Hvad er et "smart hjem" baseret på Arduino?

For nylig trænger flere og flere innovative teknologier ind i forskellige områder af vores liv. Deres brug kan forbedre komforten betydeligt og sparer en persons tid på forskellige opgaver. I dag vil vi berøre emnet såkaldte "smarte huse" og fortælle om deres egenskaber, fordele, ulemper og skabelsens teknologi.

Hvis du forstår udtrykket "smart home", så er den nærmeste analoge, som vil være klar for de fleste mennesker, udtrykket "hjemmeautomatisering". Betydningen af ​​sådanne ting er at sikre den automatiske implementering af de forskellige processer, der opstår i rummet. En sådan mekanisme kan ikke kun anvendes i beboelsesejendomme, men også i kontorer såvel som på forskellige specialiserede faciliteter.

Den første funktion, der skal nævnes, er muligheden for at indsamle et system som en designer. Det repræsenterer tilstedeværelsen af ​​et centralt element på Arduino platformen, repræsenteret af en central controller, hvor alle oplysninger fra de forskellige systemer installeret i huset flyder. Og så vidt muligt er det tilladt at tilføje nye komponenter til systemet - styre lyset i forskellige rum, underrette ejeren om forekomsten af ​​forskellige uforudsete situationer, klimatiske forhold, overvågning af mekanismer.

Men det skal forstås, at der ikke er klare ideer, hvilke komponenter og mekanismer der skal være i et sådant system. Det vil sige, det er et koncept, ikke et bestemt produkt. Hvis det er nødvendigt, kan du sætte et enkelt system, og resten gør det ikke. Det vil sige, vi starter med noget lille, og efter behov øger vi husets funktionalitet og får nye muligheder inden for boligforvaltning. En af de vigtigste funktioner er evnen til intelligent at styre belysning. Anvendelsen af ​​et sådant system i hverdagen kan alvorligt spare ressourcer, fordi belysningen kun tændes, når en person er i et rum.

Den næste funktion er indendørs klimakontrol. Den beskrevne mekanisme er lige så vigtig. For eksempel er automatiseringen af ​​opvarmning ekstremt vigtig, ikke kun for at spare i den kolde årstid, men også for at tænde opvarmning til det rigtige tidspunkt, fordi det ikke altid er muligt at gøre det aktivt med et kraftigt fald i temperaturen. Hvis du har en selvstændig opvarmning baseret på kedlen, så hvis ejeren er varmesensorer og en gasstrømskontrolmekanisme i tilfælde af en nødsituation, vil ejeren blive underrettet og vil kunne reagere hurtigt på det i realtid.

En anden fordel er det tekniske udstyr af forskellige systemer. Ved installation af automatisering får ejeren af ​​huset mulighed for at udføre forskellige handlinger: sænk persiennerne, tænd tv-skærmen eller medieafspilleren.Ved at forbinde disse og andre systemer til en fælles mekanisme kan du faktisk skabe betingelserne for aktivering af en enhed ved at trykke på en enkelt tast.

Den næste funktion er sikkerhedssystemet. Mekanismen med "smart home" rejser til et nyt niveau beskyttelse mod indtrængen i ubeboede gæster i mangel af ejerne. Huset er simpelthen omdannet til næsten imprægnerbart objekt. Desuden kan systemet efterligne effekten af ​​at være i huset ved at tænde og slukke for lyset, og overvågningskameraerne sender til værten opdateret information om aktiviteten i huset eller det omkringliggende område, hvilket sparer beskyttelse. Systemet har en række andre midler, der vil neutralisere lovovertræderen, hvis det er nødvendigt.

Og den sidste funktion, som jeg vil sige om, er enkel og overkommelig kontrol. På trods af dens enorme funktionalitet kan det beskrevne system styres selv af et barn. Normalt bruges der en lille fjernbetjening med traditionelle kontakter og specialpaneler. Derudover kan mekanismerne styres fra en pc eller mobil enhed. Og i de senere år er der introduceret løsninger samt stemmekontrol. Som du kan se, har et sådant system mange funktioner, der gør det til en fremragende integreret løsning til hjemmet eller ethvert andet objekt.

