Inteligentní dům založený na architektuře Arduino: podrobné pokyny pro montáž

Inteligentní dům založený na architektuře Arduino: podrobné pokyny pro montáž

.
..
.

Systémy jako "inteligentní dům" od úžasné exotiky, které jsou dostupné pouze těm nejbohatším, se staly běžným místem, do něhož se může kdokoliv připojit. Je z čeho vybírat: mnoho vývojářů zvládlo vydání takových hardwarových softwarových systémů. Mezi nejznámější patří Arduino, jehož produkty se nyní seznámíme.

Obsah

  • 1Co je "chytrý domov"
  • 2Poznejte Arduina
    • 2.1Výhody systému Arduino
    • 2.2Jaké řešení nabízí společnost Arduino?
      • 2.2.1Video: začneme pracovat s Arduinem - řídíme LED prostřednictvím webového rozhraní
  • 3Vypracování projektu na Arduino
    • 3.1Nezbytné komponenty pro výrobu systému "smart house"
  • 4Vytvořte "inteligentní dům krok za krokem
    • 4.1Připojení výkonných a senzorových zařízení
    • 4.2Vývoj programového kódu
    • 4.3Instalace klientské aplikace do smartphonu (pro systém Android OS)
    • 4.4Konfigurace prohlížeče pro práci s "smart house"
    • 4.5Práce se směrovačem
    • 4.6Nastavení účtu u noip.com
    • 4.7Video: Chytrý dům na Arduinu
  • 5Vlastnosti některých hardware Arduino
..

Co je "chytrý domov"

Tento termín má více srozumitelný analog - "domácí automatizaci". Podstatou těchto řešení je zajistit automatické provádění různých procesů, které se vyskytují v domácnosti, kanceláři nebo specializovaných zařízeních. Nejjednodušším příkladem je automatické zapnutí osvětlení v době, kdy jeden z cestujících vstupuje do místnosti.

Systém "smart house" od společnosti Arduino je sada zařízení pro ovládání provozu různých zařízení pomocí mobilního telefonu založeného na systému Android OS

V každém systému "smart house" lze rozlišit následující komponenty:

  1. Senzorická část. Jedná se o soubor zařízení, jejichž hlavní část je reprezentována různými senzory, což umožňuje systému registrovat události jiné povahy. Příkladem jsou snímače teploty a pohybu. Ostatní zařízení části snímače slouží k přenosu uživatelských příkazů do systému. Jedná se o dálková tlačítka a dálkové ovládání s přijímači.
    Jedním z nejčastěji používaných prvků "inteligentního domu" je snímač pohybu
  2. Výkonná část. Jedná se o zařízení, která systém může řídit, reagující tímto způsobem na událost podle uživatelsky definovaného scénáře. Především je to relé, pomocí kterého může regulátor "inteligentního domu" dodávat energii jakémukoli elektrickému zařízení, tj. Zapnout a vypnout. Například na bavlně v dlani (systém "slyší" mikrofon) můžete nakonfigurovat aktivaci relé, která napájí ventilátor. Poznámka: V tomto příkladu může být ventilátor libovolný. Můžete také použít zařízení, které je speciálně uvolněno k práci jako součást určitého systému. Například Arduino vyrábí elektromotory pro své systémy, se kterými je například možné zavřít nebo zavřít otevřít okno a Xiaomi (čínský výrobce podobných systémů) - řídicí zařízení čistič vzduchu. Takové zařízení je zcela ovládáno systémem, to znamená, že ho nejen zapnout, ale také změnit nastavení.
    Elektromotor je pohon, který je aktivován signálem řídícího systému a pohání mechanizmus, který je k němu připojen
  3. Procesor. Může být také nazýván řadičem. Jedná se o "mozog" systému, který koordinuje a koordinuje práci všech jeho složek.
    Deska procesoru (nebo řadič) ovládá pohony na základě firmwaru a dat přijatých od snímačů
  4. Software. Jedná se o sadu pokynů, které řídí procesor. V systémech některých výrobců, včetně Arduino, může uživatel napsat program v ostatních případech se používají hotová řešení, která jsou typická scénáře.

