TX – передача данных).
- Для внешнего прерывания используются выводы №2, №3.
- Для ШИМ используются выводы за номерами 3,5, 6, 9, 10, 11. Функция analog Write обеспечивает разрешение в 8 бит.
- Связь посредством SPI: контакты №10 (SS), №11 (MOSI), №12 (MISO), №13 (SCK).
- Вывод №13 запитывает светодиод, который загорается при высоком потенциале.
- Uno оснащена 6 аналоговыми входами (A0 – A5), которые имеют разрешение в 10 бит.
- Для изменения верхнего предела напряжения используется вывод AREF (функция analog Reference).
- Связь I2C (TWI, библиотека Wire) осуществляется через выводы №4 (SDA), №5 (SCL).
- Вывод Reset – перезагрузка микроконтроллера.
Что такое «Ардуино» и что можно делать с ним
Arduino — небольшая печатная плата, имеющая собственные процессор и модуль памяти.
Впервые проект Arduino был предложен в 2005 г. студентам итальянского Института интерактивного дизайна Ивреа. Перед разработчиками стояла задача обеспечить малобюджетный и простой способ создания устройств, способных взаимодействовать с окружающей средой. Сегодня на основе «Ардуино» создаются роботы, детекторы, термостаты и любые проекты, на которые способна фантазия программистов и инженеров. Разрабатывать устройства на базе «Ардуино» смогут даже новички.
Девайсом управляет программа, выполняемая процессором платы. Подобные программы пишутся на языке C++ в официальной среде программирования Arduino IDE, реализованной для Windows, MacOS и Linux. Даже в отсутствие навыков разработки и проектирования электронных схем человек способен за пару недель освоиться в программной среде и начать создавать простые девайсы.
«Умный» дом на примере однокомнатной квартиры
Вот как бы выглядела небольшая однокомнатная квартира человека, который купил все описанные выше гаджеты.
- Утром вместо классического будильника он использует открытие штор с помощью «умного» карниза, зимой, когда светает поздно, эту функцию выполняет ночник, который включается на минимальной яркости и постепенно увеличивает ее.
- Через минуту после пробуждения голосовой помощник рассказывает сводку сегодняшних новостей, прогноз погоды и запланированные события из календаря. в это же время на кухне включается чайник и пока хозяин квартиры умывается и чистит зубы, он как раз успевает закипеть.
- По дороге в ванную, благодаря датчикам движения и освещения, свет в коридоре включается автоматически. Когда человек заходит в ванную, то свет тоже включается автоматически, но здесь уже используются датчики присутствия, а не движения. Они выполняют ту же функцию, но при этом обладают большей чувствительностью.
- Во время завтрака с помощью голосовой команды включается любимый плейлист или очередной выпуск подкаста, на вкус владельца «умного» дома.
- Затем хозяин квартиры собирается на работу и уходит. Если за время его отсутствия кто-то взломает замок и откроет дверь, тут же включится Wi-Fi камера, а на телефон хозяина придет уведомление о том, что дверь была открыта. Он сразу же сможет посмотреть трансляцию с камеры. Дополнительно можно настроить активацию сигнализации при несанкционированном входе.
- Вечером хозяин квартиры возвращается домой, за полчаса до прихода он выставляет в приложении желаемую температуру и к моменту его прихода в квартире уже тепло (если мы говорим про осень и зиму) или наоборот прохладно. При желании можно включить автоматическую регулировку температуры к определенному времени.
- Ближе к ночи шторы закрываются, свет выключается (его можно выключить голосом или с помощью расписания) и хозяин квартиры ложится спать.
Индустрия 4.0
Замок со сканером и унитаз с интеллектом: как создать свой «умный» дом
Разработка проекта
На современном рынке представлено множество устройств Arduino, имеющих различную комплектацию. Но универсального решения «на все случаи жизни» не существует. В зависимости от поставленной задачи каждый комплект подбирается в индивидуальном порядке. Чтобы избежать ошибок, требуется разработка проекта.
Какие проекты можно создавать на Arduino?
Ардуино позволяет создавать множество уникальных проектов. Вот лишь некоторые из них:
- Сборка кубика Рубика (система справляется за 0,887 с);
- Контроль влажности в подвальном помещении;
- Создание уникальных картин;
- Отправка сообщений;
- Балансирующий робот на двух колесах;
- Анализатор спектра звука;
- Лампа оригами с емкостным сенсором;
- Рука-робот, управляемая с помощью Ардуино;
- Написание букв в воздухе;
- Управление фотовспышкой и многое другое.
