Inzwischen sind Systeme wie "Smart Home" von den erstaunlichen Exoten, die nur den Wohlhabendsten zur Verfügung stehen, zu einem Selbstverständlichen geworden, dem jeder beitreten kann. Es gibt etwas, aus dem man wählen kann: Viele Entwickler beherrschen die Veröffentlichung solcher Hardware-Software-Systeme. Zu den bekanntesten gehört Arduino, dessen Produkte wir nun kennenlernen werden.

Was ist ein "intelligentes Zuhause"

Dieser Begriff hat ein verständlicheres Analogon - "Home Automation". Das Wesen solcher Lösungen besteht darin, die automatische Ausführung verschiedener Prozesse zu Hause, im Büro oder in spezialisierten Einrichtungen sicherzustellen. Das einfachste Beispiel ist das automatische Einschalten der Beleuchtung zu einem Zeitpunkt, wenn einer der Bewohner den Raum betritt.

In jedem "Smart House" -System können die folgenden Komponenten unterschieden werden:

1. Sensorischer Teil. Hierbei handelt es sich um eine Reihe von Geräten, deren Hauptbestandteil durch verschiedene Sensoren repräsentiert wird, die es dem System ermöglichen, Ereignisse unterschiedlicher Art zu registrieren. Beispiele sind Temperatur- und Bewegungssensoren. Andere Geräte des Sensorteils dienen zur Übertragung der Benutzerbefehle an das System. Dies sind Fernbedienungen und Fernbedienungen mit Empfängern.

   Eines der am häufigsten verwendeten Elemente des "Smart House" ist ein Bewegungssensor

2. Der ausführende Teil. Dies sind die Geräte, die das System steuern kann und auf diese Weise entsprechend einem benutzerdefinierten Szenario auf ein Ereignis reagieren kann. Es handelt sich vor allem um ein Relais, über das der Controller des "Smart House" jedes elektrische Gerät mit Strom versorgen kann, also ein- und ausschalten kann. Zum Beispiel, auf der Baumwolle in der Handfläche (das System "hört" es mit einem Mikrofon) können Sie die Aktivierung eines Relais konfigurieren, das den Ventilator mit Strom versorgt. Hinweis: In diesem Beispiel kann der Lüfter beliebig sein. Sie können aber auch das speziell für den Einsatz als Teil eines bestimmten Systems freigegebene Gerät verwenden. Zum Beispiel stellt Arduino Elektromotoren für seine Systeme her, mit denen es zum Beispiel möglich ist, zu schließen oder Öffnen Sie das Fenster, und Xiaomi (ein chinesischer Hersteller von ähnlichen Systemen) - Steuergeräte Luftfilter. Ein solches Gerät wird vollständig vom System gesteuert, dh es kann nicht nur eingeschaltet, sondern auch die Einstellungen ändern.

   Der Elektromotor ist ein Aktuator, der durch das Signal des Systemcontrollers aktiviert wird und den damit verbundenen Mechanismus ansteuert

3. Der Prozessor. Kann auch als Controller bezeichnet werden. Dies ist das "Gehirn" des Systems, das die Arbeit aller seiner Komponenten koordiniert und koordiniert.

   Die Prozessorplatine (oder der Controller) steuert die Aktuatoren basierend auf der Firmware und den Daten, die von den Sensoren empfangen werden

4. Software. Dies ist eine Reihe von Anweisungen, die den Prozessor führen. In Systemen einiger Hersteller, einschließlich Arduino, kann der Benutzer ein Programm schreiben unabhängig, in anderen - gebrauchsfertige Lösungen verwendet werden, in denen nur typisch Szenarien.

Moderne Systeme "Smart House" sind in mehrere Varianten unterteilt:

1. Ausgestattet mit einem eigenen Controller.
2. Verwenden Sie in dieser Kapazität den Prozessor eines Benutzer-Computers (Tablet, Smartphone).
3. Verarbeiten von Informationen über einen Remote-Server der Entwicklerfirma (Cloud-Dienst).

