Čo je to "inteligentný domov" založený na Arduino?

V súčasnosti prenikajú stále viac inovatívnych technológií do rôznych sfér nášho života. Ich použitie môže výrazne zlepšiť pohodlie a ušetriť čas na rôznych úlohách. Dnes sa budeme venovať téme tzv. „Inteligentných domov“ a rozprávame o ich vlastnostiach, výhodách, nevýhodách a technológii tvorby.

Ak chápete pojem "inteligentný domov", potom najbližší analóg, ktorý bude jasný pre väčšinu ľudí, je fráza "domácej automatizácie". Význam týchto vecí je zabezpečiť automatickú realizáciu rôznych procesov, ktoré sa vyskytujú v miestnosti. Takýto mechanizmus môže byť použitý nielen v obytných budovách, ale aj v kanceláriách, ako aj v rôznych špecializovaných zariadeniach.

Prvou vlastnosťou, ktorá by sa mala spomenúť, bude možnosť zberu systému ako dizajnéra. Predstavuje prítomnosť centrálneho prvku na platforme Arduino, reprezentovaného centrálnym riadiacim systémom, kde prúdia všetky informácie z rôznych systémov inštalovaných v dome. A pokiaľ je to možné, je prípustné pridávať do systému nové komponenty - riadiť svetlo v rôznych miestnostiach, informovať majiteľa o výskyte rôznych nepredvídaných situácií, kontrolovať klimatické podmienky, monitorovať technické mechanizmy.

Treba však chápať, že neexistujú žiadne jasné myšlienky, aké komponenty a mechanizmy by mali byť v takomto systéme. To znamená, že ide o koncept, nie o konkrétny výrobok. Ak je to potrebné, môžete dať jeden systém, a zvyšok nie. To znamená, že začíname s niečím malým a podľa potreby zvyšujeme funkčnosť domu, získavame nové príležitosti v oblasti správy bývania. Jednou z najvýznamnejších vlastností je schopnosť inteligentne ovládať osvetlenie. Použitie takéhoto systému v každodennom živote môže vážne ušetriť zdroje, pretože osvetlenie je zapnuté len vtedy, keď je osoba v miestnosti.

Ďalšou funkciou je klimatizácia v interiéri. Popísaný mechanizmus je rovnako dôležitý. Napríklad automatizácia vykurovania bude nesmierne dôležitá nielen pre úsporu v chladnom období, ale aj pre zapnutie vykurovania v správnom čase, pretože nie je vždy možné ho aktivovať s prudkým poklesom teploty. Ak máte nezávislé kúrenie na základe kotla, potom ak sú v prípade núdze termálne senzory a mechanizmus regulácie prietoku plynu, bude majiteľ upozornený a bude schopný na ne rýchlo reagovať v reálnom čase.

Ďalšou výhodou je technické vybavenie rôznych systémov. S inštaláciou automatizácie, majiteľ domu dostane možnosť vykonávať rôzne akcie: znížiť žalúzie, zapnúť televíznu obrazovku alebo prehrávač médií.Spojením týchto a iných systémov so spoločným mechanizmom môžete skutočne vytvoriť podmienky pre aktiváciu zariadenia stlačením jediného klávesu.

Ďalšou funkciou je bezpečnostný systém. Mechanizmus "inteligentný domov" zvyšuje na novú úroveň ochranu proti vniknutiu do domu nezvaných hostí v neprítomnosti vlastníkov. Dom je jednoducho premenený na takmer nedobytný objekt. Okrem toho, systém môže napodobniť účinok bytia v dome zapnutím a vypnutím svetla, a sledovacie kamery prenášajú hostiteľovi aktuálne informácie o činnosti v dome alebo jeho okolí, čo šetrí ochranu. Systém má niekoľko ďalších prostriedkov, ktoré v prípade potreby neutralizujú páchateľa.