I dag er der et stort antal modifikationer og komplette sæt baseret på Arduino, hvor det pågældende system kan implementeres. Et stort antal virksomheder, der producerer sådanne mekanismer, gør controllere allerede med indbyggede Wi-Fi og Bluetooth-systemer, hvilket gør det muligt at styre systemet i lokalerne via en mobil en. Der er også løsninger, hvor ledelsen udføres over en Ethernet-type grænseflade, det er en kablet metode ved hjælp af fiberoptiske kabler gennem et lokalt hjemme-netværk. Afbrydere tilføjes normalt til sådanne løsninger, såvel som Wi-Fi-routere, som tillader trådløs forbindelse, medmindre andet er angivet af controlleren selv.

Tilslutning af konventionelle manuelle kontakter kan udføres på den centrale controller ved to metoder:

• ved hjælp af elektriske ledninger
• ved trådløs teknologi.

Som du kan se, er der et stort antal komponenter i "smart home".

Systemet består sædvanligvis af følgende noder, som kan repræsenteres af forskellige slags enheder:

• en central system controller, som normalt repræsenteres af master node, samt diskrete output-input modulatorer;
• Udvidelses- og kommunikationsenheder, som omfatter routere, forskellige switche, samt GPS- og GPRS-moduler;
• enheder med ansvar for elektrisk kredsløbskobling - relæer, dimmere og strømforsyninger;
• præstationsindretninger - forskellige typer ventiler (vand, gas);
• Systemstyringsdele - berøringspaneler, tabletter, personlige digitale assistenter og konsoller;
• forskellige måleinstrumenter - enheder, sensorer og sensorer (vi taler om sensorer af lys, temperatur og bevægelse).

Når du vælger udstyr til en Arduino-baseret mekanisme, er det nødvendigt at tage højde for, hvilken metode til informationsoverførsel det bestemte system vil bruge. Som et eksempel er det muligt at give en forholdsvis fælles standard EIB \ KNX. Her bruges normalt strømnetværk, computernetværk og radiokanaler. Samtidig er der en standard X10, hvor almindelige almindelige vekselstrømforsyninger med en spænding på 230 volt bruges til at transmittere information.

Taler om dyderne ved et Arduino-baseret "smart hjem" Følgende punkter skal noteres.

• Store muligheder for at oprette arbejdet i hele mekanismen.Det vil sige, at brugeren selvstændigt kan skrive et program, der kan udføre algoritmer af forskellige niveauer af kompleksitet.
• Hvis det ønskes, kan systemet fungere autonomt på grund af tilstedeværelsen af ​​sin egen controller.
• Det er ikke svært at downloade programmet, fordi programmeringen ikke er nødvendig til dette, men alt er gjort ved hjælp af en USB-grænseflade, da bootloaderen blot installeres i mikrocontrolleren.
• Den relativt lave pris for systemkomponenterne. Dette skyldes, at forskellige producenter ikke har eksklusive rettigheder. Af denne grund er Arduino arkitekturen klassificeret som åben.

• Tilstedeværelsen af ​​open source-kode, som giver brugeren mulighed for direkte at styre mekanismen i et smart hjem.
• Tilgængelighed er, at brugeren vælger hvilke sensorer og mekanismer han har brug for.
• Alsidighed og evnen til at gennemføre de mest interessante ideer. Der er ingen anvisninger eller standarder for, hvad der skal være et Arduino-baseret smart hjem. Det betyder, at brugeren kan gøre systemet til den måde han ønsker, da ejeren ikke er begrænset til noget hvad angår installation af sensorer i soveværelset eller køkkenet.
• Muligheden for selvfastsat loader.
• Tilstedeværelsen af ​​en stikkontakt til Arduino-processorkort, som muliggør programmering i systemet.

Ligesom enhver mekanisme, dette system har nogle ulemper.

• På trods af systemets åbenhed, for at mestre det og bruge det succesfuldt, vil du have brug for viden fra en række specifikke områder, herunder programmering, reparation og elektronik.
• Behovet for at bruge en betydelig tid til at gennemføre og tilpasse dit eget projekt, da hvert projekt i sig selv er unikt og kan gøre lidt mere end andre.
• Vanskeligheder i direkte konfiguration af Arduino, fordi denne mekanisme fungerer med kun et lille antal operativsystemer.
• Eksistensen af ​​sandsynligheden for softwarefejl, som kan føre til problemer eller uarbejdsdygtighed for et hold. Af denne grund er det nødvendigt fra tid til anden at foretage en diagnose af udstyrets sundhed.

