Vad är ett "smart hem" baserat på Arduino?

Nyligen har allt fler innovativa teknologier trängt in i olika sfärer i vårt liv. Deras användning kan avsevärt förbättra komforten och sparar en persons tid på olika uppgifter. Idag kommer vi att beröra ämnet så kallade "smarta hus" och berätta om deras egenskaper, fördelar, nackdelar och skapande teknik.

Om du förstår termen "smart home", så kommer den närmaste analogen, som kommer att vara tydlig för de flesta, uttrycket "hemautomatisering".Betydelsen av sådana saker är att säkerställa det automatiska genomförandet av olika processer som uppträder i rummet. En sådan mekanism kan användas inte bara i bostadshus, utan även på kontor, samt vid olika specialiserade anläggningar.

Den första funktionen som bör nämnas är möjligheten att samla in ett system som en designer. Det representerar närvaron av ett centralt element på Arduino-plattformen, representerad av en central controller, där all information från de olika systemen som installeras i huset rinner. Och så långt det är möjligt är det tillåtet att lägga till nya komponenter i systemet - för att styra ljuset i olika rum, meddela ägaren om förekomsten av olika oförutsedda situationer, övervaka klimatförhållandena, övervaka tekniska mekanismer.

Men det bör förstås att det inte finns några tydliga idéer, vilka komponenter och mekanismer ska vara i ett sådant system. Det vill säga det är ett koncept, inte en specifik produkt. Om det behövs kan du lägga ett system och resten gör det inte. Det innebär att vi börjar med något litet och, vid behov, ökar vi funktionaliteten hos huset och får nya möjligheter inom bostadsförvaltningen. En av de viktigaste egenskaperna är möjligheten att intelligent styra belysning. Användningen av ett sådant system i vardagen kan allvarligt spara resurser, eftersom belysningen tänds endast när en person befinner sig i ett rum.

Nästa funktion är inomhusklimatkontroll. Den beskrivna mekanismen är lika viktig. Till exempel är värmeväxling extremt viktigt, inte bara för att spara under den kalla årstiden, men också för att sätta på värmen vid rätt tidpunkt, eftersom det inte alltid är möjligt att göra den aktiv med en kraftig temperaturminskning.Om du har autonom värme på grundval av pannan, då kommer det att finnas termiska sensorer och en gasflödesövervakningsmekanism vid en nödsituation, så kommer ägaren att bli underrättad och kommer att kunna reagera snabbt på det i realtid.

En annan fördel är den tekniska utrustningen för olika system. Med installationen av automation får husägaren möjlighet att utföra olika åtgärder: sänk ner persiennerna, sätt på TV-skärmen eller mediaspelaren. Genom att ansluta dessa och andra system till en gemensam mekanism kan du faktiskt skapa förutsättningar för att aktivera en enhet genom att bara trycka på en knapp.

Nästa funktion är säkerhetssystemet. Mekanismen för "smart home" ökar till en ny nivå skydd mot intrång i hus av oinvidda gäster i frånvaro av ägarna. Huset är helt enkelt omvandlat till nästan ogenomträngligt föremål. Dessutom kan systemet efterlikna effekten av att vara i huset genom att slå på och av ljuset och övervakningskamerorna överför till ägaren aktuell information om aktiviteten i huset eller omgivningen, vilket sparar på skydd.Systemet har ett antal andra medel som kommer att neutralisera gärningsmannen om det behövs.

Och den sista funktionen som jag vill säga är enkel och prisvärd kontroll. Trots sin stora funktionalitet kan det beskrivna systemet styras även av ett barn. Vanligtvis används en liten fjärrkontroll med traditionella brytare och specialpaneler för detta. Dessutom kan mekanismerna styras från en PC eller mobil enhet. Och under senare år introduceras lösningar såväl som röstkontroll. Som du kan se har ett sådant system många funktioner som gör det till en utmärkt integrerad lösning för hemmet eller något annat objekt.

Idag finns ett stort antal modifieringar och kompletta uppsättningar baserade på Arduino, där systemet i fråga kan implementeras. Ett stort antal företag som producerar sådana mekanismer gör redan controllers med inbyggda Wi-Fi och Bluetooth-system, vilket gör det möjligt att styra systemet i lokalerna via en mobil. Det finns också lösningar där hanteringen utförs via ett Ethernet-typ gränssnitt, det är en trådbunden metod som använder fiberoptiska kablar via ett lokalt hemnätverk.Omkopplare läggs vanligtvis till sådana lösningar, liksom Wi-Fi-routrar, vilket möjliggör trådlösa anslutningar, om inte annat anges av regulatorn själv.

