Co je to chytrý domov založený na Arduinu?

V poslední době pronikají stále více inovativních technologií do různých oblastí našeho života. Jejich použití může výrazně zlepšit pohodlí a ušetřit čas člověka na různých úkolech. Dnes se budeme zabývat tématem tzv. „Inteligentních domů“ a vyprávíme o jejich vlastnostech, výhodách, nevýhodách a technologii tvorby.

Pokud chápete pojem "chytrý domov", pak nejbližší analog, který bude jasný pro většinu lidí, je fráze "domácí automatizace". Význam takových věcí je zajistit automatické provádění různých procesů, ke kterým dochází v místnosti. Takový mechanismus lze využít nejen v obytných budovách, ale i v kancelářích, ale i v různých specializovaných zařízeních.

Prvním rysem, který je třeba zmínit, bude možnost shromažďování systému jako návrháře. Představuje přítomnost centrálního prvku na platformě Arduino, reprezentovaného centrálním regulátorem, kde proudí všechny informace z různých systémů instalovaných v domě. A pokud je to možné, je přípustné přidávat do systému nové komponenty - ovládat světlo v různých místnostech, informovat majitele o výskytu různých nepředvídaných situací, kontrolovat klimatické podmínky, monitorovat mechanismy monitorování.

Mělo by však být chápáno, že neexistují jasné myšlenky, jaké komponenty a mechanismy by v takovém systému měly být. To znamená, že se jedná o koncept, nikoli o konkrétní výrobek. Pokud je to nutné, můžete dát jeden systém, a zbytek ne. To znamená, že začínáme s něčím malým a podle potřeby zvyšujeme funkčnost domu a získáváme nové příležitosti v oblasti správy bydlení. Jedním z nejvýznamnějších rysů je schopnost inteligentního řízení osvětlení. Použití takového systému v každodenním životě může vážně ušetřit zdroje, protože osvětlení je zapnuto pouze tehdy, když je osoba v místnosti.

Další funkcí je vnitřní klimatizace. Popsaný mechanismus je stejně důležitý. Například automatizace topení bude velmi důležitá nejen pro úsporu v chladném období, ale také pro zapnutí topení ve správný čas, protože není vždy možné jej aktivovat s prudkým poklesem teploty. Máte-li autonomní vytápění na základě kotle, pak pokud jsou v případě nouze termální snímače a mechanismus řízení průtoku plynu, bude majitel upozorněn a bude schopen na něj rychle reagovat v reálném čase.

Další výhodou je technické vybavení různých systémů. S instalací automatizace, majitel domu dostane možnost provádět různé akce: snížit žaluzie, zapnout televizní obrazovku nebo přehrávač médií.Připojením těchto a dalších systémů ke společnému mechanismu můžete skutečně vytvořit podmínky pro aktivaci zařízení stisknutím jediného tlačítka.

Další funkcí je bezpečnostní systém. Mechanismus "inteligentního domova" zvyšuje na novou úroveň ochranu proti vniknutí do domu nezvaných hostů v nepřítomnosti majitelů. Dům je jednoduše přeměněn na téměř nedobytný objekt. Systém navíc může simulovat vliv přítomnosti v domě tím, že zapne a vypne světlo, a kamerové systémy předávají hostiteli aktuální informace o činnosti v domě nebo okolí, což šetří ochranu. Systém má řadu dalších prostředků, které v případě potřeby neutralizují pachatele.

A poslední vlastnost, o které chci říci, je jednoduchá a cenově dostupná kontrola. Navzdory své obrovské funkčnosti může být popsaný systém ovládán i dítětem. Obvykle se k tomu používá malé dálkové ovládání s tradičními spínači a speciálními panely. Kromě toho mohou být mechanismy řízeny z PC nebo mobilního zařízení. V posledních letech jsou zavedena řešení a hlasové ovládání. Jak můžete vidět, takový systém má mnoho funkcí, které z něj činí vynikající integrované řešení pro domácnost nebo jakýkoliv jiný objekt.

Dnes, velké množství modifikací a kompletních sad založených na Arduino, kde daný systém může být realizován. Velký počet společností, které takové mechanismy vyrábějí, činí regulátory již vestavěnými systémy Wi-Fi a Bluetooth, což umožňuje ovládání systému v areálu prostřednictvím mobilního systému. Existují také řešení, kde je řízení prováděno přes ethernetové rozhraní, jedná se o drátovou metodu využívající optických kabelů přes lokální typ domácí sítě. Přepínače jsou obvykle přidávány k takovým řešením, stejně jako směrovače Wi-Fi, které umožňují bezdrátové připojení, pokud regulátor sám nestanoví jinak.