Moderní systémy "smart house" jsou rozděleny do několika odrůd:

  1. Je vybavena vlastním ovladačem.
  2. Použití v této funkci procesoru počítače uživatele (tablet, smartphone).
  3. Zpracování informací pomocí vzdáleného serveru vlastněného vývojářskou společností (služba cloud).
.

Systém nemůže nejen aktivovat toto zařízení, ale také informovat uživatele o události, která nastala odesláním zprávy do telefonu nebo jiným způsobem. Tak mohou být svěřeny poplachové funkce včetně požární ochrany.

Scénáře mohou být mnohem složitější, než jsme popsali v příkladech. Například je možné naučit systém, aby zahrnoval kotel a přenášel dodávku horké vody do něj, když je centrální zásobník odpojen, pokud to odhalí přítomnost někoho z nájemníků v domě (pomoc infračervené, ultrazvukové senzory, stejně jako senzory pohyb).

Poznejte Arduina

Arduino je italská společnost zabývající se vývojem a výrobou komponentů a softwaru pro jednoduché inteligentní domácí systémy určené pro nespecialisty. Je třeba poznamenat, že tento vývojář učinil architekturu systémů, které vytvořil, zcela otevřený, což umožnilo výrobcům třetích stran, aby vyvíjeli nová a kopírovali stávající zařízení kompatibilní s Arduino, stejně jako vyrábět software pro je.

.
Souprava Arduino Uno obsahuje potřebné komponenty pro implementaci zařízení popsaných v přiložené knize

Tento přístup zajistil vysokou popularitu pro systémy italské společnosti, ale má také nevýhodu: vzhledem k tomu, že pro výrobu komponenty pro systémy Arduino jsou tak řečeno, všichni, kteří nejsou líní, ne vždy uspějí v prvním okamžiku, aby získali vysoce kvalitní produktu. Často budete muset čelit problému kompatibility komponent od různých výrobců.

Potenciální uživatel by si měl být vědom toho, že od roku 2008 existují dvě společnosti, které vyrábějí výrobky pod značkou Arduino. V první, která začala tímto směrem, se oficiální stránka nachází na adrese www.arduino.cc; druhá, nově vzniklá - na adrese www.arduino.org. Co bylo rozvinuto před rozdělením, na obou místech je zastoupeno stejně, ale řada nových produktů je již odlišná.

Software pro systémy "smart house" Arduino má podobu softwarového shellu (tzv. IDE), ve kterém můžete psát a kompilovat programy. Je distribuován zdarma. Programy jsou napsány v jazyce C ++.

Verze programu IDE Arduino prezentovaného na těchto stránkách jsou také velmi odlišné, ačkoli mají stejný nejen název, ale i čísla verzí.Z tohoto důvodu je snadné se jim zmát. Rozdíl je v tom, že každý software podporuje knihovny a desky.

"Hardware" systému se skládá z základní desky s mikrokontrolérem (procesorovou deskou) a nainstalovaných rozšiřovacích karet, které se běžně nazývají shildy. Připojením štítu k desce procesoru můžete přidat nové součásti do inteligentního domu. Sestavený systém může být zcela autonomní nebo pracovat ve spojení s počítačem prostřednictvím standardního kabelového nebo bezdrátového rozhraní.

Na desce procesoru můžete nainstalovat speciální rozšíření (shild), které zvyšují funkčnost systému

Výhody systému Arduino

Tento hardware-software balíček přitahuje uživatele s těmito výhodami:

  • možnost autonomní práce v důsledku přítomnosti vlastního správce;
  • rozsáhlé příležitosti pro nastavení systému (uživatel sám píše program, ve kterém mohou být poskytnuty scénáře jakékoliv složitosti);
  • snadné stahování Proces programu do regulátoru: programátor není nutnou k tomuto účelu postačuje mít USB kabel (dostupný mikrořadič firmware Bootloader bootloader);
  • dostupné náklady na součásti kvůli nedostatku monopolních práv konkrétnímu výrobci (architektura je otevřená).