Как подключить проходной выключатель: одноклавишный, двухклавишный, как обычный, схемы, критерии выбора
Составление проекта для умного дома
Рассмотрим ситуацию, когда необходимо сделать автоматику для дома с одной комнатой.
Такое здание состоит из пяти основных зон — прихожей, крыльца, кухни, санузла, а также комнаты для проживания.
При составлении проекта стоит учесть следующее:
- КРЫЛЬЦО. Включение света производится в двух случая — приближение хозяина к дому в темное время суток и открытие дверей (когда человек выходит из здания).
- САНУЗЕЛ. В бойлере предусмотрен выключатель питания, который при достижении определенной температуры выключается. Управление бойлером производится в зависимости от наличия соответствующей автоматики. При входе в помещение должна срабатывать вытяжка, и загорается свет.
- ПРИХОЖАЯ. Здесь требуется включение света при наступлении темноты (автоматическое), а также система обнаружения движения. Ночью включается лампочка небольшой мощности, что исключает дискомфорт для других жильцов дома.
- КОМНАТА. Включение света производится вручную, но при необходимости и наличии датчика движения эта манипуляция может происходить автоматически.
- КУХНЯ. Включение и отключение света на кухне осуществляется в ручном режиме. Допускается автоматическое отключение в случае продолжительного отсутствия перемещений по комнате. Если человек начинает готовить пищу, активируется вытяжка.
Отопительные устройства выполняют задачу поддержания необходимой температуры в помещении. Если в доме отсутствуют люди, нижний предел температуры падает до определенного уровня.
После появления людей в здании этот параметр поднимается до прежнего значения. Рекуперация воздуха осуществляется в случае, когда система обнаружила присутствие владельца. Продолжительность процесса — не более 10 минут в час.
Стоит обратить внимание, что если в доме планируется установка умных розеток, то для управления ими лучше использовать приложения на мобильных устройствах, WIFI или через SMS сообщения. Визуальное программирование для Arduino можно осуществлять с помощью специального приложения FLProg, которое можно скачать с официального сайта https://flprog.ru/
Визуальное программирование для Arduino можно осуществлять с помощью специального приложения FLProg, которое можно скачать с официального сайта https://flprog.ru/.
Компания Arduino
Arduino — это итальянская компания, которая занимается производством и разработкой программного обеспечения и компонентов для систем автоматизации. Основное назначение таких простейших систем — это их использование неспециалистами, то есть обычными домовладельцами. Поэтому если вы планируете обустроить у себя дома достаточно простую и в то же время функциональную систему жизнеобеспечения, то Arduino станет для вас отличным выбором.
Предлагаемое П. О. Arduino отличается простотой использования, что позволяет самим домовладельцам компилировать программы и настраивать работу всего подключенного к микропроцессору. Программное обеспечение от этого итальянского производителя распространяется бесплатно, поэтому каких-либо сложностей с поиском таких управляющих программ у вас гарантированно не возникнет.
https://youtube.com/watch?v=kBt51h3Wf0s
В первую очередь вам необходимо будет спланировать весь функционал такой системы, правильно подобрать используемые датчики и контроллеры. Чтобы разработать грамотную схему системы на Arduino, вы должны четко представлять, какой функционал платформы вам необходим. Кому-то будет достаточно просто включения света при открытии двери, а кто-то хочет получить максимально разветвленную систему, которая будет поддерживать оптимальные показатели температуры, влажности в доме, проветривать окна, включать по расписанию отопление, выполнять другие различные работы и максимально точно контролировать все инженерные коммуникации в доме.
Этот итальянский производитель предлагает стандартную модель автоматизации, которая состоит из микроконтроллера и нескольких плат расширения. Такие платы расширения принято называть «шильды». В последующем имеется возможность подключения к ним и к процессорной плате различных дополнительных компонентов. Такая собранная система на Arduino может работать автономно по установленной пользователем программе или подключаться к компьютеру через беспроводной и проводной интерфейс.
Преимущества использования
Если говорить о преимуществах использования такого программно-аппаратного комплекса Arduino для налаживания автоматизации, то можно выделить следующие:
- Максимально широкие возможности по настройке проекта Arduino для дома.
