Mostantól olyan rendszerek, mint az "intelligens otthon" a csodálatos exotikumokból, amelyek csak a legmenőbbek számára elérhetők, közhelysé váltak, amelyhez bárki csatlakozhat. Van valami választani: sok fejlesztő elsajátította az ilyen hardver-szoftver rendszerek kiadását. A leghíresebbek közül az Arduino, akinek termékeit most megismerhetjük.

Mi az "intelligens otthon"

Ez a kifejezés érthetőbb analóg - "otthoni automatizálás". Az ilyen megoldások lényege, hogy biztosítsák a különféle folyamatok automatikus végrehajtását az otthoni, irodai vagy speciális létesítményekben. A legegyszerűbb példa a világítás automatikus bekapcsolása, amikor az egyik lakó belép a szobába.

Minden "intelligens ház" rendszerben a következő összetevők különböztethetők meg:

1. Érzékszervi rész. Ez egy olyan eszközkészlet, amelynek fő részét különböző érzékelők képviselik, lehetővé téve a rendszer számára, hogy regisztráljon más jellegű eseményeket. Például a hőmérséklet és a mozgásérzékelők. Az érzékelő rész egyéb eszközei a felhasználó utasításainak a rendszerbe történő átvitelét szolgálják. Ezek távvezérlők és távirányítók a vevőkészülékekkel.

   Az "intelligens ház" egyik leggyakrabban használt eleme egy mozgásérzékelő

2. A végrehajtó rész. Ezek azok a készülékek, amelyeket a rendszer képes ellenőrizni, és így reagál egy eseményre a felhasználó által megadott forgatókönyv szerint. Először is, ez egy olyan relé, amelyen keresztül az "intelligens ház" vezérlője bármilyen elektromos eszközt táplálhat, azaz be- és kikapcsolhatja. Például a pamutra a tenyerében (a rendszer "mikrofonon hallja") beállíthatja a ventilátorhoz tápláló relé aktiválását. Megjegyzés: ebben a példában a ventilátor lehet bármely. De használhatja az eszközt, amelyet kifejezetten felszabadítanak egy adott rendszer részeként való működésre. Például az Arduino villanymotorokat gyárt a rendszeréhez, amellyel például zárható vagy nyissa meg az ablakot, és a Xiaomi (hasonló rendszerek kínai gyártója) - vezérlő eszközöket légtisztító. Az ilyen eszközt a rendszer teljesen vezérli, vagyis nem csak bekapcsolhatja, hanem megváltoztathatja a beállításokat is.

   Az elektromotor egy működtető, amely a rendszervezérlő jelével aktiválódik, és vezeti az ehhez kapcsolódó mechanizmust

3. A processzor. Szabályozónak is nevezhető. Ez a rendszer "agya amely koordinálja és koordinálja az összes alkotóelemét.

   A processzorlap (vagy vezérlő) vezérli az aktuátorokat a firmware és az érzékelők által kapott adatok alapján

4. Szoftver. Ez egy sor utasítás, amely irányítja a processzort. Néhány gyártó rendszerében, beleértve az Arduino-t is, a felhasználó programot írhat függetlenül, másokban - kész megoldásokat alkalmaznak, amelyekben csak tipikus forgatókönyveket.

Az "intelligens ház" modern rendszerei több fajtára oszthatók:

1. Saját vezérlővel felszerelt.
2. Ebben a minőségben használhatja a felhasználó számítógépének (tablet, okostelefon) processzorait.
3. Információk feldolgozása a fejlesztő cég tulajdonában lévő távoli szerveren keresztül (felhőszolgáltatás).

A rendszer nem csak aktiválja ezt a vagy az eszközt, hanem tájékoztatja a felhasználót az eseményről, amelyet üzenet vagy telefonon keresztül küldött, vagy más módon. Így riasztás funkciókat is bízhat, beleértve a tűzvédelmet is.

A forgatókönyvek sokkal bonyolultabbak lehetnek, mint a példákban. Például lehetőség van arra, hogy a rendszer egy kazánt foglaljon magába és átadja a forró víz táplálását a központi tápellátás levágásakor, ha felfedezi valaki jelenlétét a ház bérlőitől (segít infravörös, ultrahangos érzékelők, valamint érzékelők mozgás).

Ismerkedés az Arduino-val

Az Arduino egy olasz cég, amely a nem szakembereknek szánt egyszerű intelligens otthoni rendszerekhez szükséges komponensek és szoftverek fejlesztését és gyártását szolgálja. Érdemes megjegyezni, hogy ez a fejlesztő teljesen létrehozta az általa létrehozott rendszerek architektúráját, ami lehetővé tette harmadik gyártók számára, hogy új és másolatot készítsenek a meglévő Arduino-kompatibilis készülékekről, valamint szoftvereket állítsanak elő őket.