Pokud zaváděcí bootloader začal chybně fungovat, nebo se neobjevil v zakoupeném mikrokontroléru, má uživatel možnost sám flashovat. Softwarový shell IDE poskytuje podporu pro řadu nejpopulárnějších a nejoblíbenějších programátorů pro tento účel. Kromě toho mají téměř všechny procesory Arduino konektor, který umožňuje programování v obvodu.

Program ARduino IDE, prezentovaný na webových stránkách arduino.cc, uživatelské hardwarové-softwarové platformy, zatímco ve verzi programu na arduino.org takové funkce chybí.

Jaké řešení nabízí společnost Arduino?

Vzhledem k tomu, že řada společností se zabývá výrobou senzorů a zařízení kompatibilních se systémem Arduino, rozsah těchto výrobků je poměrně široký. Zde se nejčastěji používá:

  1. Senzory, které monitorují klimatické parametry:
    • teplota;
    • vlhkost;
      Speciální deska s čidly teploty a vlhkosti poskytuje rozhraní pro výstup naměřených parametrů na LCD displej
    • srážky (snímač deště a sněhu);
    • osvětlení;
    • tlak.
  2. Senzory, které umožňují určit prostorovou polohu objektu, na kterém jsou fixovány:
    • 6-osý gyro senzor s akcelerometrem;
    • kompas.
      Vestavěný kompas umožňuje určit strany světla ve vztahu k objektu, na kterém je systém používán
  3. Senzory umožňující zaznamenat přítomnost různých objektů:
    • snímač pohybu;
    • infračervený snímač (upevněte nehybnou sedící osobu nebo teplokrevná zvířata);
      IR senzor umožňuje určit přítomnost lidí v domě a jít do příslušné větve pracovního scénáře
    • ultrazvukový snímač (detekuje objekty s jakoukoliv teplotou a určuje jejich vzdálenost).
  4. Nouzové senzory:
    • detektor kouře;
    • požární čidlo;
    • snímač úniku plynu;
      Připojení snímače plynu okamžitě detekuje únik plynu v místnosti a aktivuje nouzový scénář
    • snímač oxidu uhličitého.
  5. Ostatní zařízení, například:
    • mikrofon;
    • hodiny;
    • snímač otevření dveří;
    • dálkové ovládání (rádiové a infračervené) s přijímači;
    • tlačítka na dálku.

Některá z těchto zařízení jsou součástí základní sady Arduino Start, která od některých výrobců se nazývá StarterKit.

Počáteční sada systému Arduino obsahuje procesorovou desku a několik nejčastěji používaných zařízení

Výkonná část obsahuje obrovskou sadu zařízení, například:

  • elektrické motory;
  • relé a různé spínače;
  • stmívače (umožňují plynule měnit intenzitu osvětlení);
  • zavírače dveří;
  • Ventily a třícestné ventily se servopohony.
.

Pokud máte v úmyslu propojit osvětlení pomocí relé Arduino, je lepší používat LED svítidla jako svítidla. Svítidla, které jsou při spojení s takovými relé rychle žhavá.

.

Video: začneme pracovat s Arduinem - řídíme LED prostřednictvím webového rozhraní

Vypracování projektu na Arduino

Proces vytváření a konfigurace "smart house" Arduino bude ukázán na příkladu systému, ve kterém budou postaveny následující funkce:

  • sledování teploty na ulici a uvnitř budovy;
  • monitorování stavu okna (otevření / zavření);
  • sledování povětrnostních podmínek (jasno / déšť);
  • generování zvukového signálu při spuštění snímače pohybu, pokud je aktivována funkce alarmu.