Anslutningen av konventionella manöverväxlar kan utföras på centralstyrenheten med två metoder:

• använder elektriska ledningar
• med trådlös teknik.

Som du kan se finns det ett stort antal komponenter i "smart home".

Vanligtvis består systemet av följande noder, som kan representeras av olika typer av enheter:

• en central systemstyrenhet, vanligtvis representerad av en huvudnod, såväl som diskreta utgångsinmatningsmodulatorer;
• Expansions- och kommunikationsenheter, som inkluderar routrar, olika switchar, samt GPS- och GPRS-moduler;
• enheter som är ansvariga för strömkretskoppling - reläer, dimmare och strömförsörjning;
• prestanda enheter - olika typer av ventiler (vatten, gas);
• systemhanteringsdelar - pekskärmar, tabletter, personliga digitala assistenter och konsoler;
• olika mätdelar - enheter, sensorer och sensorer (vi talar om sensorer av ljus, temperatur och rörelse).

Vid val av utrustning för en Arduino-baserad mekanism är det nödvändigt att ta hänsyn till vilken metod för informationsöverföring det specifika systemet kommer att använda. Som ett exempel är det möjligt att ge en ganska vanlig standard EIB \ KNX. Här används vanligtvis nätverksnät, datanät och radiokanaler. Samtidigt finns det en standard X10, där vanliga vanliga AC-nät med en spänning på 230 volt används för att överföra information.

Talar om dygderna hos ett Arduino-baserat smart hem, Följande punkter bör noteras.

• Stora möjligheter när det gäller att inrätta hela mekanismens arbete. Dvs., användaren kan självständigt skriva ett program som kan utföra algoritmer av olika nivåer av komplexitet.
• Om så önskas kan systemet fungera autonomt på grund av närvaron av sin egen styrenhet.
• Att ladda ner ett program är lätt eftersomatt programmeraren inte behövs för detta, men allt är gjort med ett USB-gränssnitt, eftersom startladdaren enkelt installeras i mikrokontroller.
• Ganska låga priskomponenter i systemet. Detta beror på att olika tillverkare inte har exklusiva rättigheter. Av denna anledning är Arduino arkitekturen klassificerad som öppen.

• Förekomsten av öppen källkod, som tillåter användaren att direkt styra mekanismen hos ett smart hem.
• Tillgänglighet är att användaren väljer vilka sensorer och mekanismer han behöver.
• Mångsidighet och förmåga att genomföra de mest intressanta idéerna. Det finns inga instruktioner eller standarder för vad som ska vara ett Arduino-baserat smart hem. Det innebär att användaren kan göra systemet så som han vill, eftersom ägaren inte är begränsad till någonting när det gäller att installera sensorer i sovrummet eller köket.
• Möjligheten till självhanteringslastare.
• Förekomsten av en stiftkontakt på Arduino-processorkort, vilket möjliggör programmering i systemet.

Liksom varje mekanism, detta system har vissa nackdelar.

• Trots systemets öppenhet, för att behärska den och använda den framgångsrikt, behöver du kunskap från ett antal specifika områden, inklusive programmering, reparation och elektronik.
• Behovet av att lägga mycket tid på att genomföra och anpassa ditt eget projekt, eftersom varje projekt är i sig unik och kan göra lite mer än andra.
• Svårigheter i direkt konfiguration av Arduino på grund av att denna mekanism fungerar med endast ett litet antal operativsystem.
• Förekomsten av sannolikhet för programvarufel, som kan leda till problem eller inoperabilitet för ett lag. Av denna anledning är det nödvändigt från tid till annan att göra en diagnos av utrustningens hälsa.

• Strålning av olika typer, vilka är oundvikliga med denna kontrollalgoritm.
• Behovet av att fördela utrymme för ett specialskåp där ytterligare utrustning och ledningar kommer att vara placerade.
• Om kontrollen utförs med hjälp av Internet kan de data som överförs mellan mekanismens komponenter avlyssas av inkräktare.En partiell lösning på problemet kommer att vara en exklusivt säker anslutning. Men för att säkerställa att det kommer att kräva mycket pengar investerat i modernisering av utrustning.

