Što je “pametna kuća” koja se temelji na Arduinu?

U novije vrijeme sve više inovativnih tehnologija prodire u različite sfere našeg života. Njihova upotreba može značajno poboljšati udobnost i štedjeti vrijeme na različitim zadacima. Danas ćemo se dotaknuti teme tzv. "Pametnih kuća" i ispričati im o njihovim značajkama, prednostima, nedostacima i tehnologiji stvaranja.

Ako razumijete pojam "pametne kuće", onda je najbliži analog, koji će biti jasan većini ljudi, izraz "kućna automatizacija". Smisao takvih stvari je osigurati automatsku provedbu različitih procesa koji se događaju u prostoriji. Takav mehanizam može se koristiti ne samo u stambenim zgradama, nego iu uredima, kao iu raznim specijaliziranim objektima.

Prva značajka koju treba spomenuti bit će mogućnost prikupljanja sustava poput dizajnera. On predstavlja prisutnost središnjeg elementa na Arduino platformi, kojeg predstavlja središnji kontroler, gdje teče sve informacije iz različitih sustava instaliranih u kući. I što je više moguće, dopušteno je dodavati nove komponente u sustav - kontrolirati svjetlo u različitim prostorijama, obavijestiti vlasnika o nastanku različitih nepredviđenih situacija, kontrolirati klimatske uvjete, pratiti inženjerske mehanizme.

Ali treba razumjeti da ne postoje jasne ideje, koje bi komponente i mehanizmi trebali biti u takvom sustavu. To jest, to je koncept, a ne specifičan proizvod. Ako je potrebno, možete staviti neki sustav, a ostali ne. Naime, započinjemo s nečim malim i, prema potrebi, povećavamo funkcionalnost kuće, stječemo nove mogućnosti na području stambenog upravljanja. Jedna od najznačajnijih značajki je sposobnost inteligentne kontrole rasvjete. Korištenje takvog sustava u svakodnevnom životu može ozbiljno uštedjeti resurse, jer se rasvjeta uključuje samo kada je osoba u sobi.

Sljedeća značajka je unutarnja kontrola klime. Opisani mehanizam je jednako važan. Na primjer, automatizacija grijanja bit će iznimno važna ne samo za spremanje u hladnoj sezoni, nego i za uključivanje grijanja u pravo vrijeme, jer nije uvijek moguće aktivirati ga s naglim padom temperature. Ako imate autonomno grijanje na temelju kotla, onda ako postoje termalni senzori i mehanizam kontrole protoka plina u slučaju nužde, vlasnik će biti obaviješten i moći će brzo reagirati na njega u realnom vremenu.

Još jedna prednost je tehnička opremljenost različitih sustava. Instalacijom automatizacije, vlasnik kuće dobiva mogućnost obavljanja različitih radnji: spuštanje roletni, uključivanje TV zaslona ili media playera.Spajanjem ovih i drugih sustava na zajednički mehanizam, zapravo možete stvoriti uvjete za aktiviranje uređaja pritiskom na samo jedan ključ.

Sljedeća značajka je sigurnosni sustav. Mehanizam "pametnog doma" podiže na novu razinu zaštitu od upada u kuću nepozvanih gostiju u odsutnosti vlasnika. Kuća se jednostavno pretvara u gotovo neprobojni objekt. Osim toga, sustav može simulirati učinak prisutnosti u kući uključivanjem i isključivanjem svjetla, a nadzorne kamere domaćinu šalju najnovije informacije o aktivnosti u kući ili okolnom području, čime se štedi na zaštiti. Sustav ima brojna druga sredstva koja će neutralizirati počinitelja, ako je potrebno.

I posljednja značajka o kojoj želim reći je jednostavna i pristupačna kontrola. Unatoč velikoj funkcionalnosti, opisani sustav može kontrolirati i dijete. Za to se obično koristi mali daljinski upravljač s tradicionalnim prekidačima i posebnim panelima. Osim toga, mehanizmi se mogu kontrolirati s računala ili mobilnog uređaja. Posljednjih godina se uvode rješenja, kao i glasovna kontrola. Kao što možete vidjeti, takav sustav ima mnogo mogućnosti koje ga čine izvrsnim integriranim rješenjem za dom ili bilo koji drugi objekt.