Systém bude nakonfigurován tak, aby údaje mohly být zobrazeny pomocí speciálního aplikace, stejně jako webový prohlížeč, to znamená, že uživatel to bude moci provést z libovolného místa, kde je přístup v Internetu.

Použité zkratky:

  1. "GND" je země.
  2. "VCC" - jídlo.
  3. "PIR" - snímač pohybu.

Nezbytné komponenty pro výrobu systému "smart house"

Pro systém Smart Home společnosti Arduino budete potřebovat následující:

  • mikroprocesorová deska Arduino;
  • Ethernet modul ENC28J60;
  • dva snímače teploty značky DS18B20;
  • mikrofon;
  • snímač deště a sněhu;
  • snímač pohybu;
  • přepínací rákos;
  • relé;
  • Odpor odporu, kOhm;
  • kabel s krouceným párem;
  • Ethernetový kabel.

Cena všech komponent je přibližně 90 USD.

Abychom vytvořili systém s potřebnými funkcemi, potřebujeme sadu zařízení, která stojí zhruba 90 dolarů

Vytvořte "inteligentní dům krok za krokem

.

To je pořadí, ve kterém musíte jednat.

Připojení výkonných a senzorových zařízení

Připojujeme všechny komponenty podle schématu.

Montáž systému v podstatě snižuje připojení pohonů na odpovídající kontakty procesorové desky

Vývoj programového kódu

Uživatel zapíše celý program do shellu Arduino IDE, pro který je tento program vybaven textovým editorem, správce projektu, překladač, preprocesor a prostředky pro vyplnění programového kódu do mikroprocesoru desky Arduino. Vyvinuté verze IDE pro operační systémy Mac OS X, Windows a Linux. Programovací jazyk je C ++ s některými zjednodušeními. Uživatelské programy pro Arduino jsou obvykle nazývány náčrty náčrtu nebo skic, IDE je uloží do souborů s příponou ".ino".

Funkce main (), která je povinná v jazyce C ++, je vytvořena automaticky wrapperem IDE a předepisuje v něm řadu standardních akcí. Uživatel by měl zapsat funkce setup () (provedené jednou při startu) a smyčku () (provedené v nekonečné smyčce). Obě tyto funkce jsou povinné pro Arduino.

Záhlaví souborů standardních knihoven nemusí být vloženo do programu - IDE to dělá automaticky. Nevztahuje se na knihovny uživatelů - musí být zadány.

.

Přidání knihoven do IDE "Project Manager" se provádí poněkud neobvyklým způsobem. Ve formě zdrojového kódu napsaného v C ++, jsou přidány do speciální složky v pracovním adresáři prostředí IDE. Potom se názvy těchto knihoven zobrazí v odpovídajících nabídkách IDE. Ty, které uživatelské značky budou přidány do seznamu kompilací.

.

IDE poskytuje minimální nastavení a možnost konfigurovat kompilátor vůbec chybí. Takže začátečník programátor je imunní vůči chybám.

Zde je příklad nejjednoduššího programu, který způsobuje, že dioda LED připojená k třináctému výstupu desky bliká každých 2 sekund:

.

neplatné nastavení () {pinMode (13, OUTPUT); // výstup výstupu Arduino 13}

prázdná smyčka () {digitalWrite (13, HIGH); // Povolit 13. výstup, parametr volání funkce digitálního záznamu HIGH HIGH je značka vysoké logické úrovně

zpoždění (1000); // Zpožděný cyklus na 1000 ms - 1 s

digitální zápis (13, LOW); // Výstup vypnutý 13, parametr volání LOW - atribut nízké logické úrovně

zpoždění (1000); // Zpožděný cyklus po dobu 1 sekundy}

.

V tuto chvíli však není vždy nutné, aby uživatel osobně napsal program: v síti existuje mnoho připravených knihoven a nákresů (viz zde: http://arduino.ru/Reference). Pro systém, který je v tomto příkladu uveden, je hotový program. Je nutné ho stáhnout, rozbalit a importovat do IDE. Text programu obsahuje komentáře vysvětlující princip fungování programu.