• Stråling af forskellige typer, som er uundgåelig med en sådan kontrolalgoritme.
• Behovet for at tildele plads til et specialskab, hvor ekstraudstyr og ledninger vil blive placeret.
• Hvis kontrollen udføres via internettet, kan de data, der overføres mellem mekanismens komponenter, blive opsnappet af ubudne personer. En delvis løsning på problemet vil være en udelukkende sikker forbindelse. Men for at sikre, at det vil kræve mange penge investeret i modernisering af udstyr.

Oprettelse af ethvert system af smart hjem baseret på Arduino starter med oprettelsen af ​​projektet. Når du udvikler det, skal du forstå præcis hvilke funktioner og opgaver systemet skal udføre.

Et projekt baseret på Arduino Uno-løsningen indebærer typisk følgende opgaver.

• Sporing af vejrforholdene udenfor vinduet og rumtemperaturen og som følge heraf et passende svar på deres forandring. Enheden bliver normalt et element i et samlet system sammen med opvarmning, ventilationsanordninger og andre enheder.
• Overvågning af vinduer og døre - de er lukket eller åbne.
• Generer en lyd, når bevægelsesføleren er aktiveret, hvis alarmfunktionen er aktiv.
• Automatisk styring af husholdningsapparater.
• Kontrol af elforbrug, takket være den automatiske tilslutning og afbrydelse af belysningsudstyr.
• Brandsikkerhed. Mekanismen giver ejeren et signal om tilstedeværelsen af ​​ild eller røg i rummet. Hvis et sofistikeret system er udviklet, kan det endda kalde brandmænd på plads.

• Gangen. Det er nødvendigt at tænde lyset automatisk, når det bliver mørkt udenfor, samt oprettelsen af ​​en bevægelsesdetekteringsmekanisme. Om aftenen er det gennemsnitlige effektlys normalt aktiveret, hvilket ikke bør forårsage ubehag for familiemedlemmer.
• Køkken. Aktivering og deaktivering af belysning i køkkenet udføres normalt manuelt. Afbrydelse kan være automatisk, hvis ingen går rundt i lokalet i lang tid. Hvis systemet registrerer, at en person begynder at lave mad, tændes hooden automatisk.
• Verandaen. Lysarmaturer kan aktiveres, enten når døren åbnes, når en person forlader bygningen, eller når ejeren nærmer sig huset, hvis det allerede er mørkt udenfor.
• Room. Inkluderingen af ​​belysningsindretninger udføres manuelt, selv om det er nødvendigt, og tilstedeværelsen af ​​en bevægelsesføler, kan aktivering foretages i auto-tilstand.

• Badeværelse. Når vi taler om dette rum, lad os sige, at det her normalt kommer ned til at styre en kedel. Den har selv en strømafbryder, når enheden slukker, når den når en bestemt vandtemperatur. Varmvarmeren styres afhængigt af den automatisering, der er til rådighed. Også ved indgangen til badeværelset kan du tænde lyset og aktivere udstødningen.

Når alle de ovenfor beskrevne punkter er blevet så klare som muligt, udarbejdes den tekniske opgave, hvor kunden foretager ændringer. Når den endelige version er lavet, vil den være grundlaget for dannelsen af ​​estimatdokumentationen for projekttypearbejdet.

Projektet består normalt af følgende komponenter:

• et forklarende dokument, der beskriver de forskellige delsystemer
• layout af kontrolenheder
• skematisk plan for kabelbaner;
• et projekt til at placere enheder i automatiske skabe
• Grundlæggende muligheder for tilslutning af apparater i sådanne frysere
• forbindelse planer;
• kabel magasin;
• forskellige specifikationer.

Derudover gennemføres prisberegningen af ​​det "smarte hjem" i fase af projektets dannelse.

Prisen vil afhænge af sådanne faktorer:

• antal enheder;
• Udvalgt udstyr og delsystemer.

Det skal siges, at stadierne for at skabe et "smart home" system med involvering af specialister eller med egne hænder, vil være de samme. I sidstnævnte tilfælde vil den færdige version som helhed dog koste betydeligt mindre, end hvis den tiltrækker specialister, der allerede mangler på markedet. Af denne grund vil deres løn være passende, hvilket betyder, at hvis du ikke ønsker at bruge ekstra penge, så kan du gøre det alene. Så lad os starte med komponenterne til dette system, hvis du besluttede at lave det selv selv.

Hvis vi taler om systemkonfigurationen, Teknologien vil indeholde følgende sæt af komponenter:

• bevægelsesføler;
• temperatur og fugtighed sensor;
• lyssensor;
• et par temperatursensorer med DS18B20 mærkning;
• Ethernet modul mærke ENC28J60;
• mikrofon;
• reed switch;
• relay;
• snoet par kabel;
• Ethernet-kabel;
• en modstand med en modstand på 4,7 kg
• mikroprocessorkort arduino.