Danas je veliki broj modifikacija i kompletnih setova baziranih na Arduinu, gdje se dotični sustav može implementirati. Velik broj tvrtki koje proizvode takve mehanizme već čine upravljače s ugrađenim Wi-Fi i Bluetooth sustavima, što omogućuje upravljanje sustavom u prostorijama putem mobilnog sustava. Postoje i rješenja u kojima se upravljanje provodi preko Ethernet sučelja, to je žičana metoda koja koristi optičke kablove kroz lokalnu kućnu mrežu. Sklopke se obično dodaju takvim rješenjima, kao i Wi-Fi usmjerivači, koji omogućuju bežičnu vezu, osim ako kontroler sam ne odredi drugačije.

Spajanje konvencionalnih ručnih sklopki može se provesti na središnjem upravljaču na dva načina:

• pomoću električnih ožičenja;
• pomoću bežične tehnologije.

Kao što možete vidjeti, postoji veliki broj komponenti "pametnog doma".

Obično se sustav sastoji od sljedećih čvorova, koji mogu biti predstavljeni različitim vrstama uređaja:

• središnji kontroler sustava, obično predstavljen glavnim čvorom, kao i diskretni izlazno-ulazni modulatori;
• Uređaji za proširenje i komunikaciju, koji uključuju usmjerivače, razne prekidače, kao i GPS i GPRS module;
• uređaji odgovorni za uključivanje električnih krugova - releji, prigušivači i izvori napajanja;
• uređaji za izvedbu - različiti tipovi ventila (voda, plin);
• dijelovi za upravljanje sustavom - touch paneli, tablete, osobni digitalni pomoćnici i konzole;
• razni mjerni dijelovi - uređaji, senzori i senzori (govorimo o senzorima svjetlosti, temperaturi i kretanju).

Prilikom odabira opreme za Arduino mehanizam, potrebno je uzeti u obzir koji način prijenosa informacija će određeni sustav koristiti. Kao primjer, moguće je dati prilično uobičajeni standard EIB KNX. Ovdje se najčešće koriste elektroenergetska mreža, računalne mreže, kao i radijski kanali. U isto vrijeme, postoji standard X10, gdje se za prijenos podataka koriste obični obični mrežni naponi naponom od 230 volti.

Govoreći o vrlinama pametne kuće sa sjedištem u Arduinu, Treba napomenuti sljedeće.

• Velike mogućnosti u smislu uspostavljanja rada cijelog mehanizma.To jest, korisnik može samostalno napisati program koji može izvršavati algoritme različitih razina složenosti.
• Po želji, sustav može raditi autonomno zbog prisutnosti vlastitog regulatora.
• Preuzimanje programa nije teško zbog činjenice da programer za to nije potreban, ali sve se radi pomoću USB sučelja, jer se bootloader jednostavno instalira u mikrokontroler.
• Relativno niska cijena komponenti sustava. To je zbog činjenice da različiti proizvođači nemaju isključiva prava. Zbog toga je arhitektura Arduino klasificirana kao otvorena.

• Prisutnost otvorenog izvornog koda, koji korisniku omogućuje izravno upravljanje mehanizmom pametne kuće.
• Pristupačnost je da korisnik bira koje senzore i mehanizme treba.
• Svestranost i sposobnost primjene najzanimljivijih ideja. Nema nikakvih uputa ili standarda za ono što bi trebao biti pametna kuća koja se temelji na Arduinu. To znači da korisnik može načiniti sustav onako kako želi, budući da vlasnik nije ograničen na ništa u smislu ugradnje senzora u spavaću sobu ili kuhinju.
• Mogućnost samopokretača.
• Prisutnost pin konektora za Arduino procesorske ploče, koji omogućuje programiranje unutar sustava.

Kao i svaki drugi mehanizam, ovaj sustav ima neke nedostatke.

• Unatoč otvorenosti sustava, kako bi ga usvojili i uspješno koristili, potrebna su vam znanja iz brojnih specifičnih područja, uključujući programiranje, popravak i elektroniku.
• Potreba da provedete znatnu količinu vremena za implementaciju i prilagodbu vlastitog projekta, budući da je svaki projekt jedinstven i može učiniti nešto više od drugih.
• Poteškoće u izravnoj konfiguraciji Arduina zbog činjenice da ovaj mehanizam radi samo s malim brojem operacijskih sustava.
• Postojanje vjerojatnosti kvarova softvera, što može dovesti do problema ili neupotrebljivosti tima. Zbog toga je potrebno s vremena na vrijeme napraviti dijagnozu zdravlja opreme

• Različiti tipovi zračenja, koji su neizbježni s takvim algoritmom upravljanja.
• Potrebno je izdvojiti prostor za poseban ormar, gdje će se nalaziti dodatna oprema i žice.
• Ako se kontrola provodi putem Interneta, tada se podaci koji se prenose između komponenti mehanizma mogu presresti od strane uljeza. Djelomično rješenje problema bit će isključivo sigurna veza. No, kako bi se osiguralo da će zahtijevati mnogo novca uloženo u modernizaciju opreme.