Das System kann nicht nur dieses oder jenes Gerät aktivieren, sondern auch den Benutzer über das Ereignis informieren, das durch Senden einer Nachricht an das Telefon oder auf andere Weise aufgetreten ist. So kann es mit Alarmfunktionen einschließlich Brandschutz ausgestattet werden.

Szenarien können viel komplexer sein, als wir in den Beispielen beschrieben haben. Zum Beispiel ist es möglich, das System zu lehren, einen Kessel einzuschließen und die Versorgung mit heißem Wasser zu übertragen, wenn die zentrale Versorgung unterbrochen ist, wenn es die Anwesenheit von jemandem von den Mietern im Haus enthüllt (Hilfe Infrarot, Ultraschallsensoren, sowie Sensoren Bewegung).

Arduino kennenlernen

Arduino ist ein italienisches Unternehmen, das sich der Entwicklung und Produktion von Komponenten und Software für einfache Smart-Home-Systeme für Nichtspezialisten widmet. Bemerkenswert ist, dass dieser Entwickler die Architektur der von ihm geschaffenen Systeme vollständig geöffnet hat, was es möglich machte Dritthersteller, um neue Arduino-kompatible Geräte zu entwickeln und zu kopieren, sowie Software für sie.

Dieser Ansatz hat eine hohe Popularität für die Systeme des italienischen Unternehmens gebracht, aber es hat auch einen Nachteil: wegen der Tatsache, dass für die Produktion Komponenten für Arduino-Systeme werden sozusagen genommen, allen, die nicht faul sind, gelingt es nicht immer zum ersten Mal, eine hohe Qualität zu erlangen Produkt. Oft muss man sich dem Problem der Kompatibilität von Komponenten verschiedener Hersteller stellen.

Ein potenzieller Benutzer sollte wissen, dass seit 2008 zwei Unternehmen Produkte unter der Marke Arduino produzieren. In der ersten, die diese Richtung begann, befindet sich die offizielle Website unter www.arduino.cc; der zweite, neu gebildet - bei www.arduino.org. Was vor der Teilung entwickelt wurde, ist auf beiden Seiten gleichermaßen vertreten, aber die Palette der neuen Produkte ist bereits anders.

Die Software für "Smart House" -Systeme Arduino hat die Form einer Software-Shell (genannt IDE), in der Sie Programme schreiben und übersetzen können. Es wird kostenlos verteilt. Programme sind in C ++ geschrieben.

Die Versionen des Arduino IDE-Programms, das auf diesen Sites präsentiert wird, sind ebenfalls sehr unterschiedlich, obwohl sie nicht nur den Namen, sondern auch die Versionsnummern haben.Aus diesem Grund sind sie ziemlich leicht zu verwirren. Der Unterschied ist, dass jede Software ihre Bibliotheken und Boards unterstützt.

Die "Hardware" des Systems besteht aus einer Hauptplatine mit einem Mikrocontroller (Prozessorplatine) und Erweiterungskarten, die üblicherweise als Shields bezeichnet werden. Wenn Sie die Abschirmung mit der Prozessorplatine verbinden, können Sie dem Smart House neue Komponenten hinzufügen. Das zusammengebaute System kann entweder vollständig autonom sein oder in Verbindung mit einem Computer über eine standardmäßige verdrahtete oder drahtlose Schnittstelle arbeiten.

Vorteile des Arduino-Systems

Dieses Hardware-Softwarepaket zieht den Benutzer mit solchen Vorteilen an:

• die Möglichkeit der selbständigen Arbeit aufgrund der Anwesenheit eines eigenen Verantwortlichen;
• umfangreiche Möglichkeiten zum Einrichten des Systems (der Benutzer selbst schreibt ein Programm, in dem Szenarien beliebiger Komplexität bereitgestellt werden können);
• Einfachheit des Prozesses des Ladens des Programms in die Steuerung: der Programmierer ist dafür nicht erforderlich, es ist genug, ein USB-Kabel zu haben (im Mikrocontroller gibt es einen Firmware Bootloader);
• die günstigen Kosten von Komponenten aufgrund des Fehlens von Monopolrechten für einen bestimmten Hersteller (die Architektur ist offen).