A poslednou vlastnosťou, o ktorej chcem povedať, je jednoduchá a cenovo dostupná kontrola. Popri obrovskej funkčnosti môže byť opísaný systém ovládaný aj dieťaťom. Zvyčajne sa na to používa malé diaľkové ovládanie s tradičnými prepínačmi a špeciálnymi panelmi. Okrem toho môžu byť mechanizmy riadené z PC alebo mobilného zariadenia. V posledných rokoch sa zavádzajú riešenia, ako aj hlasové ovládanie. Ako vidíte, takýto systém má množstvo funkcií, ktoré z neho robia vynikajúce integrované riešenie pre domácnosť alebo akýkoľvek iný objekt.

Dnes, veľké množstvo úprav a kompletných súborov založených na Arduino, kde môže byť daný systém implementovaný. Veľký počet spoločností, ktoré vyrábajú takéto mechanizmy, robia regulátory už vstavanými systémami Wi-Fi a Bluetooth, čo umožňuje ovládanie systému v priestoroch prostredníctvom mobilného systému. Existujú aj riešenia, kde sa riadenie vykonáva cez rozhranie typu Ethernet, je to drôtová metóda využívajúca optické káble cez domácu sieť domáceho typu. Prepínače sa zvyčajne pridávajú k takýmto riešeniam, ako aj k smerovačom Wi-Fi, ktoré umožňujú bezdrôtové pripojenie, pokiaľ regulátor neposkytuje inak.

Spojenie konvenčných manuálnych spínačov je možné vykonávať na centrálnom regulátore dvoma spôsobmi:

• použitie elektrického vedenia;
• bezdrôtovej technológie.

Ako vidíte, existuje veľké množstvo komponentov "inteligentného domova".

Zvyčajne sa systém skladá z nasledujúcich uzlov, ktoré môžu byť reprezentované rôznymi druhmi zariadení:

• riadiaci systém centrálneho systému, zvyčajne reprezentovaný hlavným uzlom, ako aj modulátory diskrétneho výstupného vstupu;
• Expanzné a komunikačné zariadenia, ktoré zahŕňajú smerovače, rôzne prepínače, ako aj moduly GPS a GPRS;
• zariadenia zodpovedné za spínanie elektrických obvodov - relé, stmievače a napájacie zdroje;
• výkonové zariadenia - rôzne typy ventilov (voda, plyn);
• časti správy systému - dotykové panely, tablety, osobné digitálne asistentky a konzoly;
• rôzne meracie časti - zariadenia, senzory a senzory (hovoríme o senzoroch svetla, teploty a pohybu).

Pri výbere zariadenia pre mechanizmus založený na Arduino je potrebné vziať do úvahy, ktorý spôsob prenosu informácií bude konkrétny systém používať. Ako príklad je možné uviesť pomerne bežný štandard EIB KNX. Zvyčajne sa používa sieť, počítačová sieť, ako aj rádiové kanály. Súčasne je k dispozícii štandard X10, kde sa na prenos informácií používajú bežné bežné AC siete s napätím 230 voltov.

Keď hovoríme o výhodách „inteligentného domova“ založeného na Arduine, Treba poznamenať nasledujúce body.

• Veľké možnosti z hľadiska nastavenia práce celého mechanizmu.To znamená, že užívateľ môže nezávisle napísať program, ktorý môže vykonávať algoritmy rôznych úrovní zložitosti.
• V prípade potreby môže systém fungovať autonómne kvôli prítomnosti vlastného regulátora.
• Sťahovanie programu nie je ťažké vzhľadom na to, že programátor na to nie je potrebný, ale všetko sa vykonáva pomocou rozhrania USB, pretože zavádzač sa jednoducho inštaluje do mikrokontroléra.
• Relatívne nízka cena komponentov systému. Je to spôsobené skutočnosťou, že rôzni výrobcovia nemajú výhradné práva. Z tohto dôvodu je architektúra Arduino klasifikovaná ako otvorená.