Kreiranje bilo kojeg sustava pametne kuće na temelju Arduina započinje stvaranjem projekta. Kada ga razvijate, trebali biste točno razumjeti koje funkcije i zadatke sustav treba obavljati.

Tipično, projekt koji se temelji na Arduino Uno rješenju uključuje sljedeće zadatke.

• Praćenje vremenskih uvjeta izvan prozora i temperature u prostoriji te, kao rezultat, adekvatan odgovor na njihovu promjenu. Uređaj obično postaje element jedinstvenog sustava zajedno s uređajima za grijanje, ventilaciju i drugim uređajima.
• Praćenje stanja prozora i vrata - zatvoreni su ili otvoreni.
• Generirajte zvuk kada je senzor pokreta aktiviran, ako je aktivna funkcija alarma.
• Automatska kontrola kućanskih aparata.
• Kontrola potrošnje električne energije, zahvaljujući automatskom spajanju i isključivanju rasvjete.
• Sigurnost od požara. Mehanizam daje vlasniku signal o prisutnosti požara ili dima u prostoriji. Ako se razvije sofisticirani sustav, može čak pozvati vatrogasce na svoje mjesto.

• Hodnik. Potrebno je upaliti svjetlo kada se smrači vani, kao i stvaranje mehanizma za detekciju pokreta. Noću se obično aktivira prosječno svjetlo snage, što ne bi trebalo uzrokovati neugodu za članove obitelji.
• Kuhinja. Aktivacija i deaktivacija rasvjete u kuhinji obično se obavlja ručno. Isključivanje može biti automatsko ako se nitko ne kreće po sobi duže vrijeme. Ako sustav otkrije da osoba počinje kuhati, poklopac se automatski uključuje.
• Trijem. Aktiviranje rasvjetnih uređaja može se provesti ili kada se vrata otvore kada osoba napusti zgradu, ili kada se vlasnik približi kući ako je vani već mrak.
• Soba. Uključivanje rasvjetnih uređaja provodi se ručno, iako se po potrebi i prisutnost senzora pokreta može aktivirati u automatskom načinu rada.

• Kupaonica. Govoreći o ovoj sobi, recimo da se ovdje obično svodi na upravljanje kotlom. Ona sama ima prekidač napajanja kada se uređaj isključi kada dosegne određenu temperaturu vode. Grijač vode će se kontrolirati ovisno o dostupnoj automatizaciji. Također, na ulazu u kupaonicu možete upaliti svjetlo i aktivirati ispušni sustav.

Nakon što su sve gore opisane točke postale što jasnije, priprema se tehnički zadatak, gdje se korisnik mijenja. Kada se izradi konačna verzija, ona će biti osnova za izradu procjenske dokumentacije za radove tipa projekta.

Obično se projekt sastoji od sljedećih komponenti:

• objašnjavajući dokument koji opisuje različite podsustave;
• raspored upravljačkih uređaja;
• shematski plan izvedbe kabela;
• projekt postavljanja uređaja u automatske ormariće;
• osnovne mogućnosti spajanja uređaja u takve ormare;
• planove veza;
• kabelski magazin;
• različite specifikacije.

Osim toga, u fazi formiranja projekta provodi se izračun cijene "pametnog doma".

Cijena će ovisiti o takvim čimbenicima:

• broj uređaja;
• odabrana oprema i podsustavi.

Treba reći da će faze stvaranja sustava pametnog doma uz sudjelovanje stručnjaka ili vlastitim rukama biti iste. Međutim, u potonjem slučaju gotova verzija u cjelini će koštati znatno manje nego ako privuče stručnjake koji već nedostaju na tržištu. Zbog toga će njihove plaće biti prikladne, što znači da ako ne želite potrošiti dodatni novac, možete to učiniti sami. Dakle, počnimo s komponentama za ovaj sustav, ako ipak odlučite sami ga stvoriti.

Ako govorimo o konfiguraciji sustava, Tehnologija će uključivati ​​sljedeći skup komponenti:

• senzor pokreta;
• senzor temperature i vlažnosti;
• senzor svjetla;
• par temperaturnih senzora s oznakom DS18B20;
• Ethernet modul marke ENC28J60;
• mikrofon;
• reed prekidač;
• releja;
• kabel s upletenom paricom;
• Ethernet kabel;
• otpornik koji ima otpor od 4,7 kilograma;
• mikroprocesorska kartica arduino.