Ez a megközelítés nagy népszerűségnek örvendett az olasz vállalat rendszerei számára, de hátránya is van: az a tény, hogy a az Arduino-rendszerek összetevői, úgymond, mindenki, aki nem lusta, nem mindig sikerül először szerezni egy kiváló minőségű termék. Gyakran szembe kell néznie a különböző gyártók alkatrészeinek kompatibilitásával.

Egy potenciális felhasználónak tisztában kell lennie azzal, hogy 2008 óta két vállalat állít elő termékeit az Arduino márkanév alatt. Az első, amely megkezdte ezt az irányt, a hivatalos webhely a www.arduino.cc címen található; a második, újonnan alakult - a www.arduino.org. Amit a megosztás előtt fejlesztettek ki, mindkét oldalon egyenlő mértékben képviseltetik magukat, de az új termékek köre már eltérő.

Az "intelligens ház" rendszerekhez készült szoftver Arduino egy szoftverhéj (az úgynevezett IDE) formája, amelyben programokat írhat és készíthet. Ingyenes. A programokat C ++ -re írták.

Az Arduino IDE program ezen oldalakon bemutatott változatai is nagyon különbözőek, bár ugyanazok nem azonosak a névvel, hanem a verziószámmal is.Emiatt nagyon könnyen összezavarodnak. A különbség az, hogy minden szoftver támogatja a könyvtárait és tábláit.

A rendszer "hardvere" egy mikrokontrollerrel (processzor tábla) és bővítő kártyákkal ellátott alaplapból áll, amelyeket gyakran neveznek sípoknak. A pajzsot a processzorlapra csatlakoztatva új összetevőket lehet hozzáadni az intelligens házhoz. Az összeszerelt rendszer lehet teljesen önálló vagy a számítógéphez csatlakoztatható szabványos vezetékes vagy vezeték nélküli interfésszel.

Az Arduino rendszer előnyei

Ez a hardver-szoftvercsomag olyan előnyökkel vonzza a felhasználót:

• az autonóm munka lehetősége, a saját vezérlő jelenléte miatt;
• széleskörű lehetőségek állnak rendelkezésre a rendszer felállításához (a felhasználó maga ír egy olyan programot, amelyben bármilyen komplexitású forgatókönyveket lehet biztosítani);
• A program egyszerű betöltése a vezérlőbe: erre a programozóra nincs szükség, elegendő egy USB-kábel (a mikrokontrollerben van egy firmware Bootloader);
• az összetevők megfizethető költsége, mivel egy adott gyártónak nincs monopóliuma (az architektúra nyitva van).

Ha a Bootloader rendszerbetöltője meghibásodásba kezdett, vagy a megvásárolt mikrovezérlőben nem jelenik meg, akkor a felhasználónak lehetősége nyílik arra, hogy saját maga villogjon. Az IDE szoftver héj támogatja számos népszerű és népszerű programozó számára ezt a célt. Ráadásul szinte minden Arduino processzor rendelkezik egy hüvelyes csatlakozóval, amely lehetővé teszi az áramkörök programozását.

Az Arduino IDE program, amelyet az arduino.cc weboldalon mutattak be, felhasználói hardver-szoftver platformok, míg a verzióban a program arduino.org ilyen funkció hiányzik.

Milyen megoldásokat kínál az Arduino?

Mivel az Arduino-kompatibilis érzékelők és készülékek gyártását sok vállalat kezeli, ezeknek a termékeknek a köre meglehetősen széles. Itt alkalmazzák leggyakrabban:

1. Az éghajlati paramétereket felügyelő érzékelők:
   • hőmérséklet;
   • páratartalom;

     Egy speciális tábla hőmérséklet és páratartalom érzékelőkkel rendelkezik, amely lehetővé teszi a mért paraméterek kimenetét az LCD kijelzőre

   • csapadék (eső- és hóérzékelő);
   • megvilágítás;
   • nyomást.
2. Érzékelők, amelyek lehetővé teszik annak a tárgynak a térbeli helyzetének meghatározását, amelyen fixek:
   • 6 tengelyes giroszkóp gyorsulásmérővel;
   • iránytű.

