Какво е "интелигентен дом", базиран на Ардуино?

Напоследък все повече и повече иновационни технологии проникват в различни сфери на нашия живот. Тяхното използване може значително да подобри комфорта и да спести време на човек за различни задачи. Днес ще се докоснем до темата на т.нар. "Умни къщи" и ще разкажем за техните характеристики, предимства, недостатъци и технология за създаване.

Ако разбирате термина "интелигентен дом", тогава най-близкият аналог, който ще бъде ясен за повечето хора, е фразата "домашна автоматизация".Смисълът на тези неща е да се осигури автоматичното изпълнение на различните процеси, които се случват в стаята. Този механизъм може да се използва не само в жилищни сгради, но и в офиси, както и в различни специализирани съоръжения.

Първата функция, която трябва да се спомене, е възможността за събиране на система като дизайнер. Това представлява наличието на централен елемент на платформата Arduino, представляван от централен контролер, където се подава цялата информация от различните инсталирани системи в къщата. И доколкото е възможно, е позволено да се добавят нови компоненти към системата - да се контролира светлината в различни помещения, да се съобщава на собственика за появата на различни непредвидени ситуации, да се следят климатичните условия, да се наблюдават инженерните механизми.

Но трябва да се разбере, че няма ясни идеи, какви компоненти и механизми трябва да бъдат в такава система. Това означава, че това е понятие, а не конкретен продукт. Ако е необходимо, можете да поставите някоя система, а останалите не. Това означава, че започваме с нещо малко и, ако е необходимо, увеличаваме функционалността на къщата, като получаваме нови възможности в областта на жилищното управление. Една от най-важните характеристики е способността за интелигентно управление на осветлението. Използването на такава система в ежедневието може сериозно да спести ресурси, тъй като осветлението е включено само когато човек е в стая.

Следващата функция е контролът на вътрешния климат. Описаният механизъм е еднакво важен. Например, автоматизирането на отоплението ще бъде изключително важно не само за спасяване през студения сезон, но и за включване на отоплението в точното време, тъй като не винаги е възможно да се активира с рязко понижаване на температурата.Ако имате автономно отопление на базата на котела, тогава ако има топлосензорни сензори и механизъм за наблюдение на газовия поток в случай на авария, собственикът ще бъде уведомен и ще може да реагира бързо на него в реално време.

Друго предимство е техническото оборудване на различните системи. С инсталирането на автоматизацията собственикът на къщата получава възможността да изпълнява различни действия: намали щорите, включи телевизионния екран или медийния плейър. Чрез свързването на тези и други системи към общ механизъм, всъщност можете да създадете условия за активиране на устройство, като натиснете само един клавиш.

Следващата функция е системата за сигурност. Механизмът на "интелигентния дом" повишава нивото на защита срещу нахлуване в къщата на неканени гости в отсъствието на собствениците. Къщата е просто превърната в почти непревземаем обект. Освен това системата може да имитира ефекта от това, че е в къщата, като включва и изключва светлината, а камерите за наблюдение предават на собственика актуална информация за дейността в къщата или в околността, което спестява защита.Системата има редица други средства, които ще неутрализират нарушителя, ако е необходимо.

А последната функция, за която искам да кажа, е прост и достъпен контрол. Въпреки огромната си функционалност описаната система може да се контролира дори от дете. За това обикновено се използва малко дистанционно управление с традиционни превключватели и специални панели. В допълнение, механизмите могат да се управляват от компютър или мобилно устройство. През последните години се въвеждат решения, както и гласов контрол. Както можете да видите, такава система има много функции, които я правят отлично интегрирано решение за дома или всеки друг обект.

Днес голям брой модификации и комплекти, базирани на Arduino, където въпросната система може да бъде реализирана. Големият брой компании, които произвеждат такива механизми, вече правят контролери с вградени Wi-Fi и Bluetooth системи, което позволява да се контролира системата в помещенията чрез мобилна. Съществуват и решения, при които управлението се осъществява чрез Ethernet тип интерфейс, а това е кабелен метод, използващ оптични кабели чрез домашна мрежа от типа "домашен".Превключватели обикновено се добавят към такива решения, както и Wi-Fi маршрутизатори, което позволява безжични връзки, освен ако не е предвидено друго от самия контролер.