• Prítomnosť otvoreného zdrojového kódu, ktorý umožňuje užívateľovi priamo ovládať mechanizmus inteligentného domu.
• Prístupnosť spočíva v tom, že užívateľ si zvolí, ktoré senzory a mechanizmy potrebuje.
• Všestrannosť a schopnosť realizovať najzaujímavejšie nápady. Neexistujú žiadne pokyny alebo normy pre to, čo by malo byť inteligentný domov založený na Arduino. To znamená, že užívateľ môže vytvoriť systém tak, ako chce, pretože vlastník nie je obmedzený na nič z hľadiska inštalácie senzorov v spálni alebo v kuchyni.
• Možnosť samozavádzania firmvéru.
• Prítomnosť pin konektora pre Arduino procesor dosky, ktorá umožňuje programovanie v rámci systému.

Ako každý iný mechanizmus, tento systém má určité nevýhody.

• Napriek otvorenosti systému, aby ste ho zvládli a úspešne ho využívali, budete potrebovať znalosti z viacerých špecifických oblastí, vrátane programovania, opravy a elektroniky.
• Potreba stráviť značné množstvo času na realizáciu a prispôsobenie vlastného projektu, pretože každý projekt je neodmysliteľne jedinečný a môže robiť niečo viac ako iné.
• Ťažkosti v priamej konfigurácii Arduina kvôli skutočnosti, že tento mechanizmus funguje len s malým počtom operačných systémov.
• Existencia pravdepodobnosti zlyhania softvéru, ktorá môže viesť k problémom alebo nefunkčnosti tímu. Z tohto dôvodu je potrebné čas od času diagnostikovať zdravotný stav zariadenia.

• Radiačné žiarenie rôznych typov, ktoré je nevyhnutné s takýmto riadiacim algoritmom.
• Potreba prideliť priestor pre špeciálnu skrinku, kde budú umiestnené prídavné zariadenia a vodiče.
• Ak sa kontrola vykonáva pomocou internetu, potom údaje, ktoré sa prenášajú medzi komponentmi mechanizmu, môžu byť zachytené votrelcami. Čiastočným riešením problému bude výlučne bezpečné spojenie. Ale aby sa zabezpečilo, že bude vyžadovať veľa peňazí investovaných do modernizácie zariadení.

Vytvorenie akéhokoľvek systému inteligentného domova založeného na Arduino začína vytvorením projektu. Pri jeho vývoji by ste mali presne pochopiť, aké funkcie a úlohy by mal systém vykonávať.

Typicky projekt založený na riešení Arduino Uno zahŕňa nasledujúce úlohy.

• Sledovanie poveternostných podmienok mimo okna a teplota v miestnosti a v dôsledku toho primeraná reakcia na ich zmenu. Zariadenie sa zvyčajne stáva súčasťou jednotného systému spolu s vykurovacími, ventilačnými zariadeniami a inými zariadeniami.
• Sledovanie stavu okien a dverí - sú uzavreté alebo otvorené.
• Ak je aktivovaná funkcia alarmu, vygenerujte zvuk, keď je aktivovaný snímač pohybu.
• Automatické ovládanie domácich spotrebičov.
• Riadenie spotreby elektrickej energie vďaka automatickému pripojeniu a odstaveniu osvetľovacích zariadení.
• Požiarna bezpečnosť. Mechanizmus dáva majiteľovi signál o prítomnosti ohňa alebo dymu v miestnosti. Ak je vyvinutý sofistikovaný systém, môže dokonca zavolať hasičov na mieste.

• Na chodbe. Je potrebné automaticky zapnúť svetlo, keď sa tma von, ako aj vytvorenie mechanizmu detekcie pohybu. V noci sa zvyčajne aktivuje priemerné svetlo, ktoré by nemalo spôsobiť nepohodlie pre rodinných príslušníkov.
• Kitchen. Aktivácia a deaktivácia osvetlenia v kuchyni sa zvyčajne vykonáva manuálne. Odpojenie môže byť automatické, ak nikto nechodí po miestnosti dlhú dobu. Ak systém zistí, že osoba začne variť, automaticky sa zapne.
• Veranda. Svietidlá môžu byť aktivované buď pri otvorení dverí, keď osoba opustí budovu, alebo keď sa majiteľ blíži k domu, ak je už tmavý.
• Room. Zahrnutie osvetľovacích zariadení sa vykonáva manuálne, aj keď je to potrebné, a prítomnosť snímača pohybu, aktivácia sa môže uskutočniť v automatickom režime.