Att skapa något system av smart hem baserat på Arduino börjar med skapandet av projektet. När du utvecklar det ska du förstå exakt vilka funktioner och uppgifter systemet ska utföra.

Vanligtvis innebär ett projekt baserat på Arduino Uno-lösningen följande uppgifter.

• Övervakning av väderförhållandena utanför fönstret och rumstemperaturen och som ett resultat ett adekvat svar på deras förändring. Enheten blir vanligtvis ett element i ett enhetligt system tillsammans med uppvärmning, ventilationsanordningar och andra anordningar.
• Övervakning av fönster och dörrar - de är stängda eller öppna.
• Generera ett ljud när rörelsesensorn är aktiverad, om larmfunktionen är aktiv.
• Automatisk kontroll av hushållsapparater.
• Kontroll av elförbrukning, tack vare automatisk anslutning och avstängning av belysningsutrustning.
• BrandsäkerhetMekanismen ger ägaren en signal om närvaro av brand eller rök i rummet. Om ett sofistikerat system utvecklas kan det till och med ringa brandmän på plats.

• Ingångshallen. Det är nödvändigt att automatiskt sätta på ljuset när det blir mörkt ute, liksom skapandet av en rörelsedetektionsmekanism. På natten aktiveras normalt strömljuset, vilket inte skulle orsaka obehag för familjemedlemmarna.
• Kitchen. Aktivering och avaktivering av belysning i köket görs vanligtvis manuellt. Frånkoppling kan vara automatisk om ingen har gått runt i rummet under lång tid. Om systemet upptäcker att en person börjar laga matningen tänds fläkten automatiskt.
• Verandaen. Aktivering av belysningsanordningar kan utföras antingen vid öppnandet av dörren, när en person lämnar byggnaden, annars när ägaren närmar sig huset, om det redan mörkt ute.
• Rum. Inkluderingen av ljusanordningar utförs manuellt, även om det är nödvändigt och närvaron av en rörelsessensor kan aktivering göras i autoläge.

• Badrum. När vi talar om det här rummet, låt oss säga att det här vanligtvis kommer ner till att hantera en panna. Den har själv strömbrytare när enheten stängs av när den når en viss vattentemperatur. Hanteringen av värmaren kommer att utföras beroende på vilken automatisering som finns tillgänglig. Vid ingången till badrummet kan du också slå på ljuset och aktivera avgasen.

När alla punkter som beskrivits ovan har blivit så tydliga som möjligt, utarbetas den tekniska uppgiften, där kunden gör några ändringar. När den slutliga versionen görs kommer det att ligga till grund för bildandet av uppskattningsdokumentationen för projekttypsverken.

Projektet består vanligtvis av följande komponenter:

• ett förklarande dokument som beskriver de olika delsystemen
• layout av styrenheter
• schematisk plan för kabelbanor;
• Projektet för att placera enheter i automationskåpa;
• grundläggande alternativ för anslutning av apparater i sådana skåp;
• anslutningsplaner;
• kabel magasin;
• olika specifikationer.

Vidare beräknas priset för det "smarta hemmet" vid scenen av bildandet av projektet.

Priset beror på sådana faktorer:

• antal enheter;
• utvald utrustning och delsystem.

Det bör sägas att stadierna för att skapa ett "smart home" -system med inblandning av specialister eller med egna händer kommer att vara desamma. Men i det senare fallet kommer den färdiga versionen som helhet att kosta betydligt mindre än om den lockar specialister som redan saknar på marknaden. Av denna anledning kommer deras löner vara lämpliga, vilket innebär att om du inte vill spendera extra pengar, kan du göra det själv. Så, låt oss börja med komponenterna för det här systemet, om du bestämde dig för att skapa det själv trots allt.

Om vi ​​pratar om systemkonfigurationen, Tekniken kommer att innehålla följande uppsättning komponenter:

• rörelsessensor;
• temperatur- och fuktighetsgivare;
• ljussensor;
• ett par temperaturgivare med DS18B20-märkning;
• Ethernet-modul märke ENC28J60;
• mikrofon;
• reed switch
• relä;
• twisted pair kabel;
• Ethernet-kabel;
• ett motstånd som har ett motstånd på 4,7 kg
• mikroprocessorkort arduino.