Wenn der Bootloader Bootloader zu funktionieren begann oder nicht im gekauften Mikrocontroller erschien, hat der Benutzer die Möglichkeit ihn selbst zu flashen. Die IDE-Software-Shell bietet Unterstützung für eine Reihe der beliebtesten und beliebtesten Programmierer für diesen Zweck. Darüber hinaus verfügen fast alle Arduino-Prozessoren über einen Stecker, der die In-Circuit-Programmierung ermöglicht.

Das Arduino IDE-Programm, das auf der Website arduino.cc vorgestellt wird, Benutzer Hardware-Software-Plattformen, während in der Version des Programms auf arduino.org wie Funktion ist nicht vorhanden.

Welche Lösungen bietet Arduino?

Da die Produktion von Arduino-kompatiblen Sensoren und Geräten von vielen Firmen betrieben wird, ist die Palette dieser Produkte recht groß. Hier wird das am häufigsten angewendet:

1. Sensoren, die die klimatischen Parameter überwachen:
   • Temperatur;
   • Feuchtigkeit;

     Ein spezielles Board mit Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren bietet eine Schnittstelle zur Ausgabe der gemessenen Parameter an das LCD-Display

   • Niederschlag (Regen- und Schneesensor);
   • Beleuchtung;
   • Druck.
2. Sensoren, die es erlauben, die räumliche Position des Objekts zu bestimmen, auf dem sie befestigt sind:
   • 6-Achsen-Gyrosensor mit Beschleunigungssensor;
   • Kompass.

     Mit dem eingebauten Kompass können Sie die Seiten des Lichts in Bezug auf das Objekt bestimmen, auf dem das System verwendet wird

3. Sensoren, die das Vorhandensein verschiedener Objekte registrieren können:
   • Bewegungssensor;
   • Infrarotsensor (Fixieren einer bewegungslosen sitzenden Person oder eines warmblütigen Tieres);

     IR-Sensor ermöglicht es Ihnen, die Anwesenheit von Personen im Haus zu bestimmen und in den entsprechenden Zweig des Arbeitsszenarios zu gehen

   • Ultraschallsensor (erkennt Objekte mit beliebiger Temperatur und bestimmt den Abstand zu ihnen).
4. Notfallsensoren:
   • Rauchmelder;
   • Feuer-Sensor;
   • Gaslecksensor;

     Durch den Anschluss des Gassensors wird eine Gasleckage im Raum sofort erkannt und das Notfall-Szenario aktiviert

   • Kohlendioxid-Sensor.
5. Andere Geräte, zum Beispiel:
   • Mikrofon;
   • Uhr;
   • Tür offen Sensor;
   • Fernbedienungen (Radiofrequenz und Infrarot) mit Empfängern;
   • Fernbedienungstasten.

Einige dieser Geräte sind im Arduino Start Base Kit enthalten, das von einigen Herstellern StarterKit genannt wird.

Der exekutive Teil enthält eine große Menge von Geräten, zum Beispiel:

• Elektromotoren;
• Relais und verschiedene Schalter;
• Dimmer (ermöglichen eine sanfte Änderung der Beleuchtungsintensität);
• Türschließer;
• Ventile und 3-Wege-Ventile mit Servoantrieben.

Wenn Sie planen, Beleuchtung über Arduino Relais zu verbinden, dann ist es besser, LED-Lampen als Beleuchtungskörper zu verwenden. Glühlampen, die durch solche Relais verbunden sind, brennen schnell.

Video: Wir beginnen mit Arduino zu arbeiten - wir verwalten die LED über das Webinterface

Ein Projekt auf Arduino erstellen

Der Prozess der Erstellung und Konfiguration des "Smart House" Arduino wird am Beispiel eines Systems gezeigt, in dem die folgenden Funktionen aufgebaut werden:

• Temperaturüberwachung auf der Straße und in Innenräumen;
• Überwachen des Zustands des Fensters (offen / geschlossen);
• Überwachung der Wetterbedingungen (klar / Regen);
• Erzeugung eines akustischen Signals, wenn der Bewegungssensor ausgelöst wird, wenn die Alarmfunktion aktiviert ist.

