Jotkut järjestelmät, kuten "älykäs koti" hämmästyttävistä eksoottisista aineista, jotka ovat saatavissa vain kaikkein varakkaimmista, on tullut yleinen paikka, johon kukaan voi liittyä. Siellä on jotain valittavaksi: monet kehittäjät ovat oppineet tällaisten laitteisto-ohjelmistojärjestelmien vapauttamisen. Tunnetuimpia on Arduino, jonka tuotteita tutustumme nyt.

Mikä on "älykäs koti"

Tämä termi on ymmärrettävämpi analoginen - "kotiautomaatio". Tällaisten ratkaisujen ydin on varmistaa kodin, toimiston tai erikoistuneiden laitosten erilaisten prosessien automaattinen toteutus. Yksinkertaisin esimerkki on valaistuksen automaattinen kytkeminen samaan aikaan, kun yksi matkustajista tulee huoneeseen.

Jokaisessa älykotirakenteessa voidaan erottaa seuraavat osat:

1. Aistillinen osa. Tämä on joukko laitteita, joiden pääasiallisena osana ovat erilaiset anturit, joiden ansiosta järjestelmä voi rekisteröidä erilaiset tapahtumat. Esimerkkejä ovat lämpötila- ja liikeanturit. Muut anturiosan laitteet toimivat käyttäjän käskyjen siirtämiseksi järjestelmään. Nämä ovat kauko-painikkeita ja kauko-ohjaimia vastaanottimien kanssa.

   Yksi "älykkäiden talojen" useimmiten käytetyistä elementeistä on liiketunnistin

2. Toimeenpano. Nämä ovat laitteita, joita järjestelmä voi hallita ja reagoi näin tapahtumaan käyttäjän määrittämän skenaarion mukaisesti. Ensinnäkin se on rele, jonka kautta "älykäs talo" -ohjain voi toimittaa tehoa mihin tahansa sähkölaitteeseen, eli kytkeäksesi sen päälle ja pois päältä. Esimerkiksi puuvillasi kädessäsi (järjestelmä "kuulee sen mikrofonin avulla") voit konfiguroida releen, joka tuottaa tehoa tuulettimelle. Huomaa: tässä esimerkissä tuuletin voi olla mikä tahansa. Voit kuitenkin käyttää laitetta, joka on vapautettu toimimaan osana tietyn järjestelmän. Esimerkiksi Arduino valmistaa sähkömoottoreita järjestelmilleen, joiden avulla on esimerkiksi mahdollista sulkea tai avaa ikkuna ja Xiaomi (samanlaisten järjestelmien kiinalainen valmistaja) - ohjauslaitteet ilmanpuhdistin. Järjestelmä hallitsee tällaista laitetta täysin, eli se ei voi ottaa sitä käyttöön vaan muuttaa asetuksia.

   Sähkömoottori on toimilaite, joka aktivoituu järjestelmän ohjaimen signaalin avulla ja käyttää sitä kytkettyä mekanismia

3. Prosessori. Voidaan kutsua myös ohjaimeksi. Tämä on järjestelmän "aivot joka koordinoi ja koordinoi kaikkien sen komponenttien työtä.

   Prosessorilaite (tai ohjain) ohjaa toimilaitteita perustuen laiteohjelmistoon ja antureilta vastaanotettuihin tietoihin

4. Ohjelmisto. Tämä on käsky, joka ohjaa prosessoria. Joidenkin valmistajien järjestelmissä, mukaan lukien Arduino, käyttäjä voi kirjoittaa ohjelman itsenäisesti, toisissa - käytetään valmiita ratkaisuja, joissa vain tyypillisiä skenaarioita.

Nykyaikaiset "älykoti" -järjestelmät on jaettu useisiin lajikkeisiin:

1. Varustettu omalla ohjaimella.
2. Käytetään tässä ominaisuudessa käyttäjän tietokoneen (tabletin, älypuhelimen) prosessori.
3. Käsittelytiedot kehittäjäyhtiön omistaman etäpalvelimen kautta (pilvipalvelu).

