Kas yra „protingas namas“, paremtas „Arduino“?

Neseniai vis daugiau ir daugiau novatoriškų technologijų įsiskverbia į įvairias mūsų gyvenimo sritis. Jų naudojimas gali gerokai pagerinti komfortą ir sutaupyti asmens laiką įvairioms užduotims. Šiandien kalbėsime apie vadinamuosius „protingus namus“ ir pasakysime apie jų ypatybes, privalumus, trūkumus ir kūrimo technologiją.

Jei suprantate terminą „protingas namas“, tuomet artimiausias analogas, kuris bus aiškus daugeliui žmonių, yra frazė „namų automatizavimas“. Tokių dalykų reikšmė yra užtikrinti automatinį įvairių procesų, vykstančių kambaryje, įgyvendinimą. Toks mechanizmas gali būti naudojamas ne tik gyvenamuosiuose pastatuose, bet ir biuruose, taip pat įvairiose specializuotose patalpose.

Pirmiausia reikėtų paminėti galimybę rinkti sistemą kaip dizainerį. Tai reiškia centrinio elemento buvimą „Arduino“ platformoje, kuriai atstovauja centrinis valdiklis, kuriame visa informacija, gauta iš įvairių sistemų, įdiegtų namuose. Ir, kiek įmanoma, leidžiama į sistemą įtraukti naujus komponentus - valdyti šviesą skirtinguose kambariuose, pranešti savininkui apie įvairių nenumatytų situacijų atsiradimą, kontroliuoti klimato sąlygas, stebėti inžinerinius mechanizmus.

Tačiau reikia suprasti, kad nėra aiškių idėjų, kokie komponentai ir mechanizmai turėtų būti tokioje sistemoje. Tai yra sąvoka, o ne konkretus produktas. Jei reikia, galite įdėti vieną sistemą, o likusi - ne. Tai reiškia, kad mes pradedame nuo kažko mažo ir prireikus padidiname namo funkcionalumą, įgyjame naujų galimybių būsto valdymo srityje. Vienas iš svarbiausių bruožų yra gebėjimas protingai valdyti apšvietimą. Tokios sistemos naudojimas kasdieniame gyvenime gali rimtai sutaupyti išteklių, nes apšvietimas įjungiamas tik tada, kai asmuo yra kambaryje.

Kitas bruožas yra patalpų klimato kontrolė. Aprašytas mechanizmas yra vienodai svarbus. Pavyzdžiui, šildymo automatizavimas bus ypač svarbus ne tik taupant šaltuoju metų laiku, bet ir įjungiant šildymą tinkamu laiku, nes ne visada įmanoma jį aktyvuoti, staiga sumažėjus temperatūrai. Jei turite autonominį šildymą pagal katilą, tuomet, jei avarijos atveju yra šiluminiai jutikliai ir dujų srauto valdymo mechanizmas, savininkas bus informuotas ir galės greitai reaguoti į jį realiu laiku.

Kitas privalumas yra įvairių sistemų techninė įranga. Įdiegus automatiką, namo savininkas gauna galimybę atlikti įvairius veiksmus: nuleisti žaliuzes, įjungti televizoriaus ekraną ar medijos leistuvą.Prijungdami šiuos ir kitus sistemas prie bendro mechanizmo, galite sukurti sąlygas aktyvuoti prietaisą paspausdami tik vieną klavišą.

Kitas bruožas yra apsaugos sistema. „Išmaniojo namo“ mechanizmas suteikia naują lygį apsaugai nuo įsilaužimo į nekviestų svečių namus, kai nėra savininkų. Namas tiesiog paverčiamas beveik neįveikiamu objektu. Be to, sistema gali imituoti buvimo namuose poveikį, įjungdama ir išjungdama šviesą, o stebėjimo kameros perduoda priimančiajai šaliai naujausią informaciją apie veiklą namuose ar aplinkinėje teritorijoje, taupančią apsaugą. Sistema turi keletą kitų priemonių, kurios prireikus neutralizuos nusikaltėją.