Det skal siges, at det smarte hjem skal være udstyret udelukkende med LED-lys, da de sædvanlige muligheder simpelthen ikke kan modstå en masse spænding.Når projektet er klar, og alle nødvendige dele allerede er købt, skal du starte tilslutning af sensorer og controllere. Dette bør ske udelukkende i henhold til den skema, der blev oprettet tidligere. Kontakterne skal være fuldt isolerede.

Kort fortalt vil forbindelsesalgoritmen se ud som følger:

• installationskode;
• opsætning af en ansøgning til pc eller mobil
• port forwarding;
• implementering af software test og sensorer;
• fejlfinding, hvis de blev registreret under testen.

Så lad os starte med at installere koden.

For det første skal brugeren skrive softwaren i Arduino IDE. Det præsenterer:

• tekst editor;
• projekt skaber;
• kompileringsprogram
• præprocessor;
• værktøj til download af software til Arduino mini-processor.

Det skal siges, at der er softwareversioner til de primære computersystemer - Windows, Linux, Mac OS X. Hvis vi taler om det anvendte programmeringssprog, så er dette C ++ med en række forenklinger. Programmer skrevet af brugere til Arduino kaldes almindeligvis som skitser. Systemet opretter automatisk en række funktioner, og brugeren behøver ikke at forstå deres stavemåde og foreskriver en liste over fælles handlinger. Der er heller ikke behov for at tilføje filer i hovedtekst af almindelige biblioteker. Men brugerdefineret indlejring er nødvendig.

Du kan tilføje biblioteker til projekt IDE manager ved hjælp af forskellige metoder. I form af kildekoder, skrevet i C ++, bliver der tilføjet en separat mappe på IDE-shell'ens arbejdsmappe. Nu vises navne på de krævede biblioteker i en bestemt IDE-menu. De, du markerer, vil blive inkluderet i kompileringslisten. IDE'en har et lille antal indstillinger, og der er ingen mulighed for at indstille kompilatorens subtiliteter overhovedet. Dette er gjort, så en uvidende person ikke gør fejl.

Hvis du downloadede biblioteket, skal det udpakkes og blot indsættes i IDE. I programteksten er der kommentarer, som forklarer princippet om sit arbejde. Det skal bemærkes, at alle applikationer på Arduino arbejder på samme teknologi: brugeren sender en anmodning til processoren, og han downloader igen den nødvendige kode på enhedens skærm. Når en person trykker på Opdater nøglen, sender mikrocontrolleren oplysninger. Med hvert af siderne med en bestemt betegnelse er en programkode, der vises på skærmen.

Det næste sæt af handlinger er at installere klienten på en personlig computer eller smartphone. Du kan downloade det på internettet, på Google Play Market eller fra en anden kilde. For at gøre dette skal du åbne filen på den telefon, du downloadede, så klik på den og i det viste vindue klik på "Install" knappen. Samtidig skal du være opmærksom på, at denne mulighed skal aktiveres, der tillader installation af programmer ikke fra Google Play-tjenesten. For at aktivere denne indstilling skal du indtaste indstillingsafsnittet og vælge "Sikkerhed" -elementet der. Dette er den måde at aktivere den tilsvarende mulighed på. Når installationen er færdig, kan du aktivere programmet og konfigurere det.

Ved hjælp af denne software kan du ikke kun modtage oplysninger fra systemet, men også administrere - for eksempel aktivere og deaktivere alarmen. Hvis indstillingen er aktiv, så når bevægelsesføleren er aktiveret, modtager programmet de relevante oplysninger. Bemærk, at Arduino afstemmer programmet for at aktivere bevægelsesføleren med intervaller på 60 sekunder.

Den næste fase af forbindelse er at oprette browserprogrammet til brug med "smart home". I adresselinjen skal du indtaste en bestemt sekvens, som vil være din computers IP-adresse. Efter implementeringen af ​​denne handling vil brugeren kunne modtage information fra "smart home" og evnen til at administrere den.

Derefter kan du fortsætte med at arbejde med routeren. Det skal åbne havnen.

Du kan gøre dette ved hjælp af følgende algoritme:

• åbne indstillinger;
• registrer adressen til Arduino microcontroller;
• Åbent 80. port.