Свързването на конвенционалните ръчни превключватели може да се извърши на централния контролер по два начина:

• използване на електрически кабели;
• чрез безжична технология.

Както можете да видите, има голям брой компоненти на "интелигентния дом".

Обикновено системата се състои от следните възли, които могат да бъдат представени от различни видове устройства:

• централен системен контролер, обикновено представен от главен възел, както и дискретни модулатори на изходните входове;
• Разширителни и комуникационни устройства, които включват рутери, различни комутатори, както и GPS и GPRS модули;
• устройства, които отговарят за превключване на електрически вериги - релета, димери и захранващи устройства;
• устройства за ефективност - различни видове клапани (вода, газ);
• части за управление на системата - докосващи панели, таблети, персонални цифрови помощници и конзоли;
• различни измервателни части - устройства, сензори и сензори (става дума за сензори на светлина, температура и движение).

При избора на оборудване за базиран на Arduino механизъм е необходимо да се вземе предвид кой метод за предаване на информация ще използва дадена система. Например, възможно е да се даде сравнително общ стандарт EIB \ KNX. Тук обикновено се използват захранващи мрежи, компютърни мрежи, както и радио канали. Същевременно има стандартен X10, където обикновените обикновени AC променливи с напрежение 230 волта се използват за предаване на информация.

Говорейки за добродетелите на интелигентен дом, базиран в Ардуино, Трябва да се отбележат следните точки.

• Големи възможности за установяване на работата на целия механизъм. Това означава, че потребителят може независимо да напише програма, която може да изпълнява алгоритми с различни нива на сложност.
• Ако е необходимо, системата може да работи самостоятелно поради наличието на собствен контролер.
• Изтеглянето на програма е лесно, защоточе програмистът не е необходим за това, но всичко се прави с помощта на USB интерфейс, тъй като буутлоудъра просто се инсталира в микроконтролера.
• Доста ниска цена на компонентите на системата. Това се дължи на факта, че различните производители нямат изключителни права. По тази причина архитектурната архитектура е класифицирана като отворена.

• Наличието на код с отворен код, който позволява на потребителя да управлява директно механизма на интелигентен дом.
• Достъпността е, че потребителят избира кои сензори и механизми, от които се нуждае.
• Универсалност и способност за реализиране на най-интересните идеи. Няма указания или стандарти за това, какво трябва да бъде един интелигентен дом, базиран в Ардуин. Това означава, че потребителят може да направи системата така, както той иска, тъй като собственикът не се ограничава до нищо по отношение на инсталирането на сензори в спалнята или кухнята.
• Възможност за самофирменен товарач.
• Наличието на конектор на процесорите Arduino, който позволява програмиране в системата.

Както всеки механизъм, тази система има някои недостатъци.

• Въпреки отвореността на системата, за да я овладеете и да я използвате успешно, ще се нуждаете от знания от редица специфични области, включително програмиране, ремонт и електроника.
• Необходимостта да отделите значително време за внедряване и персонализиране на собствения си проект, тъй като всеки проект е по своята същност уникален и може да направи малко повече от други.
• Трудности в директната конфигурация на Arduino поради факта, че този механизъм работи само с малък брой операционни системи.
• Наличието на вероятност от софтуерни повреди, които могат да доведат до проблеми или неспособност на екип. Поради тази причина от време на време е необходимо да се направи диагноза за здравето на оборудването.

• Радиация от различни типове, които са неизбежни с този контролен алгоритъм.
• Необходимостта да се разпредели пространство за специален шкаф, където ще се намират допълнително оборудване и жици.
• Ако контролът се осъществява чрез интернет, тогава данните, които се предават между компонентите на механизма, могат да бъдат задържани от нарушители.Частично решение на проблема ще бъде изключително сигурна връзка. Но за да се гарантира, че ще са необходими много пари, инвестирани в модернизацията на оборудването.