Järjestelmä ei voi aktivoida vain tätä laitetta, vaan myös ilmoittaa käyttäjälle siitä tapahtumasta, joka on tapahtunut lähettämällä viesti puhelimeen tai jollakin muulla tavalla. Siten voidaan antaa hälytystoimintoja, kuten palonsuojaus.

Skenaariot voivat olla paljon monimutkaisempia kuin esimerkit. Esimerkiksi on mahdollista opettaa järjestelmään kattilan sisällyttämistä ja siirtää kuuman veden syöttö sille, kun keskusjohto katkaistaan, jos se paljastaa jonkun ihmisen asumisen vuokralaisista talossa (apu infrapuna, ultraäänianturit ja anturit liikkuminen).

Tutustuminen Arduinoon

Arduino on italialainen yritys, joka on omistanut komponenttien ja ohjelmistojen kehittämisen ja tuotannon yksinkertaisille "älykkäille" järjestelmille, jotka on tarkoitettu muille kuin asiantuntijoille. On huomionarvoista, että tämä kehittäjä teki täysin luotujen järjestelmien arkkitehtuurin, mikä mahdollisti sen kolmannen osapuolen valmistajat voivat kehittää uusia ja kopioida olemassa olevia Arduino-yhteensopivia laitteita sekä tuottaa ohjelmistoja niitä.

Tämä lähestymistapa on antanut suuren suosion italialaisille yrityksille, mutta sillä on myös epäedullinen asema. Arduino-järjestelmien komponentit on otettu, niin sanotusti kaikki, jotka eivät ole laiskoja, eivät aina aina onnistu hankkimaan korkealaatuisia tuote. Usein sinun on kohdattava eri valmistajien komponenttien yhteensopivuusongelma.

Potentiaalisen käyttäjän tulisi olla tietoinen siitä, että vuodesta 2008 alkaen Arduino-tuotemerkillä on kaksi tuotetta. Ensimmäinen, joka alkoi tästä suunnasta, virallinen sivusto sijaitsee osoitteessa www.arduino.cc; toinen, vasta perustettu - osoitteessa www.arduino.org. Mikä on kehitetty ennen jakamista, molemmilla sivustoilla on edustettu tasaisesti, mutta uusien tuotteiden valikoima on jo erilainen.

"Älykoti" -järjestelmien ohjelmisto Arduino on ohjelmakuvake (IDE), jossa voit kirjoittaa ja kääntää ohjelmia. Se jakautuu maksutta. Ohjelmat kirjoitetaan C ++ -ohjelmassa.

Näillä sivustoilla esitetyt Arduino IDE -ohjelman versiot ovat myös hyvin erilaisia, vaikka niissä on samat paitsi nimensä myös versionumerot.Tämän vuoksi ne ovat melko helposti hämmentyneitä. Ero on se, että jokainen ohjelmisto tukee sen kirjastoja ja levyjä.

Järjestelmän "laitteisto" koostuu emolevystä, jossa on mikrokontrolleri (prosessorilauta) ja siihen asennetut laajennuskortit, joita kutsutaan yleisesti särmiksi. Suojan liittäminen prosessorilevylle mahdollistaa uusien komponenttien lisäämisen älykotiin. Kokoonpannut järjestelmä voi olla joko täysin itsenäinen tai työskentelee tietokoneen yhteydessä tavallisen langallisen tai langattoman liitännän kautta.

Arduino-järjestelmän edut

Tämä laitteisto-ohjelmistopaketti houkuttelee käyttäjälle tällaisia ​​etuja:

• itsenäisen työn mahdollisuus, koska sen oma ohjaaja on läsnä;
• laajat mahdollisuudet järjestelmän luomiseen (käyttäjä itse kirjoittaa ohjelmasta, jossa voidaan tarjota monimutkaisuuden skenaarioita);
• Ohjelman latauksen yksinkertaisuus ohjaimelle: ohjelmointia ei tarvita tähän, riittää USB-kaapeli (mikrokontrollerissa on firmware Bootloader);
• komponenttien kohtuulliset kustannukset, koska tietyn valmistajan monopolioikeudet puuttuvat (arkkitehtuuri on auki).