• Kúpeľňa. Keď už hovoríme o tejto miestnosti, povedzme, že tu zvyčajne prichádza k riadeniu kotla. Samotný má vypínač, keď sa zariadenie vypne, keď dosiahne určitú teplotu vody. Ohrievač vody bude ovládaný v závislosti od dostupnej automatizácie. Tiež, pri vchode do kúpeľne, môžete zapnúť svetlo a aktivovať výfuku.

Po objasnení všetkých vyššie uvedených bodov sa pripravuje technická úloha, kde zákazník vykoná akékoľvek zmeny. Po vyhotovení finálnej verzie bude podkladom pre vypracovanie odhadovej dokumentácie pre typ projektu.

Projekt sa zvyčajne skladá z týchto komponentov:

• vysvetľujúci dokument opisujúci rôzne podsystémy;
• usporiadanie ovládacích zariadení;
• schematický plán vedenia káblov;
• projekt na umiestnenie zariadení do automatických skriniek;
• základné možnosti pripojenia spotrebičov v takýchto skriniach;
• plány spojenia;
• Zásobník káblov;
• rôzne špecifikácie.

Okrem toho sa vo fáze tvorby projektu vykonáva cenová kalkulácia "inteligentného domu".

Cena bude závisieť od týchto faktorov:

• počet zariadení;
• vybraných subsystémov.

Treba povedať, že etapy vytvárania systému „inteligentného domova“ so zapojením špecialistov alebo vlastnými rukami budú rovnaké. Avšak v druhom prípade bude hotová verzia ako celok stáť podstatne menej, než keby priťahovala odborníkov, ktorí už na trhu chýbajú. Z tohto dôvodu budú primerané ich platy, čo znamená, že ak nechcete míňať peniaze navyše, môžete to urobiť sami. Začnime teda s komponentmi pre tento systém, ak ste sa nakoniec rozhodli vytvoriť ho sami.

Ak hovoríme o konfigurácii systému, Táto technológia bude obsahovať nasledujúci súbor komponentov:

• snímač pohybu;
• snímač teploty a vlhkosti;
• Svetelný senzor;
• pár snímačov teploty s označením DS18B20;
• Značka modulu Ethernet ENC28J60;
• mikrofón;
• jazýčkový spínač;
• relé;
• krútený párový kábel;
• Ethernetový kábel;
• odpor s odporom 4,7 kg;
• mikroprocesorová karta arduino.

Treba povedať, že inteligentný domov by mal byť vybavený výhradne LED svetlami, pretože obvyklé možnosti jednoducho nevydržia veľa napätia.Keď je projekt pripravený a všetky potrebné súčiastky už boli zakúpené, mali by ste začať pripájať senzory a regulátory. Toto by sa malo vykonať výlučne podľa schémy vytvorenej skôr. Kontakty musia byť úplne izolované.

Stručne povedané, algoritmus pripojenia bude postupne vyzerať takto:

• inštalačný kód;
• nastavenie aplikácie pre PC alebo mobil;
• preposielanie portov;
• implementácia testovania softvéru a senzorov;
• riešenie problémov, ak boli zistené počas testovania.

Začnime teda inštaláciou kódu.

Po prvé, používateľ by mal napísať softvér v IDE Arduino. Uvádza:

• textový editor;
• tvorca projektu;
• kompilačný program;
• preprocesor;
• nástroj na sťahovanie softvéru do mini-procesora Arduino.

Treba povedať, že existujú hlavné verzie počítačových operačných systémov - Windows, Linux, Mac OS X. Ak hovoríme o použitom programovacom jazyku, hovoríme o C ++ s radom zjednodušení. Programy napísané užívateľmi pre Arduino sa bežne označujú ako skice. Systém vytvára množstvo funkcií automaticky a užívateľ nemusí pochopiť ich pravopis, predpisujúci zoznam spoločných akcií. Tiež nie je potrebné pridávať súbory typu záhlavia bežných knižníc. Vlastné vloženie je však nevyhnutné.