Ir paskutinė funkcija, kurią noriu pasakyti, yra paprastas ir prieinamas valdymas. Nepaisant didžiulio funkcionalumo, aprašyta sistema gali būti kontroliuojama net vaiko. Paprastai naudojamas mažas nuotolinis valdymas su tradiciniais jungikliais ir specialiomis plokštėmis. Be to, mechanizmus galima valdyti iš kompiuterio ar mobiliojo prietaiso. Ir pastaraisiais metais diegiami sprendimai ir balso valdymas. Kaip matote, tokia sistema turi daug funkcijų, dėl kurių jis yra puikus integruotas sprendimas namams ar kitam objektui.

Šiandien daugybė pakeitimų ir komplektų, paremtų „Arduino“, kur galima įdiegti atitinkamą sistemą. Didelė dalis tokių mechanizmų gaminančių kompanijų jau valdo valdiklius su įmontuotomis „Wi-Fi“ ir „Bluetooth“ sistemomis, o tai leidžia valdyti sistemą patalpose per mobilųjį. Taip pat yra sprendimų, kai valdymas atliekamas per Ethernet tipo sąsają, tai yra laidinis metodas, naudojant optinio pluošto kabelius per vietinio tipo namų tinklą. Paprastai tokiems sprendimams pridedami jungikliai, taip pat „Wi-Fi“ maršrutizatoriai, kurie leidžia belaidį ryšį, nebent pats kontrolierius nustato kitaip.

Įprastų rankinių jungiklių prijungimą centriniame valdiklyje galima atlikti dviem būdais:

• naudojant elektros laidus;
• bevielio ryšio technologija.

Kaip matote, yra daug „protingo namų“ komponentų.

Paprastai sistemą sudaro šie mazgai, kuriuos gali atstovauti įvairūs įrenginiai:

• centrinį sistemos valdiklį, paprastai atstovaujamą pagrindinio mazgo, ir diskrečiųjų išėjimo įvesties moduliatorių;
• Plėtimo ir ryšio įrenginiai, įskaitant maršrutizatorius, įvairius jungiklius, taip pat GPS ir GPRS modulius;
• prietaisai, atsakingi už elektros grandinės perjungimą - reles, reguliatorius ir maitinimo šaltinius;
• veikimo įtaisai - įvairių tipų vožtuvai (vanduo, dujos);
• sistemos valdymo dalys - jutikliniai skydai, tabletės, asmeniniai skaitmeniniai asistentai ir konsolės;
• įvairios matavimo dalys - prietaisai, jutikliai ir jutikliai (kalbame apie šviesos, temperatūros ir judesio jutiklius).

Renkantis Arduino pagrindu veikiančio mechanizmo įrangą, būtina atsižvelgti į tai, kokį informacijos perdavimo būdą naudoja atitinkama sistema. Pavyzdžiui, galima suteikti gana bendrą standartą EIB KNX. Čia dažniausiai naudojami elektros tinklai, kompiuteriniai tinklai, taip pat radijo kanalai. Tuo pačiu metu yra standartas X10, kuriame informacijos perdavimui naudojami įprastiniai paprastieji kintamosios srovės maitinimo šaltiniai, kurių įtampa yra 230 voltų.

Kalbant apie „Arduino“ pagrįstos „protingo namo“ dorybes, Reikia atkreipti dėmesį į šiuos punktus.

• Didžiosios galimybės sukurti viso mechanizmo darbą.Tai reiškia, kad vartotojas gali savarankiškai rašyti programą, kuri gali atlikti įvairaus sudėtingumo algoritmus.
• Jei pageidaujama, sistema gali veikti autonomiškai dėl savo valdiklio buvimo.
• Programos atsisiuntimas nėra sudėtingas dėl to, kad programuotojui to nereikia, bet viskas daroma naudojant USB sąsają, nes įkrovos paleidėjas yra paprasčiausiai įdiegtas mikrokontroleriuje.
• Palyginti maža sistemos komponentų kaina. Taip yra dėl to, kad skirtingi gamintojai neturi išimtinių teisių. Dėl šios priežasties „Arduino“ architektūra klasifikuojama kaip atvira.