Das System wird so konfiguriert, dass die Daten über eine spezielle Ansicht angezeigt werden können Anwendung, sowie ein Web-Browser, das heißt, der Benutzer wird in der Lage sein, dies von jedem Ort zu tun, wo es Zugang gibt im Internet.

Verwendete Abkürzungen:

1. "GND" ist der Boden.
2. "VCC" - Essen.
3. "PIR" - Bewegungssensor.

Die notwendigen Komponenten für die Herstellung des "Smart House" -Systems

Für das Smart Home-System von Arduino benötigen Sie Folgendes:

• Mikroprozessorplatine Arduino;
• Ethernet-Modul ENC28J60;
• zwei Temperatursensoren Marke DS18B20;
• Mikrofon;
• Regen- und Schneesensor;
• Bewegungssensor;
• Schalter Reed;
• Relais;
• Widerstandswiderstand, kOhm;
• Twisted-Pair-Kabel;
• Ethernet-Kabel.

Die Kosten aller Komponenten betragen ungefähr 90 US-Dollar.

Build "Smart House Schritt für Schritt Anleitung

Das ist die Reihenfolge, in der Sie handeln müssen.

Anschluss von Leit- und Sensorgeräten

Wir verbinden alle Komponenten nach dem Schema.

Entwicklung von Programmcode

Der Benutzer schreibt das gesamte Programm in die Arduino IDE-Shell, für die letztere mit einem Texteditor ausgestattet ist, der Projektmanager, der Compiler, der Präprozessor und die Mittel, um den Programmcode in den Mikroprozessor des Boards zu füllen Arduino. Entwickelte Versionen von IDE für die Betriebssysteme von Mac OS X, Windows und Linux. Die Programmiersprache ist C ++ mit einigen Vereinfachungen. Benutzerprogramme für Arduino werden normalerweise Skizzenskizzen oder Skizzen genannt, die IDE speichert sie in Dateien mit der Endung ".ino".

Die main () -Funktion, die in C ++ obligatorisch ist, wird vom IDE-Wrapper automatisch erstellt und enthält eine Reihe von Standardaktionen. Der Benutzer sollte die setup () -Funktionen (einmal zum Startzeitpunkt ausgeführt) und loop () (in einer Endlosschleife ausgeführt) schreiben. Beide Funktionen sind für Arduino obligatorisch.

Header-Dateien von Standard-Bibliotheken müssen nicht in das Programm eingefügt werden - die IDE tut dies automatisch. Es gilt nicht für Benutzerbibliotheken - sie müssen angegeben werden.

Das Hinzufügen von Bibliotheken zur IDE "Project Manager" erfolgt auf eine etwas ungewöhnliche Weise. In Form von Quellcode, der in C ++ geschrieben ist, werden sie einem speziellen Ordner im Arbeitsverzeichnis der IDE-Shell hinzugefügt. Danach erscheinen die Namen dieser Bibliotheken im entsprechenden IDE-Menü. Diejenigen, die der Benutzer markiert, werden zur Kompilierungsliste hinzugefügt.

Die IDE bietet ein Minimum an Einstellungen, und die Möglichkeit, den Compiler zu konfigurieren, fehlt überhaupt. Somit ist ein Anfänger-Programmierer immun gegen Fehler.

Hier ist ein Beispiel für das einfachste Programm, bei dem die LED am 13. Ausgang der Karte alle 2 Sekunden blinkt:

void setup () {pinMode (13, AUSGABE); // Arduino Ausgabe 13 Ausgabe}

Leere Schleife () {digitalWrite (13, HIGH); // Aktivieren Sie den 13. Ausgang, der Parameter des DigitalWrite-Funktionsaufrufs HIGH ist ein High-Logik-Level-Zeichen

Verzögerung (1000); // Verzögerungszyklus für 1000 ms - 1 Sekunde

digitalWrite (13, LOW); // Ausgang ausschalten 13, Aufruf Parameter LOW - low logic level Attribut

Verzögerung (1000); // Verzögerungszyklus für 1 Sekunde}

Im Moment ist es jedoch nicht immer notwendig, dass ein Benutzer ein Programm selbst schreibt: Es gibt viele vorgefertigte Bibliotheken und Skizzen im Netzwerk (siehe hier: http://arduino.ru/Reference). Es gibt ein vorgefertigtes Programm für das in diesem Beispiel betrachtete System. Es muss heruntergeladen, entpackt und in die IDE importiert werden. Der Text des Programms enthält Kommentare, in denen das Prinzip seiner Durchführung erläutert wird.