Knižnice môžete do manažéra IDE projektu pridať pomocou rôznych metód. Vo forme zdrojových kódov, napísaných v C ++, sa pridáva do samostatného adresára v pracovnom adresári shell IDE. Názvy požadovaných knižníc sa teraz zobrazia v špecifickej ponuke IDE. Tie, ktoré označíte, budú zahrnuté do zoznamu kompilácií. IDE má malý počet nastavení a neexistuje žiadna možnosť nastaviť kompilátorové nuly vôbec. To sa robí tak, že nevedomý človek neurobí žiadne chyby.

Ak ste si stiahli knižnicu, potom sa musí rozbaliť a jednoducho vložiť do IDE. V texte programu sú komentáre, ktoré vysvetľujú princíp jeho práce. Je potrebné poznamenať, že všetky aplikácie na Arduino pracujú na rovnakej technológii: užívateľ pošle požiadavku na procesor a on následne stiahne potrebný kód na obrazovku zariadenia. Keď osoba stlačí tlačidlo Refresh, mikrokontrolér pošle informácie. S každou zo stránok so špecifickým označením je programový kód, ktorý sa zobrazí na obrazovke.

Ďalší súbor akcií je nainštalovať klienta na osobný počítač alebo smartphone. Môžete si ho prevziať na internete, na Google Play Market alebo z iného zdroja. Aby ste to mohli urobiť, musíte otvoriť súbor v telefóne, ktorý ste si stiahli, potom naň kliknite a v zobrazenom okne kliknite na tlačidlo „Inštalovať“. Zároveň by ste si mali uvedomiť, že na tento účel by mala byť aktivovaná možnosť, ktorá umožňuje inštaláciu programov, ktoré nie sú zo služby Google Play. Ak chcete povoliť túto možnosť, musíte vstúpiť do sekcie nastavení a vybrať položku „Zabezpečenie“. Týmto spôsobom aktivujete príslušnú možnosť. Po dokončení inštalácie môžete aplikáciu aktivovať a nakonfigurovať.

Pomocou tohto softvéru môžete nielen prijímať informácie zo systému, ale aj spravovať - ​​napríklad aktivovať a deaktivovať alarm. Ak je táto možnosť aktívna, potom, keď je aktivovaný snímač pohybu, program dostane príslušné informácie. Všimnite si, že program Arduino vykoná program na aktiváciu snímača pohybu v intervaloch 60 sekúnd.

Ďalšou etapou pripojenia je nastavenie prehliadača pre použitie s „inteligentným domovom“. V riadku s adresou musíte zadať konkrétnu sekvenciu, ktorou bude IP adresa vášho počítača. Po implementácii tejto akcie bude užívateľ schopný prijímať informácie od „inteligentného domova“ a schopnosť riadiť ho.

Potom môžete pokračovať v práci s routerom. Mal by otvoriť port.

Môžete to urobiť pomocou nasledujúceho algoritmu:

• otvorenie nastavení;
• zaregistrovať adresu mikrokontroléra Arduino;
• otvorte ôsmy port.

Teraz musíte nastaviť účet na portáli Noip. com. Aj keď je tento krok nepovinný, je potrebné, aby adresa bola zadaná s názvom domény. Musíte prejsť procesom registrácie na portáli www. No-IP. com, potom prejdite do kategórie Pridať hostiteľa a zadajte systém IP. Po tomto postupe bude možné získať prístup nielen cez IP, ale aj podľa domény. V tomto prípade je dokončenie tvorby projektu ukončené a systém si môžete overiť jeho výkon.