• Atviro kodo buvimas, kuris leidžia vartotojui tiesiogiai valdyti protingo namo mechanizmą.
• Prieinamumas yra tas, kad vartotojas pasirenka, kuriuos jutiklius ir mechanizmus jis turi.
• Universalumas ir gebėjimas įgyvendinti įdomiausias idėjas. Nėra jokių instrukcijų ar standartų, kurie turėtų būti „Arduino“ pagrįsti protingi namai. Tai reiškia, kad vartotojas gali padaryti sistemą taip, kaip jis nori, nes savininkas neapsiriboja nieko, kas reikalinga jutiklių įrengimui miegamajame ar virtuvėje.
• Savitarnos programinės įrangos krautuvo galimybė.
• Arduino procesoriaus plokščių kaiščio jungties buvimas, leidžiantis programuoti sistemoje.

Kaip ir bet kuris mechanizmas, ši sistema turi tam tikrų trūkumų.

• Nepaisant sistemos atvirumo, norint jį valdyti ir sėkmingai naudoti, jums reikės žinių iš daugelio konkrečių sričių, įskaitant programavimą, remontą ir elektroniką.
• Būtinybė praleisti daug laiko savo projektui įgyvendinti ir pritaikyti, nes kiekvienas projektas yra unikalus ir gali padaryti šiek tiek daugiau nei kiti.
• Sunkūs tiesioginio „Arduino“ konfigūravimo sunkumai dėl to, kad šis mechanizmas veikia tik su nedideliu operacinių sistemų skaičiumi.
• Programinės įrangos gedimų tikimybė, dėl kurios gali kilti problemų arba komanda gali neveikti. Dėl šios priežasties kartais reikia atlikti įrangos sveikatos diagnostiką.

• Įvairių tipų spinduliuotė, kuri yra neišvengiama su tokiu valdymo algoritmu.
• Poreikis skirti erdvę specialioms spintelėms, kuriose bus įrengta papildoma įranga ir laidai.
• Jei kontrolė vykdoma internetu, duomenys, perduodami tarp mechanizmo komponentų, gali būti sulaikyti įsibrovėlių. Dalinis problemos sprendimas bus tik saugus ryšys. Tačiau norint užtikrinti, kad reikės daug pinigų, investuotų į įrangos modernizavimą.

Bet kokios „Arduino“ pagrindu sukurtos sumaniosios namų sistemos sukūrimas prasideda nuo projekto kūrimo. Plėtojant jį turėtumėte tiksliai suprasti, kokias funkcijas ir užduotis sistema turi atlikti.

Paprastai projektas, paremtas „Arduino Uno“ sprendimu, apima šias užduotis.

• Stebėti oro sąlygas už lango ribų ir kambario temperatūrą ir, atitinkamai, tinkamai reaguoti į jų pokyčius. Įrenginys paprastai tampa vieningos sistemos elementu kartu su šildymu, vėdinimo įrenginiais ir kitais prietaisais.
• Langų ir durų būklės stebėjimas - jie yra uždaryti arba atidaryti.
• Jei įjungtas judesio jutiklis, jei įjungta aliarmo funkcija, generuokite garsą.
• Automatinis buitinių prietaisų valdymas.
• Elektros energijos suvartojimo kontrolė, naudojant apšvietimo įrangos automatinį prijungimą ir išjungimą.
• Priešgaisrinė sauga. Mechanizmas suteikia savininkui signalą apie gaisro ar dūmų buvimą kambaryje. Jei sukurta sudėtinga sistema, ji gali net skambinti gaisrininkams.

• Prieškambario. Būtina automatiškai įjungti šviesą, kai ji tamsėja lauke, taip pat sukurti judesio aptikimo mechanizmą. Naktį paprastai įjungiama vidutinė galios šviesa, kuri neturėtų sukelti diskomforto šeimos nariams.
• Virtuvė Apšvietimo įjungimas ir išjungimas virtuvėje paprastai atliekamas rankiniu būdu. Atjungimas gali būti automatiškas, jei ilgą laiką niekas neišeina aplink kambarį. Jei sistema nustato, kad asmuo pradeda gaminti maistą, gaubtas automatiškai įsijungia.
• Veranda. Apšvietimo įtaisų įjungimas gali būti atliekamas atidarius duris, kai asmuo išeina iš pastato, arba kai savininkas artėja prie namų, jei jis jau yra tamsus lauke.
• Kambarys Apšvietimo prietaisų įtraukimas atliekamas rankiniu būdu, nors prireikus ir judesio jutiklio buvimas gali būti įjungtas automatiniu režimu.