     A beépített iránytű lehetővé teszi, hogy meghatározza a fény oldalát az objektumhoz képest, amelyen a rendszert használják

3. Érzékelők, amelyek lehetővé teszik a különböző objektumok jelenlétének regisztrálását:
   • mozgásérzékelő;
   • infravörös érzékelő (rögzítsen egy mozdulatlan ülő vagy meleg vérű állatot);

     Az infravörös érzékelő lehetővé teszi, hogy meghatározza a házban tartózkodók jelenlétét, és menjen a munkakörnyezet megfelelő ágába

   • ultrahangos érzékelő (érzékeli a tárgyakat bármilyen hőmérsékleten, és meghatározza a távolságot tőlük).
4. Vészhelyzeti érzékelők:
   • füstérzékelő;
   • tűzérzékelő;
   • gázszivárgás érzékelő;

     A gázérzékelő csatlakoztatása azonnal érzékeli a gázszivárgást a helyiségben és aktiválja a vészhelyzetet

   • szén-dioxid érzékelő.
5. Egyéb eszközök, például:
   • mikrofon;
   • órát;
   • ajtó nyitott érzékelő;
   • távirányítók (rádiófrekvenciás és infravörös) vevőkészülékekkel;
   • távoli gombok.

Néhány ilyen eszköz megtalálható az Arduino Start alapkészletben, amelyet néhány gyártónak StarterKit-nek hívnak.

A végrehajtó rész tartalmaz hatalmas eszközöket, például:

• elektromos motorok;
• relék és különböző kapcsolók;
• dimmers (lehetővé teszik a világítás intenzitásának simaságát);
• ajtócsukó;
• Szelepek és háromutas szelepek szervo hajtásokkal.

Ha az Arduino relé segítségével világítást szeretne kötni, akkor jobb, ha LED lámpákat használnak lámpatestekként. Az ilyen reléken keresztül csatlakoztatott lámpák gyorsan égnek.

Videó: elkezdünk dolgozni az Arduino-val - kezeljük a LED-et a webes felületen keresztül

Projekt készítése Arduino-ra

Az Arduino "intelligens ház" létrehozásának és konfigurálásának folyamata egy olyan rendszer példáján fog megjelenni, amelyben a következő funkciók épülnek fel:

• hőmérséklet-ellenőrzés az utcán és a beltéren;
• az ablak állapotának figyelése (nyitott / zárt);
• az időjárási körülmények megfigyelése (tiszta / eső);
• hangjelzés generálása, ha a mozgásérzékelő aktiválódik, ha a riasztás funkció aktiválva van.

A rendszert oly módon kell beállítani, hogy az adatok speciálisan megtekinthetők legyenek alkalmazás, valamint egy webböngésző, vagyis a felhasználó képes lesz arra, hogy bárhonnan bárhonnan hozzáférhessen az interneten.

Használt rövidítések:

1. A "GND" a föld.
2. "VCC" - élelmiszer.
3. "PIR" - mozgásérzékelő.

Az "intelligens ház" rendszer előállításához szükséges alkotóelemek

Az Arduino Smart Home rendszeréhez szüksége van a következőkre:

• mikroprocesszoros tábla Arduino;
• Ethernet modul ENC28J60;
• két DS18B20 típusú hőmérséklet-érzékelő;
• mikrofon;
• eső- és hóérzékelő;
• mozgásérzékelő;
• kapcsolja a nádat;
• relé;
• Ellenállás-ellenállás, kOhm;
• sodrott érpár;
• Ethernet kábel.

Az összes komponens költsége körülbelül 90 dollár.

Építsd az "intelligens házat lépésről lépésre

Ez az a sorrend, amelyben kell cselekedni.

Vezetői és érzékelő eszközök csatlakoztatása

Az összes komponenst a rendszer szerint csatlakoztatjuk.

Programkód fejlesztése

A felhasználó írja az egész programot az Arduino IDE héjba, amelyhez az utóbbi szövegszerkesztővel van ellátva, a projektmenedzsert, a fordítót, az előfeldolgozót, valamint a programkódot a kártya mikroprocesszorába töltő eszközöket Arduino. Az IDE kifejlesztett verziói Mac OS X, Windows és Linux operációs rendszerek számára. A programozási nyelv C ++ néhány egyszerűsítéssel. Az Arduino felhasználói programjait általában vázlatrajzoknak vagy vázlatoknak hívják, az IDE azokat a ".ino" kiterjesztésű fájlokat menti.

A fő () függvényt, amely kötelező a C ++-ban, az IDE csomagoló automatikusan létrehozza, és számos szabványos műveletet ír le benne. A felhasználónak be kell írnia a setup () függvényeket (egy alkalommal a kezdési időpontban) és a loop () (végtelen hurokban végrehajtva). Mindkét funkció kötelező az Arduino számára.