Všechny programy v systému Arduino fungují na stejném principu: uživatel pošle procesorovi žádost a uživatel stáhne potřebný kód na obrazovku počítače nebo smartphonu

Když uživatel klepne na tlačítko "Obnovit" v prohlížeči nebo v aplikaci pro smartphone, mikrokontrolér Arduino pošle data tomuto klientovi. S každou ze stránek označených jako "/ tempin "/ tempout "/ rain "/ window "/ alarm" je odeslán programový kód, který se zobrazí na obrazovce.

Instalace klientské aplikace do smartphonu (pro systém Android OS)

Chcete-li přijímat data z inteligentního domácího systému v síti, můžete stáhnout připravenou aplikaci.

Zde je potřeba udělat vlastníka gadgetu:

  1. Stáhněte soubor SmartHome.apk.
  2. Pošlete jej do telefonu.
  3. Po otevření Správce souborů umístěte tento soubor.
  4. Klikněte na něj a vyberte možnost "Nainstalovat" (musí být zaškrtnuto "zaškrtnutí což umožňuje instalovat programy mimo službu Google Play).
    Musíte povolit instalaci programů nikoliv z PlayMarketu, který je umístěn v části "Zabezpečení" nastavení smartphonu
  5. Po dokončení instalace aktivujte aplikaci.
  6. Nastavte to.

Pomocí této aplikace můžete nejen přijímat informace ze systému inteligentních domů, ale také spravovat - aktivovat a deaktivovat poplachy. Je-li zapnutá, aplikace obdrží oznámení, jakmile spustí snímač pohybu. Interogace systému Arduino pro spouštění aplikace snímače pohybu se provádí s frekvencí jednou za minutu.

Aktivací ikony "Nastavení" můžete upravit adresu IP.

Konfigurace prohlížeče pro práci s "smart house"

Do adresního řádku prohlížeče zadejte XXX.XXX.XXX.XXX/all, kde je "XXX.XXX.XXX.XXX" vaše IP adresa. Poté bude možné přijímat data ze systému a spravovat je.

Zde uvedený kód umožňuje prohlížeči zapnout a vypnout světlo, zatímco v aplikaci Android smartphone není tato funkce implementována.

Práce se směrovačem

Pak na routeru potřebujete otevřít port:

  • otevřete nastavení routeru;
  • předepište adresu Arduino IP;
  • otevřít port 80.
    Je nutné zaregistrovat trasu do procesoru Arduino pro port 80

Nastavení účtu u noip.com

Tento krok je nepovinný, ale je nutné, chcete-li na adresu přiřadit název domény. Chcete-li to provést, musíte se zaregistrovat na webu https://www.noip.com/, přejděte do sekce "Přidat host" a zadejte adresu IP systému.

Po registraci na webu noip.com můžete přistupovat k systému nejen adresou IP, ale také celým názvem domény
.

Vytvoření projektu je dokončeno, můžete zkontrolovat zdravotní stav systému.

Video: Chytrý dům na Arduinu

..

Vlastnosti některých hardware Arduino

S ohledem na skutečnost, že komponenty kompatibilní s Arduino jsou vyráběny mnoha společnostmi třetích stran, jejichž kvalita výrobků je sama o sobě společnost Arduino nekontroluje, uživatel pravděpodobně zakoupí součást, která nefunguje zcela správně.

.

Podobná situace se vyvíjela i ve vývoji osobních počítačů. IBM vytvořila otevřenou architekturu svých počítačů, díky níž počítače a jednotlivé komponenty kompatibilní s IBM začaly vyrábět mnoho firem. Výsledkem je, že "osobnosti" tohoto druhu jsou široce rozšířeny po celém světě, nicméně kvalita komponent a míra jejich kompatibility nebyla v mnoha případech na nejvyšší úrovni. Opačná taktika se drží společnosti Apple. Omezila kruh vývojářů přístup k architektuře a stejná politika byla prováděna v oblasti vývoje softwaru. Výsledkem je, že počítače společnosti Apple byly méně běžné a dražší, ale jsou řádově nadřazené zařízením kompatibilním se systémem IBM se systémem Windows.