Създаването на всяка система от интелигентни домове, базирани на Arduino, започва с създаването на проекта. Когато го развивате, трябва да разберете точно какви функции и задачи трябва да изпълнява системата.

Обикновено проект, базиран на решението Arduino Uno, включва следните задачи.

• Мониторинг на климатичните условия извън прозореца и стайната температура и в резултат на това адекватен отговор на тяхната промяна. Устройството обикновено се превръща в елемент на унифицирана система, заедно с отопление, вентилационни устройства и други устройства.
• Мониторинг на състоянието на прозорците и вратите - те са затворени или отворени.
• Генерирайте звук, когато сензорът за движение е активиран, ако функцията за аларма е активна.
• Автоматичен контрол на битовите уреди.
• Контрол на потреблението на електроенергия, благодарение на автоматичното свързване и изключване на осветителното оборудване.
• Пожарна безопасност.Механизмът дава на собственика сигнал за наличието на огън или дим в стаята. Ако се развие усъвършенствана система, тя дори може да призове пожарникарите на място.

• Входното антре. Необходимо е автоматично да се включва светлината, когато тя потъмнее навън, както и създаването на механизъм за откриване на движение. През нощта средната светлина на захранването обикновено се активира, което не бива да предизвиква дискомфорт за членовете на семейството.
• Кухня. Активирането и деактивирането на осветлението в кухнята обикновено се извършва ръчно. Прекъсването на връзката може да става автоматично, ако никой не ходи в стаята дълго време. Ако системата установи, че дадено лице започва да готви, аспираторът автоматично се включва.
• Верандата. Активирането на осветителните устройства може да се извърши или когато вратата се отвори, когато човек напусне сградата, или когато собственикът се приближи до къщата, ако вече е тъмно навън.
• Room. Включването на светлинни устройства се извършва ръчно, въпреки че, ако е необходимо, и наличието на сензор за движение, активирането може да се извърши в автоматичен режим.

• Баня. Говорейки за тази стая, да кажем, че тук обикновено се свежда до управлението на котел. Самата тя има превключвател на захранването, когато устройството се изключи, когато достигне определена температура на водата. Управлението на нагревателя ще се извършва в зависимост от наличната автоматизация. Също така, на входа на банята можете да включите светлината и да включите ауспуха.

След като всичките точки, описани по-горе, станат възможно най-ясни, се подготвя техническата задача, при която клиентът прави промени. Когато бъде направена окончателната версия, тя ще бъде основата за формиране на документацията за приблизителната оценка на проекта.

Обикновено проектът се състои от следните компоненти:

• обяснителен документ, описващ различните подсистеми;
• разположение на устройствата за управление;
• схематичен план на кабелните писти;
• проект за поставяне на устройства в шкафове за автоматизация;
• основни опции за свързване на уреди в такива шкафове;
• планове за връзка;
• кабелно списание;
• различни спецификации.

Освен това, на етапа на формиране на проекта, се изчислява цената на "интелигентния дом".

Цената ще зависи от следните фактори:

• брой устройства;
• избрано оборудване и подсистеми.

Трябва да се каже, че етапите на създаване на система за "интелигентен дом" с участието на специалисти или със собствените си ръце ще бъдат еднакви. В последния случай готовата версия като цяло ще струва значително по-малко, отколкото ако привлича специалисти, които вече липсват на пазара. Поради тази причина техните заплати ще бъдат подходящи, което означава, че ако не искате да харчите допълнителни пари, можете да го направите сами. Така че, нека да започнем с компонентите на тази система, ако решите да го създадете сами в края на краищата.

Ако говорим за конфигурацията на системата, Технологията ще включва следния набор от компоненти:

• сензор за движение;
• сензор за температура и влажност;
• сензор за светлина;
• чифт температурни сензори с маркировка DS18B20;
• Етернет модул ENC28J60;
• микрофон;
• тръбен ключ;
• реле;
• усукана двойка кабел;
• Ethernet кабел;
• резистор, имащ съпротивление от 4,7 килограма;
• микропроцесорна ардуинова дъска.