A szabványkönyvtárak fejlécfájljait nem kell beilleszteni a programba - az IDE ezt automatikusan elvégzi. Nem vonatkozik a felhasználói könyvtárakra - ezeket meg kell adni.

A könyvtárak hozzáadása a "Project Manager" IDE-hez némileg szokatlan módon történik. A C ++-ban írt forráskód formájában az IDE shell munkakönyvtárában található speciális mappába kerülnek. Ezután a könyvtárak nevei a megfelelő IDE menüben jelennek meg. Azok, amelyeket a felhasználói jelölések hozzá fognak adni a összeállítási listához.

Az IDE megadja a minimális beállításokat, és a fordító konfigurálásának képessége egyáltalán hiányzik. Így a kezdő programozó hibamentes.

Íme egy példa a legegyszerűbb programra, amely a kártya 13. kimenetéhez csatlakoztatott LED-et 2 másodpercenként villogja:

void beállítás () {pinMode (13, OUTPUT); // Arduino kimenet 13 kimenet}

void loop () {digitalWrite (13, HIGH); // Engedélyezi a 13. kimenetet, a HIGHWALL funkcióhívás paramétere nagy logikai szintű jel

késleltetés (1000); // Késleltetési ciklus 1000 msec - 1 másodpercig

digitalWrite (13, LOW); // Kimenet kapcsolja ki a 13-at, hívja le a LOW paramétert - alacsony logikai szint attribútum

késleltetés (1000); // Késleltetési ciklus 1 másodpercig}

Jelenleg azonban nem feltétlenül szükséges, hogy a felhasználó személyesen írjon egy programot: sok a kész könyvtár és vázlat a hálózaton (nézze meg itt: http://arduino.ru/Reference). Van egy kész program a rendszerben, amelyet ebben a példában tekintünk. Le kell tölteni, kicsomagolni és importálni az IDE-ba. A program szövegét megjegyzésekkel látják el, amelyek megmagyarázzák működésének elveit.

Amikor a felhasználó rákattint a "Refresh" gombra a böngészőben vagy az okostelefon alkalmazásban, az Arduino mikrokontroller elküldi az adatokat erre az ügyfélre. A "/ tempin "/ tempout "/ rain "/ window "/ alarm" vagy "alarm" jelzéssel ellátott oldalak esetében a programkód elküldésre kerül, amely megjelenik a képernyőn.

Ügyfélalkalmazás telepítése okostelefonra (Android operációs rendszer esetén)

A hálózat intelligens otthoni rendszeréről származó adatok fogadásához a kész alkalmazás letölthető.

A gadget tulajdonosának ezt kell tennie:

1. Töltse le a SmartHome.apk fájlt.
2. Küldje el telefonjára.
3. A "File Manager" megnyitása után helyezze el ezt a fájlt.
4. Kattints rá, és válaszd az "Telepítés" lehetőséget (ellenőrizni kell egy "jelölőnégyzetet amely lehetővé teszi a programok telepítését a Google Play szolgáltatáson kívül).

   Engedélyeznie kell az okostelefon-beállítások "Biztonság" szakaszában található PlayMarket programokat

5. A telepítés befejezése után aktiválja az alkalmazást.
6. Állítsd be.

Ezzel az alkalmazással nem csak információ fogadható az intelligens ház rendszeréből, hanem kezelheti is - a riasztások engedélyezését és letiltását. Ha be van kapcsolva, az alkalmazás értesítést kap, ha a mozgásérzékelő aktiválódik. Az Arduino rendszer lekérdezése a mozgásérzékelő alkalmazásának kiváltására egyszerre percenként történik.

A "Beállítások" ikon aktiválásával szerkesztheti az IP-címét.

A böngésző konfigurálása az "intelligens ház"

A böngésző címsorába írja be a XXX.XXX.XXX.XXX/all, ahol az "XXX.XXX.XXX.XXX" az Ön IP-címe. Ezután lehetőség lesz arra, hogy adatokat fogadjon a rendszerről és kezelje.

Az itt bemutatott kód lehetővé teszi, hogy a böngésző be- és kikapcsolja a fényt, míg az Android okostelefon alkalmazásban ilyen funkciót nem hajtanak végre.

A routerrel való munkavégzés

Ezután a forgalomirányítón ki kell nyitnia a portot:

• nyissa meg a router beállításait;
• írja le a címet Arduino IP;
• nyitott 80-as port.