Treba reći da pametna kuća treba biti opremljena isključivo LED rasvjetom, jer uobičajene opcije jednostavno ne mogu izdržati puno napona.Kada je projekt spreman, a svi potrebni dijelovi već kupljeni, trebate pokrenuti povezivanje senzora i kontrolera. To bi trebalo učiniti isključivo prema ranije stvorenoj shemi. Kontakti moraju biti potpuno izolirani.

Ukratko, korak po korak algoritam veze će izgledati ovako:

• instalacijski kod;
• postavljanje aplikacije za PC ili mobitel;
• prosljeđivanje luka;
• implementacija testiranja softvera i senzora;
• rješavanje problema ako su otkriveni tijekom testiranja.

Počnimo s instaliranjem koda.

Prvo, korisnik bi trebao napisati softver u Arduino IDE. Predstavlja:

• uređivač teksta;
• kreator projekta;
• program kompilacije;
• preprocesor;
• alat za preuzimanje softvera na Arduino mini-procesor.

Treba reći da postoje softverske verzije za glavne računalne operacijske sustave - Windows, Linux, Mac OS X. Ako govorimo o korištenom programskom jeziku, onda govorimo o C ++ s nekoliko pojednostavljenja. Programi koje su napisali korisnici za Arduino obično se nazivaju skicama. Sustav automatski stvara brojne funkcije i korisnik ne mora razumjeti njihov pravopis, propisujući popis uobičajenih radnji. Također, nema potrebe za dodavanjem datoteka tipa zaglavlja običnih knjižnica. Ali ugradnja po narudžbi je nužna.

Knjižnice možete dodati upravitelju IDE projekta pomoću različitih metoda. U obliku izvornih kodova, napisanih u C ++, dodaje se posebnom direktoriju u radnom direktoriju IDE ljuske. Sada se imena potrebnih knjižnica pojavljuju u određenom IDE izborniku. Oni koje označite bit će uključeni u popis kompilacija. IDE ima mali broj postavki i ne postoji mogućnost postavljanja subtilnosti kompajlera. To je učinjeno tako da osoba koja ne zna ne pravi nikakve pogreške.

Ako ste preuzeli knjižnicu, ona mora biti raspakirana i jednostavno umetnuta u IDE. U tekstu programa nalaze se komentari koji objašnjavaju načelo njegova rada. Treba napomenuti da sve aplikacije na Arduinu rade na istoj tehnologiji: korisnik šalje zahtjev procesoru i on, zauzvrat, preuzima potreban kod na zaslonu uređaja. Kada osoba pritisne tipku Osvježi, mikrokontroler šalje informacije. Uz svaku od stranica s određenom oznakom nalazi se programski kod koji će biti prikazan na zaslonu.

Sljedeći skup akcija je instaliranje klijenta na osobno računalo ili pametni telefon. Možete ga preuzeti na Internetu, na Google Play Marketu ili iz nekog drugog izvora. Da biste to učinili, morate otvoriti datoteku na telefonu koji ste preuzeli, zatim kliknuti na njega iu prozoru koji se pojavio kliknite na gumb “Instaliraj”. Istovremeno, morate biti svjesni da bi u tu svrhu trebalo aktivirati opciju koja omogućuje instalaciju programa koji nisu iz usluge Google Play. Da biste omogućili ovu opciju, morate unijeti odjeljak s postavkama i tamo odabrati stavku "Sigurnost". Na taj način možete aktivirati odgovarajuću opciju. Po završetku instalacije možete aktivirati program i konfigurirati ga.

Pomoću ovog softvera možete ne samo primati informacije iz sustava, nego i upravljati njima - primjerice, aktivirati i deaktivirati alarm. Ako je opcija aktivna, tada kada je senzor pokreta aktiviran, program će dobiti odgovarajuće informacije. Imajte na umu da Arduino ispituje program kako bi aktivirao senzor pokreta u intervalima od 60 sekundi.

Sljedeća faza povezivanja je postavljanje programa preglednika za korištenje s “pametnim domom”. U adresnom retku morate unijeti određeni redoslijed, koji će biti IP adresa vašeg računala. Nakon provedbe ove akcije korisnik će moći primati informacije iz “pametnog doma” i sposobnosti upravljanja njime.

Nakon toga možete nastaviti s radom s usmjerivačem. Trebao bi otvoriti luku.

To možete učiniti pomoću sljedećeg algoritma:

• otvorene postavke;
• registrirati adresu Arduino mikrokontrolera;
• otvorena osamdeseta luka.