Det bör sägas att det smarta hemmet bör utrustas uteslutande med LED-lampor, eftersom de vanliga alternativen helt enkelt inte kan motstå mycket spänning. När projektet är klart och alla nödvändiga delar redan har köpts bör du börja ansluta sensorer och styrenheter. Detta bör ske uteslutande enligt det tidigare skapade systemet. Kontakterna måste vara helt isolerade.

Kort sagt, steg för steg kommer anslutningsalgoritmen att se ut så här:

• installationskod;
• konfigurera en applikation för PC eller mobil;
• port vidarebefordran;
• implementering av mjukvarutestning och sensorer;
• felsökning om de upptäcktes under testningen.

Så låt oss börja med att installera koden.

Först ska användaren skriva programvaran i Arduino IDE. Det presenterar:

• textredigerare;
• projektskapare
• kompileringsprogram;
• förprocessorn;
• verktyg för nedladdning av programvara till Arduino mini-processor.

Det borde sägas att det finns programversioner för huvuddatoroperativsystemen - Windows, Linux, Mac OS X. Om vi ​​talar om det programmerade språket som används, talar vi om C ++ med ett antal förenklingar. Program som skrivits av användare för Arduino kallas vanligen som skisser. Systemet skapar ett antal funktioner automatiskt och användaren behöver inte förstå sitt skrivande och föreskriver en lista över gemensamma åtgärder. Det finns också inget behov av att lägga till filer i huvudtypen av vanliga bibliotek. Men anpassad inbäddning är nödvändig.

Du kan lägga till bibliotek till projektets IDE-chef med olika metoder. I form av källkoder, skrivna i C ++, läggs till i en separat katalog på IDE-skalets katalog. Nu visas namnen på de obligatoriska biblioteken i en viss IDE-meny. De som du markerar kommer att ingå i kompileringslistan. IDE har ett litet antal inställningar, och det finns ingen möjlighet att ställa in kompilatorns subtiliteter alls. Detta görs så att en obetydlig person inte gör några misstag.

Om du hämtade biblioteket måste det vara uppackat och enkelt infört i IDE. I programtexten finns kommentarer som förklarar principen om sitt arbete. Det bör noteras att alla applikationer på Arduino arbetar med samma teknik: användaren skickar en förfrågan till processorn, och han hämtar i sin tur den nödvändiga koden på skärmen. När en person trycker på Uppdatera-knappen skickar mikrokontroller informationen. Med var och en av sidorna med en specifik beteckning är en programkod som kommer att visas på skärmen.

Nästa uppsättning åtgärder är att installera klienten på en persondator eller smartphone. Du kan ladda ner den på Internet, på Google Play Market eller från en annan källa. För att kunna göra det måste du öppna filen på telefonen som du hämtade, klicka sedan på den och i det uppkomna fönstret klickar du på "Installera" -knappen. Samtidigt borde du veta att för detta ändamål bör alternativet aktiveras, vilket gör det möjligt att installera programvara inte från Google Play-tjänsten. För att aktivera det här alternativet måste du ange inställningsavsnittet och välja objektet "Säkerhet" där.Det här är sättet att aktivera motsvarande alternativ. När installationen är klar kommer det att vara möjligt att aktivera programmet och konfigurera det.

Med den här programvaran kan du inte bara ta emot information från systemet utan också hantera - till exempel aktivera och inaktivera larmet. Om alternativet är aktivt, då när rörelsessensorn är aktiverad, kommer programmet att få lämplig information. Observera att Arduino pollar programmet för att aktivera rörelsessensorn med intervall på 60 sekunder.

Nästa steg i anslutningen är att konfigurera webbläsarprogrammet för användning med "smart home". I adressraden måste du ange en specifik sekvens som kommer att vara din IP-adress. Efter genomförandet av denna åtgärd kommer användaren att kunna ta emot information från "smart home" och förmågan att hantera den.

Därefter kan du fortsätta arbeta med routern. Det borde öppna hamnen.

Du kan göra detta med följande algoritm:

• öppna inställningar;
• registrera adressen till Arduino microcontroller;
• öppna åttionde porten.