Wenn der Benutzer im Browser oder in der Smartphone-Anwendung auf die Schaltfläche "Aktualisieren" klickt, sendet der Arduino-Mikrocontroller die Daten an diesen Client. Auf jeder Seite als «/ tempin» identifiziert, «/ tempout», «/ regen», «/ Fenster», «/ Alarm», gibt den Code ein, der auf dem Bildschirm angezeigt wird.

Installieren einer Clientanwendung auf einem Smartphone (für Android OS)

Um Daten vom Smart Home-System im Netzwerk zu empfangen, können Sie die fertige Anwendung herunterladen.

Hier ist, was der Gadget-Besitzer tun muss:

1. Laden Sie die Datei SmartHome.apk herunter.
2. Senden Sie es an Ihr Telefon.
3. Nach dem Öffnen des "Datei-Managers legen Sie diese Datei ab.
4. Klicken Sie darauf und wählen Sie "Installieren" (ein Häkchen muss aktiviert sein, damit Sie Programme außerhalb des Google Play-Dienstes installieren können).

   Sie müssen die Installation von Programmen aktivieren, die nicht von PlayMarket stammen und sich im Abschnitt "Sicherheit" der Smartphone-Einstellungen befinden

5. Wenn die Installation abgeschlossen ist, aktivieren Sie die Anwendung.
6. Richte es ein.

Mit dieser Anwendung können Sie nicht nur Informationen aus dem Smart-House-System empfangen, sondern auch verwalten - Alarme aktivieren und deaktivieren. Wenn es aktiviert ist, erhält die Anwendung eine Benachrichtigung, wenn der Bewegungssensor ausgelöst wird. Die Abfrage des Arduino-Systems für den Auslöser der Bewegungssensoranwendung erfolgt mit einer Frequenz von einmal pro Minute.

Über das Symbol "Einstellungen" können Sie Ihre IP-Adresse bearbeiten.

Konfigurieren des Browsers für die Arbeit mit dem "Smart House"

Geben Sie in der Adressleiste des Browsers XXX.XXX.XXX.XXX/all ein, wobei "XXX.XXX.XXX.XXX" für Ihre IP-Adresse steht. Danach ist es möglich, Daten vom System zu empfangen und zu verwalten.

Der hier vorgestellte Code ermöglicht es dem Browser, das Licht ein- und auszuschalten, während in der Android-Smartphone-Anwendung eine solche Funktion nicht implementiert ist.

Arbeiten mit dem Router

Dann auf dem Router müssen Sie den Port öffnen:

• Öffnen Sie die Routereinstellungen.
• verschreiben die Adresse Arduino IP;
• Öffne Port 80.

  Es ist notwendig, die Route zum Arduino-Prozessor für Port 80 zu registrieren

Einrichten eines Accounts bei noip.com

Dieser Schritt ist optional, ist jedoch erforderlich, wenn Sie der Adresse einen Domänennamen zuweisen möchten. Um dies zu tun, müssen Sie sich auf der Website registrieren https://www.noip.com/, Gehen Sie zum Abschnitt "Host hinzufügen" und geben Sie die IP-Adresse des Systems ein.

Die Erstellung des Projekts ist abgeschlossen, Sie können den Zustand des Systems überprüfen.

Video: intelligentes Haus auf Arduino

Eigenschaften einiger Arduino-Hardware

Angesichts der Tatsache, dass Arduino-kompatible Komponenten von vielen Drittfirmen produziert werden, deren Produktqualität sich selbst darstellt die Firma Arduino kontrolliert nicht, der Benutzer wird eher eine Komponente kaufen, die nicht ganz funktioniert richtig.