.

U některých komponent pro systémy Arduino uživatelé všimli následující:

  1. Teplotní čidlo DHT11, dodávané se základní sadou (StarterKit), udává významnou chybu o 2-3 stupně. V místnosti se doporučuje používat teplotní čidlo DHT22, které poskytuje přesnější údaje a pro instalaci na ulici - DHT21, schopný pracovat při záporných teplotách a má ochranu před mechanickým poškozením poškození.
  2. Na některých deskách mikroprocesorů Arduino, když se jejich připojené relé zavře, se porucha COM poruší. Z tohoto důvodu nemůže mikrokontrolér načíst náčrtek: po spuštění plnění procesor restartuje. Relé pak klikne, port COM je deaktivován a proces načítání náčrtu se zastaví.
  3. Senzor zavírání oken / dveří někdy představuje překvapení ve formě falešných pozitiv. Vzhledem k tomu je náčrt zapsán tak, že systém vytváří potřebné kroky až po přijetí několika signálů v řadě.
  4. Chcete-li nakonfigurovat správu procesů pomocí klapky, někteří nezkušení uživatelé si namísto mikrofonu objednávají zvukový detektor s ručním nastavením prahu. Za tímto účelem není tato komponenta vhodná, protože má velmi krátký dosah: je třeba, aby se od detektoru tleskalo maximálně 10 cm. Kromě toho tento snímač přenáší signály s krátkými trvání impulzů, takže v přítomnosti velkého Nákres, který trvá poměrně dlouhou dobu zpracování, mikrokontrolér prostě nemá čas pro ně opravit.
  5. U požárního poplašného systému by měl být namísto požárního senzoru použit detektor kouře. Ten zapisuje plamen o více než 30 cm od sebe.
  6. V případě poruchy funkce mikroprocesoru nebo chyb v kódu je lepší použít normálně uzavřené relé se sériově připojenými ručními spínači.

Chcete-li zabránit nákupu komponentů nízké kvality, zkušení uživatelé doporučují předběžně prověřit jejich recenze zveřejněnou na webu. Nenákladné snímače lze zakoupit v několika verzích, které osobně ověří, který z nich funguje lépe.

Snad systém "chytrý dům" z Arduina není nejlepší, ale nejširší výběr komponentů a jejich přijatelné náklady z něj činí jeden z nejoblíbenějších. Pomocí našich tipů se rychle naučíte, jak vytvářet projekty Arduino automatizací různých domácích procesů.

.
..
Zajímavé:
.
.
Anténa pro digitální TV si to udělejte sami

Anténa pro digitální TV si to udělejte samiJak Se Instalovat

Anténa pro digitální televizor do-it-yourself Analogové vysílání, které bylo dříve použito, od roku 2009 zcela ukončeno. Změna formátu na digitální vytvořila potřebu použít vhodné přij...

Přečtěte Si Více
Připojte indukční varnou desku k síti

Připojte indukční varnou desku k sítiJak Se Instalovat

Připojení indukční varné desky k síti Když nastane čas na změnu starého sporáku na nový a modernější spotřebič, hlavní problém, kterým čelíte, je připojení.Správně připojte indukčn...

Přečtěte Si Více
Jak připojit přijímač k televizoru vlastním rukama

Jak připojit přijímač k televizoru vlastním rukamaJak Se Instalovat

Jak správně připojit přijímač k televizoru vlastním rukama Při zakoupení přijímače od mnoha, zvláště od nezkušených uživatelů, se otázka okamžitě stává "jak připojit přijímač k televiz...

Přečtěte Si Více