Jos käynnistyslataimen käynnistyslataaja alkoi toimintahäiriö tai se ei näkynyt ostetussa mikrokontrollerissa, käyttäjällä on mahdollisuus salata se itse. IDE-ohjelmistokehys tukee useimpia suosituimpia ja suosittuja ohjelmoijia tähän tarkoitukseen. Lisäksi lähes kaikissa Arduinon prosessoreissa on urosliitin, joka mahdollistaa piiriin ohjelmoinnin.

Arduino IDE -ohjelma, joka on esitelty arduino.cc-sivustolla, käyttäjän laitteisto-ohjelmistoalustoja, kun taas arduino.org-ohjelman ohjelmistossa toiminto puuttuu.

Mitä ratkaisuja Arduino tarjoaa?

Koska Arduino-yhteensopivien antureiden ja laitteiden tuotantoa hoidetaan monissa yrityksissä, näiden tuotteiden valikoima on melko laaja. Tätä käytetään useimmiten:

1. Anturit, jotka seuraavat ilmastollisia parametreja:
   • lämpötila;
   • kosteus;

     Erikoislevy, jossa on lämpötila- ja kosteusanturit, tarjoaa liitännän mitatun parametrin antamiseksi LCD-näytölle

   • sademäärä (sade- ja lumianturi);
   • valaistus;
   • painetta.
2. Anturit, joiden avulla voidaan määrittää kohteen spatiaalinen sijainti, johon ne on kiinnitetty:
   • 6-akselinen gyro-anturi kiihtyvyysanturilla;
   • kompassi.

     Sisäänrakennetun kompassin avulla voit määrittää valon sivut suhteessa kohteeseen, jolle järjestelmää käytetään

3. Anturit, joiden avulla voidaan rekisteröidä eri objektien läsnäolo:
   • liiketunnistin;
   • infrapuna-anturi (kiinnitä liikkumaton istuttava henkilö tai lämminverinen eläin);

     IR-anturin avulla voit määrittää ihmisten läsnäolon talossa ja siirtyä työskenaarion asianmukaiseen haaraan

   • ultraäänianturi (tunnistaa kohteet missä tahansa lämpötilassa ja määrittää etäisyyden niihin).
4. Hätäanturit:
   • savunilmaisimet;
   • paloanturi;
   • kaasun vuotoanturi;

     Kaasusensorin kytkeminen havaitsee välittömästi huoneen kaasuvuodon ja aktivoi hätäsuunnitelman

   • hiilidioksidianturi.
5. Muut laitteet, esimerkiksi:
   • mikrofoni;
   • tuntia;
   • oven auki anturi;
   • kaukosäätimet (radiotaajuudet ja infrapunat) vastaanottimien kanssa;
   • kaukosäätimen painikkeet.

Jotkin näistä laitteista sisältyvät Arduino Start -pakettipakkaukseen, jota joillakin valmistajilla kutsutaan StarterKitiksi.

Toimeenpano-osa sisältää valtavan joukon laitteita, esimerkiksi:

• sähkömoottorit;
• releet ja erilaiset kytkimet;
• himmentimet (salli valon voimakkuuden tasaisen muuttamisen);
• ovensulkimet;
• Venttiilit ja 3-tie venttiilit, joissa on servomoottorit.

Jos aiot kytkeä valaistuksen Arduino-releen kautta, on parempi käyttää LED-valaisimia valaisimiin. Hehkulamput, jotka liitetään tällaisten releiden kautta, polttavat nopeasti.

Video: Aloitamme työskennellä Arduinon kanssa - hallitsemme LED-verkkoliittymää

Arduino-projektin laatiminen

Arduinon "älykkään talon" luomisen ja konfiguroinnin prosessi näytetään esimerkkinä järjestelmästä, jossa rakennetaan seuraavat toiminnot:

• lämpötilan valvonta kadulla ja sisätiloissa;
• ikkunan tilan valvonta (avoin / suljettu);
• sääolosuhteiden seuranta (kirkas / sade);
• Äänimerkin muodostus, kun liikeanturi laukaistaan, jos hälytystoiminto on aktivoitu.