Nu skal du oprette en konto på Noip portalen. com. Selvom dette trin er valgfrit, er der et behov for det, hvis adressen skal have et domænenavn. Du skal gå gennem registreringsprocessen på portalen www. noip. com, og derefter gå til Tilføj værts kategori og specificer IP-systemet. Efter at have gennemgået denne procedure vil det være muligt at få adgang ikke kun via IP, men også efter domæne. Ved dette er projektets dannelse afsluttet, og du kan tjekke systemet for dets ydeevne.

Da komponenter, der er kompatible med Arduino, produceres af et stort antal producenter, og Arduino selv ikke kan styre produkter, står brugeren over for sandsynligheden for at erhverve en komponent, der vil fungere, for at sige det mildt, forkert. Generelt eksisterer denne situation allerede i segmentet af oprettelsen af ​​pc'er. For længe siden gjorde IBM arkitekturen af ​​sine pc'er åbne, hvorfor forskellige virksomheder begyndte at producere kompatible computere.

Samtidig er kvaliteten af ​​dele og graden af ​​kompatibilitet faldet. I modsætning hertil er det Apples politik, der begrænsede antallet af udviklere, der havde adgang til arkitekturen.

Brugere noterede følgende funktioner i driften af ​​en række Adruino komponenter.

• På en række Arduino mikroprocessor løsninger, når et relæ er lukket, der er forbundet til dem, er en COM-port brudt. Derfor kan microcontroller ikke indlæse skitsen. Når du starter denne procedure, går udstyret til genstart. Det mest interessante er, at relæet gør et klik, COM-porten er slukket, og skissen lastes ikke.
• I tilfælde af en fejl i mikrocontrolleren eller forekomsten af ​​en kodefejl, er det bedre at anvende vellukkede relæer, som håndbetjente kontakter er forbundet i serie.
• Døren lukker sensoren kan undertiden fungere falsk. Af denne grund er skissen oprettet, så systemet udfører den ønskede handling, når der modtages et par signaler på én gang.
• For en enhed, der er ansvarlig for brandalarm, er det bedst at bruge en røgdetektor i stedet for en branddetektor. Sidstnævnte har en fejl - det opdager brand ikke mere end tredive centimeter fra sig selv.

• Temperaturfølermodellen DHT11, som kommer i det såkaldte standard sæt, giver en alvorlig fejl i niveauet to til tre grader. I konstruktionen er det bedre at bruge modellen DHT22, som er meget mere præcis. Og uden for vinduet er det bedre at bruge DHT21. Det kan arbejde selv ved temperaturer under nul og er modstandsdygtig over for mekaniske skader.
• For at konfigurere processtyring ved hjælp af klap, tager et antal brugere ubevidst en lyd detektor i stedet for en mikrofon, hvor der er en tærskelindstilling af manuel type. Til sådanne formål er denne anordning ikke egnet på grund af den forhold, at den har en relativt lille handlingsradius. Og sensoren transmitterer signaler med små tidsimpulser. I nærværelse af en storskitse, hvis behandling tager tid, tager mikrokontrolleren simpelthen ikke ind signalerne.

Det skal siges, at for visualisering af processer i det pågældende system kan digitale displaykort eller et flydende krystaldisplay anvendes. Men dette er ikke den bedste løsning i dette tilfælde. Brug af en separat tilstandsbehandling server til visualisering vil være mest effektive. Det kan implementeres på Node. js, som giver dig mulighed for at implementere enhver server. Naturligvis taler vi om at behandle staterne i Adruino-bestyrelsen.

Denne teknologi bruges til at udføre opgaverne i det såkaldte internet af ting, hvorfor det er egnet til at visualisere systemautomatisering. Du skal bare oprette en server og handler i JavaScript, så det vil være nemt at vise totalværdien i en hvilken som helst enhed i browseren. Som hardwarebase kan du bruge den samme mikrocomputer Raspberry Pi eller PC. Men mulighederne for automatiseringsmekanismen vil stige betydeligt. For eksempel på serveren er mængden af ​​hukommelse ubegrænset, og serverprogrammet kan oprettes på en sådan måde, at det forvalter alt.

Med denne type server kan du endda forbinde ting sammen. Ideen er at visualisere de automatiske processer derhjemme ved hjælp af sky-tjenester. En anden mulighed er at modtage information og styre systemet via SMS.

Den kendsgerning, at et sådant "smart hjem" baseret på Arduino, se følgende video.