- Работать такой программно-аппаратный комплекс может автономно.
- Простота загрузки программы в контроллер.
- Доступная стоимость компонентов.
- Существенно упрощено расширение функционала работающей в доме системы.
Управление системами
В настоящее время этот итальянский производитель предлагает различные уже готовые решения, позволяющее управлять следующими инженерными системами в доме:
- Температурой и влажностью.
- Освещенностью.
- Аварийными системами безопасности.
- Различными бытовыми приборами.
Если вам необходима простейшая система автоматизации, то можем порекомендовать базовый набор Arduino Starter Kit Uno, который включает все необходимые датчики и микроконтроллеры для управления инженерными коммуникациями в доме.
Дополнительные устройства
Впоследствии можно с легкостью расширить функционал данной системы, используя следующие исполнительные устройства:
- Доводчики дверей.
- Диммеры для освещения.
- Переключатели и различные реле.
- Электромоторы.
Выход в интернет
Чтобы связать наши проекты с интернетом можно использовать 10-ки способов, но мы пока остановимся на модуле, о котором я еще говорил еще в самой первой статье, ESP 8266. Arduno UNO не может работать с интернетом. Обычная плата без дополнений и модулей не может передавать информацию на расстоянии.
Но с помощью UART интерфейса на Arduino мы можем получать информацию, обрабатывать ее и отправлять данные обратно. С помощью него, UNO может работать с Bluetooth и Wi-fi модулями, которые уже и дают нашей системе дополнительные функции.
Давайте поговорим об интернете поподробнее. Я думаю, вы знаете, что интернет — это не магия и не просто радиоволны, а гигантская сеть между тысячами различных устройств с помощью беспроводной связи.
Сайты, с которыми мы каждый день сталкиваемся — это информация, переданная нам с сервера. Весь тот текст, картинки, анимация – все это хранится на сервере, пока клиент, мы, не захочет, чтобы ему передали эту информацию.
Вы можете узнать, что такое IP, TCP, HTTP, GET – запрос в интернете, если вам в дальнейшем будет не понятно.
Но это все не будет работать без связи нашей платы с сайтами и приложениями. Есть два решения, подключится к другому сайту (серверу), который будет обрабатывать информацию полученную либо от самой платы, либо от пользователя, чтобы управлять приборами на расстоянии или создать свой сервер, где будет лежать лично наш написанный сайт. Мы все это попробуем сделать в будущем.
Расширение возможности на Ардуино
Одной из возможностей умного дома является визуализация состояния автоматики и проходящих в системе процессов. Для этого рекомендуется применять отдельный сервер, обеспечивающий обработку состояний (может применяться программа Node.js).
Упомянутая программная технология применяется для решения интернет-задач, поэтому для визуализации «Умного дома» используется язык Java Script (именно с его помощью создается обработчик и сервер). Результаты можно увидеть на экране компьютера или ПК.
Для реализации задуманного подойдет ноутбук, обычный ПК или Raspberry Pi. Применение такой системы позволяет увеличить ее возможности. Так, если на плате Ардуино имеется небольшой объем памяти, на сервере такие ограничения отсутствуют. Программа пишется таким образом, чтобы обеспечить полное управление платформой.
При желании можно задать алгоритм, который будет фиксировать факт нахождения человека в доме, и собирать эту информацию. Если владелец ежедневно возвращается где-то к 17.30, за час может быть включен бойлер или отопительные устройства. По приходу домой человек попадает в теплое здание с горячей водой.
Программа может запомнить время, когда владелец ложится отдыхать и отключать нагрев воды. Таких нюансов, которые при необходимости вносятся в программу, множество. Именно наличие внешнего ПК дает большие возможности контроллеру на Ардуино.
Как работает такой умный дом?
Чтобы создать умный дом своими руками, потребуется навык Домовёнок Кузя. Через него можно не только контролировать умный дом, но и интегрировать виртуальные устройства напрямую в Яндекс.Алису. Это значит, что вам не придётся постоянно открывать навык, чтобы просто выключить лампочку. С микроконтроллером навык будет связываться через веб-хуки.
Для веб-хуков отлично подходит платформа Blynk — панель управления устройствами на Arduino и Raspberry Pi. Там вы сможете без труда создать графический интерфейс, через который можно будет управлять устройством по Wi-Fi (а ещё по Ethernet, USB, GSM и Bluetooth).