Spojení běžných ručních spínačů lze provádět na centrálním ovladači dvěma způsoby:

• použití elektrického vedení;
• bezdrátovou technologií.

Jak vidíte, existuje velké množství komponent "inteligentního domova".

Obvykle se systém skládá z následujících uzlů, které mohou být reprezentovány různými zařízeními:

• centrální řídicí systém, obvykle reprezentovaný hlavním uzlem, stejně jako modulátory výstupního vstupu;
• Expanzní a komunikační zařízení, která zahrnují směrovače, různé přepínače, jakož i moduly GPS a GPRS;
• zařízení odpovědná za spínání elektrických obvodů - relé, stmívače a napájecí zdroje;
• výkonová zařízení - různé typy ventilů (voda, plyn);
• Části správy systému - dotykové panely, tablety, osobní digitální asistenti a konzoly;
• různé měřicí části - přístroje, senzory a senzory (jedná se o senzory světla, teploty a pohybu).

Při výběru zařízení pro mechanismus založený na Arduinu je nutné vzít v úvahu, který způsob přenosu informací bude daný systém používat. Jako příklad lze uvést poměrně běžný standard EIB KNX. Obvykle se zde používají elektrické sítě, počítačové sítě i rozhlasové kanály. Současně je k dispozici standard X10, kde se pro přenos informací používají běžné běžné AC sítě s napětím 230 voltů.

Když mluvíme o ctnostech „inteligentního domova“ založeného na Arduinu, Je třeba poznamenat následující body.

• Velké možnosti z hlediska nastavení práce celého mechanismu.To znamená, že uživatel může nezávisle napsat program, který může provádět algoritmy různých úrovní složitosti.
• Je-li to žádoucí, systém může pracovat autonomně v důsledku přítomnosti vlastního regulátoru.
• Stahování programu není obtížné vzhledem k tomu, že programátor pro to není potřebný, ale vše se provádí pomocí rozhraní USB, protože zavaděč se jednoduše instaluje do mikrokontroléru.
• Relativně nízká cena komponent systému. Důvodem je skutečnost, že různí výrobci nemají výhradní práva. Z tohoto důvodu je architektura Arduina klasifikována jako otevřená.

• Přítomnost otevřeného zdrojového kódu, který umožňuje uživateli přímo ovládat mechanismus inteligentního domova.
• Přístupnost je taková, že uživatel zvolí, které senzory a mechanismy potřebuje.
• Všestrannost a schopnost realizovat ty nejzajímavější nápady. Neexistují žádné pokyny ani standardy pro to, co by mělo být chytrým domovem založeným na Arduinu. To znamená, že uživatel může vytvořit systém tak, jak chce, protože majitel není omezen na nic z hlediska instalace senzorů v ložnici nebo v kuchyni.
• Možnost zavádění firmware.
• Přítomnost pinového konektoru pro desky Arduino procesorů, který umožňuje programování v systému.

Jako každý mechanismus, tento systém má určité nevýhody.

• Navzdory otevřenosti systému, pro jeho zvládnutí a úspěšné využití budete potřebovat znalosti z řady specifických oblastí, včetně programování, oprav a elektroniky.
• Potřeba strávit značné množství času na implementaci a přizpůsobení vlastního projektu, protože každý projekt je ve své podstatě jedinečný a může dělat o něco více než ostatní.
• Obtíže v přímé konfiguraci Arduina vzhledem k tomu, že tento mechanismus pracuje pouze s malým počtem operačních systémů.
• Existence pravděpodobnosti selhání softwaru, která může vést k problémům nebo nefunkčnosti týmu. Z tohoto důvodu je nutné čas od času diagnostikovat zdravotní stav zařízení

• Záření různých typů, které je s takovým řídicím algoritmem nevyhnutelné.
• Potřeba přidělit prostor pro speciální skříň, ve které bude umístěno přídavné zařízení a vodiče.
• Pokud je řízení prováděno pomocí internetu, pak data, která jsou přenášena mezi součástmi mechanismu, mohou být zachycena vetřelci. Částečným řešením problému bude výlučně bezpečné spojení. Ale zajistit, že bude vyžadovat spoustu peněz investovaných do modernizace zařízení.