Järjestelmä on konfiguroitu siten, että tietoja voidaan tarkastella erityisellä tavalla sovellus sekä selain, eli käyttäjä voi tehdä sen mistä tahansa paikasta, jossa on pääsy Internetissä.

Käytetyt lyhenteet:

1. "GND" on maa.
2. "VCC" - ruoka.
3. "PIR" - liiketunnistin.

Tarvittavat komponentit "smart house" -järjestelmän tuottamiseen

Arduino Smart Home -järjestelmään tarvitset seuraavat:

• mikroprosessorilauta Arduino;
• Ethernet-moduuli ENC28J60;
• kaksi lämpötila-anturia tuotemerkki DS18B20;
• mikrofoni;
• sade- ja lumianturi;
• liiketunnistin;
• kytkin reed;
• rele;
• Vastusvastus, kOhm;
• kierretty pari kaapeli;
• Ethernet-kaapeli.

Kaikkien komponenttien hinta on noin 90 dollaria.

Rakenna "älykäs talo askel askeleelta

Se on sekvenssi, jossa sinun on toimittava.

Executive- ja anturilaitteiden liittäminen

Yhdistämme kaikki komponentit järjestelmän mukaisesti.

Ohjelmakoodin kehittäminen

Käyttäjä kirjoittaa koko ohjelman Arduino IDE -kuorella, josta jälkimmäinen on varustettu tekstieditorilla, projektipäällikkö, kääntäjä, esikäsittelyohjelma ja keinot täyttää ohjelmakoodi kortin mikroprosessoriin Työläs. Kehittyneet IDE-versiot Mac OS X: n, Windowsin ja Linuxin käyttöjärjestelmille. Ohjelmointikieli on C ++, jossa on joitain yksinkertaistuksia. Mukautettuja ohjelmia Arduino kutsutaan luonnoksia (piirros), tai kaavan, IDE ohjelma tallentaa ne tiedostot, joiden pääte «.ino».

IDE-kääre generoi automaattisesti tärkeän () -toiminnon, joka on pakollinen C ++ -ohjelmassa, ja siinä määrätään useita vakiotoimintoja. Käyttäjän tulee kirjoittaa setup () -toiminnot (suoritetaan kerran alkamisaikana) ja loop () (suoritetaan ääretönpiirissä). Molemmat toiminnot ovat pakollisia Arduinoa varten.

Standardi-kirjastojen otsikkotiedostoja ei tarvitse lisätä ohjelmaan - IDE tekee tämän automaattisesti. Sitä ei sovelleta käyttäjien kirjastoihin - ne on määriteltävä.

Kirjojen lisääminen "Project Manager" -ohjelmaan toteutetaan epätavallisella tavalla. Lähdekoodin muodossa, joka on kirjoitettu C ++: ään, ne lisätään IDE-kuoren työhakemiston erityiseen kansioon. Tämän jälkeen näiden kirjastojen nimet näkyvät vastaavassa IDE-valikossa. Käyttäjätunnukset lisätään koontiluetteloon.

IDE tarjoaa vähimmäisasetukset, ja kääntäjän määritysmahdollisuus puuttuu lainkaan. Aloittelijan ohjelmoija on siis immuuni virheistä.

Tässä on esimerkki yksinkertaisimmasta ohjelmasta, joka aiheuttaa LED: n kytkemisen levyn 13: n ulostuloon 2 sekunnin välein:

tyhjä asetus () {pinMode (13, OUTPUT); // Arduino-lähtö 13 lähtö}

void loop () {digitalWrite (13, HIGH); // Ota käyttöön 13. tuloste, digitaalitekniikan funktion kutsun parametri HIGH on suuri logiikkatasoinen merkki

viive (1000); // viivejakso 1000 ms - 1 sekunnin ajan

digitalWrite (13, LOW); // Virta katkaisee 13, soittaa parametri LOW - matala logiikkatason ominaisuus

viive (1000); // Viivejakso 1 sekunnin ajan}

Tällä hetkellä käyttäjä ei ole kuitenkaan aina tarpeellista kirjoittaa ohjelmaa henkilökohtaisesti: verkossa on useita valmiita kirjastoja ja piirroksia (katso täältä: http://arduino.ru/Reference). Tässä esimerkissä on järjestelmä, joka on valmis. Se on ladattava, purettava ja tuoda IDE: hen. Ohjelman tekstissä annetaan kommentteja, joissa selostetaan sen toiminnan periaatetta.