Трябва да се каже, че интелигентният дом трябва да бъде оборудван изключително с LED светлини, тъй като обичайните опции просто не могат да издържат на много напрежение. Когато проектът е готов и всички необходими части вече са закупени, трябва да започнете да свързвате сензори и контролери. Това трябва да се извършва изключително в съответствие със схемата, създадена по-рано. Контактите трябва да бъдат напълно изолирани.

Накратко, стъпка по стъпка алгоритъмът за свързване ще изглежда така:

• инсталационен код;
• настройване на приложение за компютър или мобилен телефон;
• пристанище за спедиция;
• внедряване на софтуерно тестване и сензори;
• отстраняване на неизправности, ако те са открити по време на тестването.

Затова нека започнем с инсталирането на кода.

Първо, потребителят трябва да напише софтуера в IDE на Arduino. Тя представя:

• текстов редактор;
• създател на проекта;
• програма за компилиране;
• предпроцесорни;
• инструмент за изтегляне на софтуер към мини-процесор Arduino.

Трябва да се каже, че има версии на софтуера за основните операционни системи на компютъра - Windows, Linux, Mac OS X. Ако говорим за използвания програмен език, говорим за C ++ с редица опростявания. Програмите, написани от потребителите за Arduino, обикновено се наричат ​​скици. Системата автоматично създава редица функции и потребителят не е необходимо да разбира тяхното писане, като предписва списък с общи действия. Също така, няма нужда да добавяте файлове от типа заглавка на обикновени библиотеки. Но е необходимо персонализирано вграждане.

Можете да добавяте библиотеки към мениджъра на проекта IDE, като използвате различни методи. Под формата на изходни кодове, написани на C ++, се добавя към отделна директория в работната директория на IDE shell. Сега имената на необходимите библиотеки се показват в конкретно IDE меню. Тези, които маркирате, ще бъдат включени в списъка за съставяне. IDE има малък брой настройки и изобщо не е възможно да се задават тънкостите на компилатора изобщо. Това се прави така, че незнаещият да не прави никакви грешки.

Ако сте изтеглили библиотеката, тя трябва да бъде разопакована и просто да бъде поставена в IDE. В текста на програмата има коментари, които обясняват принципа на нейната работа. Трябва да се отбележи, че всички приложения на Arduino работят върху една и съща технология: потребителят изпраща заявка до процесора и той на свой ред изтегля необходимия код на екрана на устройството. Когато човек натисне бутона за опресняване, микроконтролерът изпраща информация. Всяка от страниците със специално обозначение е програмен код, който ще се покаже на екрана.

Следващият набор от действия е да инсталирате клиента на персонален компютър или смартфон. Можете да го изтеглите в интернет, в Google Play Market или от друг източник. За да направите това, трябва да отворите файла на изтегления от вас телефон, след това да кликнете върху него и в прозореца, който сте показали, кликнете върху бутона "Инсталиране". Същевременно трябва да знаете, че за тази цел трябва да бъде активирана опцията, която позволява инсталирането на софтуер, не от услугата Google Play. За да активирате тази опция, трябва да въведете секцията за настройки и да изберете елемента "Защита" там.Това е начинът да активирате съответната опция. Когато инсталацията приключи, ще бъде възможно да активирате приложението и да го конфигурирате.

С този софтуер можете не само да получавате информация от системата, но и да управлявате - например активирате и дезактивирате алармата. Ако опцията е активна, тогава когато сензорът за движение е активиран, програмата ще получи подходящата информация. Обърнете внимание, че ардуино проучва програмата, за да активира сензора за движение на интервали от 60 секунди.

Следващият етап от свързването е настройването на програмата на браузъра за използване с "интелигентния дом". В адресния ред трябва да въведете конкретна последователност, която ще бъде IP адресът на вашия компютър. След изпълнението на това действие потребителят ще може да получава информация от "интелигентния дом" и възможността да го управлява.

След това можете да продължите да работите с рутера. Трябва да отвори пристанището.

Можете да направите това, като използвате следния алгоритъм:

• отворени настройки;
• регистрирайте адреса на микроконтролера Arduino;
• отворен осемдесет порта.