Eine ähnliche Situation hat sich bei der Entwicklung von Personal Computern entwickelt. Zu einer Zeit hat IBM die Architektur seiner Computer geöffnet, wodurch IBM-kompatible Computer und einzelne Komponenten begannen, viele Firmen zu produzieren. Dies hat zur Folge, dass "Persönlichkeiten" dieser Art auf der ganzen Welt weit verbreitet sind, jedoch die Qualität der Komponenten und der Grad ihrer Kompatibilität in vielen Fällen nicht auf dem höchsten Niveau waren. Gegensätzliche Taktiken hielten sich an die Firma Apple. Es beschränkte den Kreis von Entwicklern mit Zugriff auf Architektur, und die gleiche Politik wurde im Bereich der Softwareentwicklung durchgeführt. Infolgedessen waren die Computer von Apple weniger häufig und teurer, aber sie sind den IBM-kompatiblen Geräten, auf denen Windows ausgeführt wird, eine Größenordnung überlegen.

Bei einigen Komponenten für Arduino-Systeme haben Benutzer Folgendes bemerkt:

1. Der Temperatursensor DHT11, der mit dem Basiskit (StarterKit) geliefert wird, weist einen signifikanten Fehler von 2-3 Grad auf. Im Raum wird empfohlen, einen Temperatursensor DHT22 zu verwenden, der genauere Anzeigen und die Installation ermöglicht auf der Straße - DHT21, in der Lage, bei negativen Temperaturen zu arbeiten und Schutz vor mechanischen Schaden.
2. Bei einigen Arduino-Mikroprozessorkarten schlägt der COM-Port fehl, wenn das mit ihnen verbundene Relais schließt. Aus diesem Grund kann der Mikrocontroller die Skizze nicht laden: Sobald die Füllung startet, wird der Prozessor neu gestartet. Das Relais klickt dann, der COM-Port ist deaktiviert und der Ladeprozess der Skizze stoppt.
3. Der Fenster- / Türschließsensor weist manchmal Überraschungen in Form von Fehlalarmen auf. Daher wird die Skizze so geschrieben, dass das System erst nach dem Empfang mehrerer Signale in Folge die notwendige Aktion erzeugt.
4. Um das Prozessmanagement mit Hilfe von Claps zu konfigurieren, bestellen einige unerfahrene Benutzer anstelle eines Mikrofons einen Sounddetektor mit manueller Schwellwerteinstellung. Zu diesem Zweck ist diese Komponente nicht geeignet, da sie eine sehr kurze Reichweite hat: es ist notwendig, nicht mehr als 10 cm vom Detektor zu klatschen. Darüber hinaus sendet dieser Sensor Signale mit Impulsen von kurzer Dauer, so dass in Anwesenheit eines großen Die Skizze, die eine relativ lange Zeit benötigt, um zu verarbeiten, hat den Mikrocontroller gerade keine Zeit für sie reparieren.
5. Für das Feueralarmsystem sollte ein Rauchmelder anstelle eines Feuersensors verwendet werden. Letzterer registriert eine Flamme nicht mehr als 30 cm von sich entfernt.
6. Im Falle einer Fehlfunktion des Mikrocontrollers oder von Fehlern im Code ist es besser, normalerweise geschlossene Relais mit seriell verbundenen Handschaltern zu verwenden.

Um den Kauf von qualitativ minderwertigen Komponenten zu vermeiden, empfehlen erfahrene Benutzer, im Internet veröffentlichte Bewertungen vorab zu prüfen. Preiswerte Sensoren können in mehreren Versionen gekauft werden, um persönlich zu überprüfen, welche besser funktioniert.

Vielleicht ist das "intelligente Haus" -System von Arduino nicht das beste, aber die breiteste Auswahl an Komponenten und ihre erschwinglichen Kosten haben es zu einem der beliebtesten gemacht. Mit unseren Tipps lernen Sie schnell, wie Sie Arduino-Projekte erstellen, indem Sie verschiedene Home-Prozesse automatisieren.