Kun käyttäjä napsauttaa "Päivitä" -painiketta selaimessa tai älypuhelimen sovelluksessa, Arduino-mikrokontrolleri lähettää tiedot tälle asiakkaalle. Jokainen sivu, joka on merkitty "/ tempin "/ tempout "/ rain "/ window "/ alarm lähetetään ohjelmakoodille, joka näkyy näytöllä.

Asiakassovelluksen asentaminen älypuhelimeen (Android-käyttöjärjestelmä)

Jos haluat vastaanottaa tietoja älykotijärjestelmästä verkossa, voit ladata valmiin sovelluksen.

Tässä on gadgetin omistajan tehtävä:

1. Lataa tiedosto SmartHome.apk.
2. Lähetä se puhelimeesi.
3. Kun olet avannut "File Manager aseta tämä tiedosto.
4. Napsauta sitä ja valitse "Asenna" ("valintamerkki" on tarkistettava, jolloin voit asentaa ohjelmia Google Play -palvelun ulkopuolelle).

   Sinun on otettava käyttöön ohjelmia, jotka eivät ole PlayMarketissa, joka sijaitsee älypuhelimen asetusten "Suojaus" -osassa

5. Kun asennus on valmis, käynnistä sovellus.
6. Aseta se.

Tämän sovelluksen avulla voit vastaanottaa tietoja vain älykotirakenteesta, mutta hallita myös sitä - aktivoi ja poistaa hälytykset. Jos se on päällä, sovellus saa ilmoituksen, kun liiketunnistin käynnistyy. Arduino-järjestelmän kuulustelu liiketunnistussovelluksen laukaisua varten suoritetaan taajuudella kerran minuutissa.

Aktivoimalla "Asetukset" -kuvake voit muokata IP-osoitetta.

Selaimen konfigurointi toimimaan "älykkö talon" kanssa

Kirjoita selaimen osoiteriville XXX.XXX.XXX.XXX/all, jossa "XXX.XXX.XXX.XXX" on IP-osoite. Tämän jälkeen on mahdollista vastaanottaa tietoja järjestelmästä ja hallita sitä.

Tässä esiteltävä koodi sallii selaimen kytkeä valon päälle ja pois, kun taas Android-älypuhelinsovelluksessa tällaista toimintoa ei ole toteutettu.

Työskentely reitittimen kanssa

Sitten reitittimen täytyy avata portti:

• avaa reitittimen asetukset;
• määrätä osoite Arduino IP;
• avoin portti 80.

  On tarpeen rekisteröidä reitti Arduino-prosessoriin satamaan 80

Tilin asettaminen noip.com-palvelussa

Tämä vaihe on valinnainen, mutta se on välttämätöntä, jos haluat määrittää osoitteen verkkotunnuksen. Tätä varten sinun on ilmoittauduttava sivustolle https://www.noip.com/, siirry "Lisää isäntä" -osioon ja kirjoita järjestelmän IP-osoite.

Hankkeen luominen on päättynyt, voit tarkistaa järjestelmän terveyden.

Video: älykäs talo Arduinossa

Joidenkin Arduino-laitteiden ominaisuudet

Kun otetaan huomioon, että monet kolmannen osapuolen yritykset tuottavat Arduino-yhteensopivia osia, joiden laatua itsessään yritys Arduino ei aseta valvontaansa, käyttäjä todennäköisemmin ostaa osion, joka ei toimi lainkaan oikein.