Сега трябва да настроите сметка в портала Noip. МС.Въпреки че тази стъпка е незадължителна, има нужда от нея, ако адресът трябва да получи име на домейн. Трябва да преминете през регистрационния процес на портала www. No-IP. com, след това отидете в категорията Add host и определете IP системата. След като преминете през тази процедура, ще можете да получите достъп не само по IP, но и по домейн. При това завършването на проекта е завършено и можете да проверите системата за нейното изпълнение.

Като се има предвид, че компонентите, съвместими с Arduino, се произвеждат от голям брой производители и самият Arduino не може да контролира продуктите, потребителят се сблъсква с вероятността да придобие компонент, който да работи, за да го постави леко, неправилно. По принцип тази ситуация вече съществува в сегмента на създаването на персонални компютри. Преди много време IBM направи архитектурата на своите персонални компютри отворена, затова различни компании започнаха да произвеждат съвместими компютри.

В същото време качеството на частите и степента на съвместимост са паднали. За разлика от това, това е политиката на Apple, която значително ограничава броя на разработчиците, които имат достъп до архитектурата си.

Потребителите отбелязаха следните функции при работата с редица компоненти на Adruino.

• При редица решения с микропроцесор на Arduino, когато релето е затворено, което е свързано с тях, се нарушава портът тип COM. По тази причина микроконтролерът не може да зареди скицата. Когато стартирате тази процедура, оборудването започва да се рестартира. Най-интересното е, че релето прави щракване, COM портът е изключен и скицата не се зарежда.
• В случай на неизправност на микроконтролера или възникването на кодова грешка, е по-добре да използвате добре затворени релета, към които са свързани серийно ръчни превключватели.
• Сензорът за затваряне на врата може понякога да действа неправилно. По тази причина скицата е създадена така, че системата да изпълнява желаното действие, когато получава два сигнала наведнъж.
• За устройство, което отговаря за пожароизвестителната сигнализация, най-добре е да използвате детектор за дим, вместо пожароизвестител.Последният има недостатък - той открива огън не повече от тридесет сантиметра от себе си.

• Моделът за температурен датчик DHT11, който се предлага в така наречения стандартен комплект, дава сериозна грешка на ниво от две до три градуса. В конструкцията е по-добре да използвате модела DHT22, който е много по-точен. И извън прозореца е по-добре да използвате DHT21. Той може да работи дори при температури под нулата и е устойчив на механични повреди.
• За да конфигурирате контрола на процеса, като използвате кламер, някои потребители несъзнателно приемат звуков детектор вместо микрофон, където има настройка на прага от ръчен тип. За такива цели това устройство не е подходящо поради факта, че има относително малък радиус на действие. Да, и сензорът предава сигнали с малки импулси за време. При наличието на голяма скица, чиято обработка отнема време, микроконтролерът просто не улавя сигналите.

Трябва да се каже, че за визуализиране на процесите в разглежданата система могат да се използват цифрови дисплеи или течнокристален дисплей. Но това не е най-добрият вариант в този случай. Използването на отделен сървър за обработка на сървъра за визуализация ще бъде най-ефективно. Тя може да бъде изпълнена на възел. js, което ви позволява да внедрите всеки сървър. Разбира се, става въпрос за обработка на държавите от борда Adruino.

Тази технология се използва за изпълнение на задачите на т. Нар. "Интернет на нещата", поради което е подходяща за визуализация на автоматизацията на системата. Трябва само да създадете сървър и драйвер в JavaScript, след което ще бъде лесно да се покаже общата сума в браузъра на всяко устройство. Като хардуерна база можете да използвате същия микропроцесор Raspberry Pi или PC. Но възможностите на механизма за автоматизация ще се увеличат значително. Например, на сървъра количеството памет е неограничено и сървърната програма може да бъде създадена по такъв начин, че да управлява всичко.

С този тип сървър можете дори да свържете нещата заедно. Става въпрос за визуализирането на автоматичните процеси у дома с помощта на облачните услуги.Друга възможност е да получавате информация и да контролирате системата чрез SMS.

Фактът, че такъв "интелигентен дом", базиран на Ардуино, вижда следния видеоклип.