• Vonios kambarys. Kalbant apie šį kambarį, sakykime, kad čia paprastai susiduria su katilo valdymu. Jis pats turi maitinimo jungiklį, kai prietaisas išsijungia, kai pasiekia tam tikrą vandens temperatūrą. Vandens šildytuvas bus valdomas priklausomai nuo turimos automatikos. Be to, prie įėjimo į vonios kambarį galite įjungti šviesą ir įjungti išmetamųjų dujų kiekį.

Kai visi pirmiau aprašyti punktai tapo kuo aiškesni, rengiama techninė užduotis, kurioje klientas keičiasi. Kai bus parengta galutinė versija, tai bus pagrindas formuoti projekto tipo darbų sąmatą.

Paprastai projektą sudaro šie komponentai:

• aiškinamąjį dokumentą, kuriame aprašomi įvairūs posistemiai;
• valdymo įtaisų išdėstymas;
• kabelių laidų schema;
• įrenginių įrengimo automatinėse spintelėse projektas;
• pagrindinės įrangos prijungimo prie tokių spintų galimybės;
• ryšio planai;
• kabelių žurnalas;
• įvairių specifikacijų.

Be to, projekto kūrimo etape atliekamas „protingo namo“ kainų skaičiavimas.

Kaina priklausys nuo tokių veiksnių:

• įrenginių skaičius;
• pasirinkta įranga ir posistemiai.

Reikia pasakyti, kad „protingo namo“ sistemos kūrimo etapai, kuriuose dalyvaus specialistai arba jų pačių rankos, bus tokie patys. Tačiau pastaruoju atveju visa parengta versija kainuos žymiai mažiau nei tuo atveju, jei ji pritrauktų specialistų, kurie jau neturi rinkos. Dėl šios priežasties jų atlyginimai bus tinkami, o tai reiškia, kad jei nenorite išleisti papildomų pinigų, tai galite padaryti patys. Taigi, pradėkime nuo šios sistemos komponentų, jei nusprendėte jį sukurti patys.

Jei kalbame apie sistemos konfigūraciją, Į šią technologiją bus įtraukti šie komponentų rinkiniai:

• judesio jutiklis;
• temperatūros ir drėgmės jutiklis;
• šviesos jutiklis;
• temperatūros jutiklių pora su DS18B20 ženklu;
• Ethernet modulio prekės ženklas ENC28J60;
• mikrofonas;
• nendrės jungiklis;
• relė;
• vytos poros kabelis;
• Ethernet kabelis;
• rezistorius, kurio atsparumas yra 4,7 kg;
• mikroprocesorinė kortelė arduino.

Turėtume pasakyti, kad protingas namuose turėtų būti įrengti tik LED žibintai, nes įprastinės galimybės tiesiog negali atlaikyti daug įtampos.Kai projektas yra parengtas ir visos būtinos dalys jau įsigytos, reikia pradėti jungti jutiklius ir valdiklius. Tai turėtų būti daroma tik pagal anksčiau sukurtą schemą. Kontaktai turi būti visiškai izoliuoti.

Trumpai tariant, žingsnis po žingsnio prisijungimo algoritmas atrodys taip:

• diegimo kodas;
• kompiuterio ar mobiliojo ryšio programų kūrimas;
• prievadų perdavimas;
• programinės įrangos testavimo ir jutiklių diegimas;
• trikčių šalinimas, jei jie buvo nustatyti bandymo metu.

Taigi pradėkime įdiegę kodą.

Pirma, vartotojas turėtų parašyti programinę įrangą „Arduino IDE“. Pateikiama:

• teksto redaktorius;
• projekto kūrėjas;
• rinkimo programa;
• išankstinis apdorojimas;
• įrankis atsisiųsti programinę įrangą į „Arduino“ mini procesorių.

Reikėtų pasakyti, kad yra pagrindinės kompiuterinės operacinės sistemos - „Windows“, „Linux“, „Mac OS X“. „Arduino“ naudotojų parašytos programos paprastai vadinamos eskizais. Sistema automatiškai sukuria keletą funkcijų ir vartotojas neturi suprasti jų rašybos, nurodydamas bendrų veiksmų sąrašą. Be to, nereikia pridėti įprastinių bibliotekų antraštės failų. Tačiau reikia įdėti pasirinktinį įdėjimą.