Vzhľadom k tomu, že komponenty kompatibilné s Arduino sú vyrábané veľkým počtom výrobcov, a Arduino sám nemôže kontrolovať výrobky, užívateľ je konfrontovaný s pravdepodobnosťou získania komponentu, ktorý bude fungovať, mierne povedané, nesprávne. Všeobecne platí, že táto situácia už existuje v segmente tvorby osobných počítačov. Už dávno, IBM otvorila architektúru svojich osobných počítačov, čo je dôvod, prečo rôzne spoločnosti začali vyrábať kompatibilné počítače.

Zároveň sa znížila kvalita dielov a stupeň kompatibility. Naopak, je to politika spoločnosti Apple, ktorá výrazne obmedzila počet vývojárov, ktorí mali prístup k jej architektúre.

Užívatelia si všimli nasledujúce funkcie pri prevádzke niekoľkých komponentov Adruino.

• Na mnohých mikroprocesorových riešeniach Arduino, keď je relé pripojené, je port COM prerušený. Z tohto dôvodu nemôže mikrokontrolér načítať náčrt. Na začiatku tejto procedúry zariadenie prejde na reštart. Najzaujímavejšie je, že relé robí kliknutie, port COM je vypnutý a náčrt sa nenačíta.
• V prípade poruchy mikrokontroléra alebo výskytu chyby kódu je lepšie použiť dobre uzavreté relé, ku ktorým sú sériovo pripojené ručne ovládané spínače.
• Senzor zatvárania dverí môže niekedy pôsobiť nesprávne. Z tohto dôvodu je skica vytvorená tak, že systém vykoná požadovanú akciu pri prijímaní niekoľkých signálov naraz.
• Pre zariadenie, ktoré je zodpovedné za požiarny poplach, je lepšie použiť detektor dymu ako detektor požiaru. Ten má chybu - detekuje oheň nie viac ako tridsať centimetrov od seba.

• Model teplotného snímača DHT11, ktorý prichádza v tzv. Štandardnej sade, dáva vážnu chybu na úrovni dvoch až troch stupňov. V konštrukcii je lepšie použiť model DHT22, ktorý je oveľa presnejší. A mimo okna je lepšie použiť DHT21. Môže pracovať aj pri teplotách pod nulou a je odolný voči mechanickému poškodeniu.
• Ak chcete konfigurovať riadenie procesu pomocou tlieskaní, počet používateľov nevedomky odoberie namiesto mikrofónu zvukový detektor, kde je nastavená prahová hodnota ručného typu. Na tieto účely nie je toto zariadenie vhodné vzhľadom na to, že má relatívne malý polomer pôsobenia. Senzor vysiela signály s malými časovými impulzmi. V prítomnosti veľkorozmerného náčrtu, ktorého spracovanie vyžaduje určitý čas, mikrokontrolér jednoducho nezachytí signály.

Treba povedať, že na vizualizáciu procesov v uvažovanom systéme sa môžu použiť digitálne zobrazovacie tabule alebo displej z tekutých kryštálov. V tomto prípade to však nie je najlepšia možnosť. Využitie samostatného stavového servera pre vizualizáciu bude najúčinnejšie. Môže byť implementovaný na uzle. js, ktorý umožňuje implementovať akýkoľvek server. Samozrejme, hovoríme o spracovaní stavov dosky Adruino.

Táto technológia slúži na plnenie úloh tzv. Internetu vecí, preto je vhodná na vizualizáciu automatizácie systému. Stačí vytvoriť server a obslužný program v jazyku JavaScript, potom bude jednoduché zobraziť celkový počet v prehliadači akéhokoľvek zariadenia. Ako hardvérový základ môžete použiť rovnaký mikropočítač Raspberry Pi alebo PC. Možnosti automatizačného mechanizmu sa však výrazne zvýšia. Napríklad na serveri je množstvo pamäte neobmedzené a serverový program môže byť vytvorený takým spôsobom, že spravuje všetko.

S týmto typom servera môžete dokonca prepojiť veci dohromady. Ide o vizualizáciu automatických procesov doma pomocou cloudových služieb. Ďalšou možnosťou je prijímať informácie a ovládať systém prostredníctvom SMS.

Skutočnosť, že takýto "inteligentný domov" založený na Arduino, nájdete na nasledujúcom videu.