Nu behöver du skapa ett konto på Noip-portalen. com.Även om det här steget är valfritt, är det ett behov av det om adressen måste ges ett domännamn. Du måste gå igenom registreringsprocessen på portalen www. No-IP. com, gå sedan till Lägg till värdkategori och ange IP-systemet. Efter att ha gått igenom den här proceduren kommer det att vara möjligt att få tillgång inte bara via IP, utan också via domän. Vid detta är bildandet av projektet slutfört och du kan kontrollera systemet för dess prestanda.

Med tanke på att komponenter som är kompatibla med Arduino produceras av ett stort antal tillverkare, och Arduino själv inte kan kontrollera produkter, står användaren inför sannolikheten att förvärva en komponent som kommer att fungera, för att uttrycka det felaktigt. Generellt finns denna situation redan i segmentet av skapandet av persondatorer. För länge sedan gjorde IBM arkitekturen i sina datorer öppna, varför olika företag började producera kompatibla datorer.

Samtidigt har kvaliteten på delar och graden av kompatibilitet fallit. Däremot är det Apples policy, vilket väsentligt begränsade antalet utvecklare som hade tillgång till sin arkitektur.

Användare noterade följande funktioner vid drift av ett antal Adruino-komponenter.

• På ett antal Arduino mikroprocessor lösningar, när ett relä är stängt som är anslutet till dem, bryter en COM-typ port. Av denna anledning kan mikrokontroller inte ladda skissen. När du startar den här proceduren går utrustningen för att starta om. Det mest intressanta är att reläet gör ett klick, COM-porten är avstängd och skissen laddas inte.
• Om en mikrofonfel funktionsfel eller om ett kodfel uppstår är det bättre att använda välslutna reläer, vilka handdrivna omkopplare är anslutna i serie.
• Dörrluckningssensorn kan ibland fungera felaktigt. Därför skapas skissen så att systemet utför den önskade åtgärden när man mottar ett par signaler samtidigt.
• För en apparat som är ansvarig för brandlarm, är det bäst att använda en rökdetektor istället för en branddetektor.Den senare har fel - det upptäcker eld inte längre än trettio centimeter från sig själv.

• Temperatursensormodellen DHT11, som kommer i den så kallade standarduppsättningen, ger ett allvarligt fel i nivå med två till tre grader. I konstruktionen är det bättre att använda modellen DHT22, vilket är mycket mer exakt. Och utanför fönstret är det bättre att använda DHT21. Den kan fungera även vid temperaturer under noll och är resistent mot mekanisk skada.
• För att konfigurera processkontroll med hjälp av klammer, tar ett antal användare omedvetet en ljuddetektor istället för en mikrofon, där det finns en tröskelvärde för manuell typ. För sådana ändamål är denna anordning inte lämplig på grund av att den har en relativt liten åtgärdshöjd. Ja, och sensorn sänder signaler med små tidsimpulser. I närvaro av en storskalig skissa, vars bearbetning tar tid, tar mikrokontrollen helt enkelt inte in signalerna.

Det bör sägas att för visualisering av processer i det aktuella systemet kan digitala displaykort eller en flytande kristallskärm användas. Men det här är inte det bästa alternativet i det här fallet. Att använda en separat tillståndsbehandlingsserver för visualisering är effektivast. Det kan implementeras på Node. js, som låter dig implementera vilken som helst server. Naturligtvis talar vi om att behandla staterna i Adruino-styrelsen.

Denna teknik används för att utföra uppgifterna i det så kallade Internet-området, varför det är lämpligt för visualisering av systemautomatisering. Du behöver bara skapa en server och hanterare i JavaScript, så det blir enkelt att visa totalvärdet i webbläsaren på en enhet. Som en hårdvarubaserad bas kan du använda samma datortraber, Piber eller PC. Men möjligheterna till automationsmekanismen ökar avsevärt. Till exempel är mängden minne obegränsat på servern, och servernsprogrammet kan skapas på ett sådant sätt att det kontrollerar allt.

Med den här typen av server kan du till och med koppla samman saker. Tanken är att visualisera de automatiska processerna hemma med hjälp av molntjänster.Ett annat alternativ är att få information och kontrollera systemet via SMS.

Det faktum att ett sådant "smart hem" baserat på Arduino, se följande video.