Jūs galite pridėti bibliotekų prie projekto IDE vadovo, naudodami įvairius metodus. Iš pradžių kodų, parašytų C ++, yra įtraukiamas į atskirą katalogą IDE apvalkalo darbo kataloge. Dabar reikiamų bibliotekų pavadinimai rodomi konkrečiame IDE meniu. Tie, kuriuos pažymėsite, bus įtraukti į kompiliavimo sąrašą. IDE turi nedidelį skaičių nustatymų ir nėra galimybės nustatyti kompiliatoriaus subtilybių. Tai daroma taip, kad nežinantis asmuo nepadarytų jokių klaidų.

Jei atsisiuntėte biblioteką, tada ji turi būti išpakuota ir tiesiog įdėta į IDE. Programos tekste yra pastabų, paaiškinančių jo darbo principą. Pažymėtina, kad visos „Arduino“ programos taikomos toms pačioms technologijoms: vartotojas siunčia užklausą procesoriui, o jis savo ruožtu parsisiųs reikiamą kodą įrenginio ekrane. Kai asmuo nuspaudžia mygtuką Atnaujinti, mikrokontroleris siunčia informaciją. Su kiekvienu puslapiu, turinčiu tam tikrą pavadinimą, yra programos kodas, kuris bus rodomas ekrane.

Kitas veiksmų rinkinys yra kliento įdiegimas asmeniniame kompiuteryje arba išmaniajame telefone. Ją galite atsisiųsti internete, „Google Play“ rinkoje arba iš kito šaltinio. Norėdami tai padaryti, turite atidaryti failą, kurį atsisiuntėte, tada spustelėkite jį, o pasirodantiame lange spustelėkite „Įdiegti“ mygtuką. Tuo pačiu metu turėtumėte žinoti, kad šiuo tikslu turėtų būti įjungta parinktis, leidžianti įdiegti ne „Google Play“ paslaugos programas. Jei norite įjungti šią parinktį, turite įvesti nustatymų skyrių ir pasirinkti „Saugumo“ elementą. Taip galima įjungti atitinkamą parinktį. Kai įdiegimas baigtas, galite suaktyvinti programą ir ją konfigūruoti.

Naudodami šią programinę įrangą, galite ne tik gauti informaciją iš sistemos, bet ir valdyti - pavyzdžiui, įjungti ir išjungti aliarmą. Jei parinktis yra aktyvi, tada, kai yra įjungtas judesio jutiklis, programa gaus reikiamą informaciją. Atkreipkite dėmesį, kad „Arduino“ apklausa programą, kad aktyvuotų judesio jutiklį per 60 sekundžių.

Kitas prisijungimo etapas yra naršyklės programos nustatymas naudoti „protingą namą“. Adreso eilutėje turite įvesti tam tikrą seką, kuri bus jūsų kompiuterio IP adresas. Įgyvendinus šį veiksmą, vartotojas galės gauti informaciją iš „protingo namo“ ir gebėjimo ją valdyti.

Po to galite tęsti darbą su maršrutizatoriumi. Ji turėtų atverti uostą.

Tai galite padaryti naudodami šį algoritmą:

• atidaryti nustatymai;
• užregistruoti „Arduino“ mikrovaldiklio adresą;
• atidaryti aštuoniasdešimtą uostą.

Dabar turite sukurti paskyrą „Noip“ portale. com. Nors šis žingsnis yra neprivalomas, tai reikia, jei adresui reikia suteikti domeno pavadinimą. Jūs turite eiti per registracijos procesą portale www. žiedas. „com“, tada eikite į „Priimančioji kategorija“ ir nurodykite IP sistemą. Pasibaigus šiai procedūrai, bus galima gauti prieigą ne tik IP, bet ir pagal domeną. Šiuo metu užbaigiamas projekto sudarymas ir galite patikrinti sistemos veikimą.