Samankaltainen tilanne on kehittynyt henkilökohtaisten tietokoneiden kehittämisessä. Yhdessä kerrassa IBM teki tietokoneidensa arkkitehtuurin avoimeksi, minkä seurauksena IBM: n kanssa yhteensopivat tietokoneet ja yksittäiset komponentit alkoivat tuottaa monia yrityksiä. Tämän seurauksena tämäntyyppiset "persoonallisuudet" ovat laajasti levinneet kaikkialle maailmaan, mutta komponenttien laatu ja niiden yhteensopivuusaste eivät useinkaan ole korkeimmalla tasolla. Vastakkainen taktiikka liittyi yhtiö Apple. Se rajoitti kehittäjien piiriä arkkitehtuurilla, ja sama politiikka toteutettiin ohjelmistokehityksen alalla. Tämän seurauksena Applen tietokoneet olivat harvinaisempia ja kalliimpia, mutta ne ovat luokkaa suuremmat kuin IBM: n kanssa yhteensopivat laitteet, joissa on Windows-käyttöjärjestelmä.

Joillekin Arduino-järjestelmän komponenttien käyttäjille havaittiin seuraavat:

1. Lämpötila-anturi DHT11, joka toimitetaan peruskortilla (StarterKit), antaa merkittävän virheen 2-3 astetta. Huoneessa on suositeltavaa käyttää lämpötila-anturia DHT22, joka antaa tarkemmat ohjeet ja asennuksen kadulla - DHT21, joka pystyy toimimaan negatiivisissa lämpötiloissa ja suojaamaan mekaanista vaurioita.
2. Joillakin Arduino-mikroprosessorilevyillä, kun niihin liittyvä rele sulkeutuu, COM-portti epäonnistuu. Tämän vuoksi mikrokontrolleri ei pysty lataamaan luonnos: kun täyttö alkaa, prosessori käynnistyy uudelleen. Rele sitten napsauttaa, COM-portti on poistettu käytöstä ja luonnoksen lataus päättyy.
3. Ikkuna / ovi sulkeutuva anturi tarjoaa joskus yllätyksiä väärin positiivisina. Tämän vuoksi luonnos kirjoitetaan niin, että järjestelmä tuottaa tarvittavia toimia vasta sen jälkeen, kun useita peräkkäisiä signaaleja on vastaanotettu.
4. Jos haluat määrittää prosessinhallinnan lepovien avulla, jotkut kokemattomat käyttäjät tilaavat äänentunnistimen manuaalisella kynnysasetuksella mikrofonin sijaan. Tätä tarkoitusta varten tämä komponentti ei ole sopiva, koska sillä on hyvin lyhyt alue: on tarpeen laskea enintään 10 cm etäisyydellä ilmaisimesta. Lisäksi tämä anturi lähettää signaaleja, joilla on lyhytkestoisia pulsseja, niin että suuri läsnäolo Luonnos, jonka käsittelyaika on suhteellisen pitkä, mikrokontrollerilla ei juuri ole aikaa heille korjata.
5. Palohälytysjärjestelmää varten tulisi käyttää savunilmaisinta palontunnistimen sijaan. Jälkimmäinen rekisteröi liekin korkeintaan 30 cm itsestään.
6. Jos mikrokontrollerin toiminnassa on vikaa tai koodin virheitä, on parempi käyttää normaalisti suljettuja releitä sarjaväylällä liitetyillä käsikytkimillä.

Jotta vältettäisiin heikkolaatuisten osien ostaminen, maustetut käyttäjät suosittelevat ennakkoarviointia verkossa julkaistavien arvostelujen suhteen. Edullisia antureita voi ostaa useissa versioissa henkilökohtaisesti tarkistaa, mikä toimii paremmin.

Ehkä Arduinon "älykkö" -järjestelmä ei ole paras, mutta suurin mahdollinen komponenttien valinta ja edulliset kustannukset ovat tehneet sen yhdeksi suosituimmista. Käyttämällä vinkkejä voit nopeasti oppia luomaan Arduino-projekteja automatisoimalla erilaisia ​​kodin prosesseja.