  Szükséges regisztrálni az útvonalat az Arduino processzorhoz a 80-as porthoz

Fiók létrehozása a noip.com oldalon

Ez a lépés opcionális, de szükséges, ha domain nevet szeretne hozzárendelni a címhez. Ehhez be kell jelentkeznie a webhelyen https://www.noip.com/, menjen a "Hoszt hozzáadása" szakaszhoz, és írja be a rendszer IP-címét.

A projekt létrehozása befejeződött, ellenőrizheti a rendszer egészségi állapotát.

Videó: intelligens ház az Arduino-n

Néhány Arduino hardver jellemzői

Figyelembe véve azt a tényt, hogy az Arduino-kompatibilis alkotóelemeket számos harmadik fél által gyártott cég gyártja, amelynek terméke a minőség az Arduino cég nem ellenőrzi, a felhasználó nagyobb valószínűséggel vásárol egy összetevőt, amely nem működik eléggé helyesen.

Hasonló helyzet alakult ki a személyi számítógépek fejlesztésében. Egy időben az IBM nyitotta meg számítógépeinek architektúráját, aminek következtében az IBM-kompatibilis számítógépek és az egyes összetevők számos céget kezdtek el gyártani. Ennek eredményeképpen az ilyen típusú "személyiségek" világszerte széles körben elterjedtek, azonban az összetevők minősége és kompatibilitásuk mértéke sok esetben nem volt a legmagasabb szinten. Az ellenkező taktika követte az Apple céget. Ez korlátozta a fejlesztők körét az architektúrához való hozzáféréssel, és ugyanezt a politikát hajtotta végre a szoftverfejlesztés területén. Ennek eredményeképpen az Apple számítógépek kevésbé gyakoriak és drágák, de nagyságrendje nagyobb, mint az IBM kompatibilis, Windows operációs rendszert futtató számítógépeké.

Az Arduino rendszerek néhány komponense számára a felhasználók észrevették a következőket:

1. Az alapkészlettel (StarterKit) szállított DHT11 hőmérséklet-érzékelő jelentős hibát okoz 2-3 fokban. A helyiségben javasoljuk a DHT22 hőmérsékletérzékelő használatát, amely pontosabb jelzést és telepítést tesz lehetővé az utcán - DHT21, amely képes negatív hőmérsékleten működni és mechanikai védelmet nyújtani károkat.
2. Egyes Arduino mikroprocesszoros kártyákon, amikor a hozzájuk kapcsolódó relé bezárul, a COM port sikertelen. Emiatt a mikrokontroller nem tudja betölteni a vázlatot: a töltés megkezdése után a processzor újraindul. A relé ezután rákattint, a COM port le van tiltva, és a vázlat betöltése leáll.
3. Az ablak / ajtó záró érzékelő néha meglepetéseket okoz hamis pozitívumok formájában. Ennek fényében a vázlat úgy van megírva, hogy a rendszer csak akkor hozza létre a szükséges lépéseket, ha több sorozatot kapott.
4. A folyamatkezelés konfigurálásához clap-ok segítségével néhány tapasztalatlan felhasználó hanglejátszót rendel egy kézi küszöbértékkel, mikrofon helyett. Ebből a célból ez az alkatrész nem alkalmas, mivel nagyon rövid hatótávolsággal rendelkezik: legfeljebb 10 cm-re kell feltűnnie az érzékelőtől. Ezenkívül ez az érzékelő rövid időtartamú impulzusokkal jeleket továbbít, így egy nagy jelenlétben A vázlat, amely viszonylag hosszú időt vesz igénybe a feldolgozáshoz, a mikrokontrollernek nincs ideje rájuk javítani.
5. A tűzjelző rendszerhez füstérzékelőt kell használni, nem pedig tűzérzékelőt. Az utóbbi legfeljebb 30 cm-es lángot regisztrál magáról.
6. A mikrokontroller működésében fellépő meghibásodás vagy a kód hibái esetén jobb, ha a normál zárt relék soros kapcsolású kézi kapcsolókkal működnek.

Az alacsony minőségű összetevők vásárlásának elkerülése érdekében a tapasztalt felhasználók azt javasolják, hogy előzetesen megvizsgálják az interneten közzétett véleményeket. Az olcsó érzékelők több változatban is megvásárolhatók, hogy személyesen ellenőrizhessék, melyik működik jobban.

Talán az Arduino "intelligens ház" rendszere nem a legjobb, de az összetevők legszélesebb választéka és megfizethető költsége miatt az egyik legnépszerűbb. A tippjeink segítségével gyorsan megtanulhatja, hogyan hozhat létre Arduino projekteket különböző otthoni folyamatok automatizálásával.