Atsižvelgiant į tai, kad „Arduino“ suderinamus komponentus gamina daugelis gamintojų, o „Arduino“ pati negali kontroliuoti produktų, vartotojas susiduria su tikimybe įsigyti komponentą, kuris dirbs, švelniai ir neteisingai. Apskritai ši situacija jau egzistuoja asmeninių kompiuterių kūrimo segmente. Seniai IBM sukūrė savo asmeninių kompiuterių architektūrą, todėl įvairios įmonės pradėjo gaminti suderinamus kompiuterius.

Tuo pačiu metu sumažėjo dalių kokybė ir suderinamumo laipsnis. Priešingai, tai yra „Apple“ politika, kuri žymiai apribojo kūrėjų, turinčių prieigą prie jos architektūros, skaičių.

Naudodami keletą „Adruino“ komponentų, naudotojai pastebėjo šias funkcijas.

• Kai kuriuose „Arduino“ mikroprocesorių sprendimuose, kai jungtys yra uždarytos, sujungtas COM prievadas. Dėl šios priežasties mikrovaldiklis negali įkelti eskizo. Šios procedūros pradžioje įranga perkraunama. Įdomiausia yra tai, kad relė paspaudžia, COM prievadas išjungtas, o eskizas neįkraunamas.
• Esant mikrokontrolerio veikimo sutrikimui arba kodo klaidai, geriau naudoti gerai uždarytas reles, prie kurių yra sujungti rankiniai jungikliai.
• Durų uždarymo jutiklis kartais gali veikti klaidingai. Dėl šios priežasties eskizas sukuriamas taip, kad sistema atliktų pageidaujamą veiksmą, kai iš karto gauna porą signalų.
• Prietaisui, kuris yra atsakingas už gaisro signalizaciją, geriausia naudoti dūmų detektorių, o ne gaisro detektorių. Pastarasis turi trūkumą - jis aptinka ne daugiau kaip trisdešimt centimetrų nuo jo.

• Temperatūros jutiklio modelis DHT11, pateikiamas vadinamajame standartiniame rinkinyje, duoda rimtą paklaidą nuo dviejų iki trijų laipsnių. Statyboje geriau naudoti modelį DHT22, kuris yra daug tikslesnis. Ir už lango geriau naudoti DHT21. Jis gali veikti net esant žemai temperatūrai ir yra atsparus mechaniniams pažeidimams.
• Jei norite konfigūruoti procesų valdymą naudodami griebtuvus, kai kurie naudotojai nežino, o ne mikrofono garso jutiklį, kur yra rankinio tipo slenksčio nustatymas. Tokiems tikslams šis prietaisas netinka dėl to, kad jis turi palyginti nedidelį veikimo spindulį. Ir jutiklis perduoda signalus mažais laiko impulsais. Esant didelės apimties eskizui, kurio apdorojimas užima daug laiko, mikrokontrolerius tiesiog neužfiksuoja signalų.

Reikėtų pasakyti, kad nagrinėjamoje sistemoje procesų vizualizavimui gali būti naudojamos skaitmeninės ekranai arba skystųjų kristalų ekranas. Tačiau šiuo atveju tai nėra geriausias variantas. Atskiros valstybės apdorojimo serverio naudojimas vizualizavimui bus efektyviausias. Jis gali būti įgyvendintas mazge. js, kuris leidžia jums įdiegti bet kurį serverį. Žinoma, kalbame apie Adruino lentos valstybių tvarkymą.

Ši technologija naudojama vadinamojo daiktų interneto užduotims atlikti, todėl ji yra tinkama sistemos automatizavimui vizualizuoti. Jums reikia tiesiog sukurti serverį ir tvarkyklę „JavaScript“ sistemoje, tada bus lengva rodyti bendrą kiekį bet kurio įrenginio naršyklėje. Kaip aparatūros pagrindą galite naudoti tą patį mikroprocesorių Raspberry Pi arba PC. Tačiau automatizavimo mechanizmo galimybės žymiai padidės. Pavyzdžiui, serveryje atminties kiekis yra neribotas, o serverio programa gali būti sukurta taip, kad valdytų viską.

Su šio tipo serveriu galite susieti dalykus kartu. Idėja yra vizualizuoti automatinius procesus namuose naudojant debesies paslaugas. Kita galimybė - gauti informaciją ir valdyti sistemą SMS žinute.

Tai, kad toks „protingas namų“ pagrindas yra „Arduino“, žr. Šį vaizdo įrašą.