Sada trebate postaviti račun na portalu Noip. com. Iako je ovaj korak opcionalan, postoji potreba za njom ako se adresi mora dati naziv domene. Morate proći postupak registracije na portalu www. No-IP. com, a zatim prijeđite na kategoriju Dodaj domaćin i navedite IP sustav. Nakon što prođete kroz ovaj postupak, moći ćete pristupiti ne samo IP-u, već i domeni. Pri tome je završeno formiranje projekta i možete provjeriti sustav za njegovu izvedbu.

S obzirom da komponente kompatibilne s Arduinom proizvodi veliki broj proizvođača, a sam Arduino ne može kontrolirati proizvode, korisnik se suočava s vjerojatnošću da dobije komponentu koja će, blago rečeno, pogrešno funkcionirati. Općenito, takva situacija već postoji u segmentu stvaranja osobnih računala. Prije mnogo vremena IBM je otvorio arhitekturu svojih osobnih računala, zbog čega su razne tvrtke počele proizvoditi kompatibilna računala.

Istovremeno, kvaliteta dijelova i kompatibilnost su pali. Nasuprot tome, ovo je Appleova politika, koja je značajno ograničila broj programera koji su imali pristup njegovoj arhitekturi.

Korisnici bilježe sljedeće značajke u radu brojnih Adruino komponenti.

• Na brojnim Arduino mikroprocesorskim rješenjima, kada je relej zatvoren i koji je spojen na njih, COM port je pokvaren. Zbog toga mikrokontroler ne može učitati skicu. Na početku ove procedure oprema se ponovno pokreće. Najzanimljivije je to što relej klikne, COM port je isključen, a skica se ne učitava.
• U slučaju kvara mikrokontrolera ili pojave greške koda, bolje je koristiti dobro zatvorene releje kojima su ručno upravljani prekidači spojeni serijski.
• Senzor zatvaranja vrata ponekad može djelovati lažno. Iz tog razloga, skica se kreira tako da sustav izvršava željenu radnju kada primi nekoliko signala odjednom.
• Za uređaj koji je odgovoran za požarni alarm, najbolje je koristiti detektor dima, a ne detektor požara. Potonji ima manu - detektira vatru ne više od trideset centimetara od sebe.

• Temperaturni senzor modela DHT11, koji dolazi u takozvanom standardnom setu, daje ozbiljnu pogrešku na razini od dva do tri stupnja. U izgradnji je bolje koristiti model DHT22, koji je mnogo točniji. I izvan prozora je bolje koristiti DHT21. Može raditi i na temperaturama ispod nule i otporan je na mehanička oštećenja.
• Za konfiguriranje upravljanja procesima pomoću pljeska, određeni broj korisnika nesvjesno uzima detektor zvuka umjesto mikrofona, gdje postoji postavka praga ručnog tipa. U tu svrhu ovaj uređaj nije prikladan zbog činjenice da ima relativno mali radijus djelovanja. Senzor prenosi signale s malim vremenskim impulsima. U prisutnosti skice velike veličine, čijom obradom treba vremena, mikrokontroler jednostavno ne snima signale.

Treba reći da se za vizualizaciju procesa u razmatranom sustavu mogu koristiti digitalne ploče za prikazivanje ili zaslon s tekućim kristalima. Ali to nije najbolja opcija u ovom slučaju. Korištenje zasebnog poslužitelja za obradu stanja za vizualizaciju će biti najučinkovitije. Može se implementirati na čvoru. js, što vam omogućuje implementaciju bilo kojeg poslužitelja. Naravno, govorimo o obradi država odbora Adruino.

Ova se tehnologija koristi za obavljanje poslova tzv. Interneta stvari, zbog čega je pogodna za vizualizaciju automatizacije sustava. Vi samo trebate stvoriti poslužitelj i rukovatelj u JavaScriptu, onda će biti lako prikazati ukupno u pregledniku bilo kojeg uređaja. Kao hardverska osnova, možete koristiti isti mikroračunalo Raspberry Pi ili PC. No, mogućnosti automatizacije će se značajno povećati. Primjerice, na poslužitelju je količina memorije neograničena, a poslužiteljski program može se kreirati na takav način da sve upravlja.

S ovom vrstom poslužitelja možete čak i povezati stvari. Ideja je vizualizirati automatske procese kod kuće pomoću usluga u oblaku. Druga mogućnost je primanje informacija i upravljanje sustavom putem SMS-a.

Činjenica da je takva "pametna kuća" zasnovana na Arduinu, pogledajte sljedeći video.