Vytvoření jakéhokoliv systému inteligentního domova založeného na Arduinu začíná vytvořením projektu. Při jeho vývoji byste měli přesně pochopit, jaké funkce a úkoly by měl systém provádět.

Typicky projekt založený na řešení Arduino Uno zahrnuje následující úkoly.

• Sledování povětrnostních podmínek za oknem a teplota v místnosti a v důsledku toho odpovídající reakce na jejich změnu. Zařízení se obvykle stává součástí jednotného systému společně s topnými, ventilačními zařízeními a dalšími zařízeními.
• Sledování stavu oken a dveří - jsou zavřené nebo otevřené.
• Pokud je aktivována funkce alarmu, generujte zvuk při aktivaci snímače pohybu.
• Automatické ovládání domácích spotřebičů.
• Řízení spotřeby elektřiny díky automatickému připojení a vypnutí osvětlení.
• Požární bezpečnost. Mechanismus dává majiteli signál o přítomnosti ohně nebo kouře v místnosti. Pokud je vyvinut sofistikovaný systém, může dokonce zavolat hasiče na místě.

• Chodba. Je nutné automaticky zapnout světlo, když se tma venku, a také vytvoření mechanismu detekce pohybu. V noci se obvykle aktivuje průměrné výkonové světlo, které by nemělo způsobit nepohodlí pro rodinné příslušníky.
• Kuchyně Aktivace a deaktivace osvětlení v kuchyni se obvykle provádí ručně. Odpojení může být automatické, pokud nikdo po dlouhé době nechodí po místnosti. Pokud systém zjistí, že osoba začne vařit, automaticky se zapne.
• Na verandě. Aktivaci osvětlovacích zařízení lze provést buď při otevření dveří, když osoba opouští budovu, nebo když se majitel blíží k domu, pokud je již tmavý.
• Pokoj Zahrnutí světelných zařízení se provádí ručně, i když je to nutné, a přítomnost snímače pohybu, aktivace může být provedena v automatickém režimu.

• Koupelna. Když už mluvíme o této místnosti, řekněme, že zde obvykle jde o správu kotle. Samotný má vypínač, když se zařízení vypne, když dosáhne určité teploty vody. Ohřívač vody bude řízen v závislosti na dostupné automatizaci. Také u vchodu do koupelny můžete zapnout světlo a aktivovat výfuk.

Po vyjasnění všech výše popsaných bodů se připravuje technický úkol, kde zákazník provede jakékoli změny. Po provedení finální verze bude podkladem pro tvorbu odhadové dokumentace pro práce typu projektu.

Projekt obvykle sestává z následujících komponent:

• vysvětlující dokument popisující různé subsystémy;
• uspořádání řídicích zařízení;
• schematický plán vedení kabelů;
• projekt pro umístění zařízení v automatických skříňkách;
• základní možnosti připojení spotřebičů v těchto skříních;
• plány spojení;
• Kabelový zásobník;
• různých specifikací.

Kromě toho se ve fázi tvorby projektu provádí cenová kalkulace "inteligentního domova".

Cena bude záviset na těchto faktorech:

• počet zařízení;
• vybraných subsystémů.

Je třeba říci, že etapy vytvoření „inteligentního domácího“ systému se zapojením specialistů nebo vlastními rukama budou stejné. Ve druhém případě však hotová verze jako celek bude stát podstatně méně, než kdyby přitahovala odborníky, kteří již na trhu chybí. Z toho důvodu budou jejich platy vhodné, což znamená, že pokud nechcete utrácet peníze navíc, můžete to udělat sami. Začněme tedy s komponentami pro tento systém, pokud jste se nakonec rozhodli vytvořit ho sami.

Pokud hovoříme o konfiguraci systému, Tato technologie bude obsahovat následující sadu komponent:

• snímač pohybu;
• čidlo teploty a vlhkosti;
• světelný senzor;
• pár teplotních čidel s označením DS18B20;
• Značka modulu Ethernet ENC28J60;
• mikrofon;
• jazýčkový spínač;
• relé;
• kroucený párový kabel;
• Ethernetový kabel;
• odpor s odporem 4,7 kg;
• mikroprocesorová karta arduino.

Mělo by být řečeno, že inteligentní dům by měl být vybaven výhradně LED světly, protože obvyklé možnosti jednoduše nevydrží velké napětí.Když je projekt připraven a všechny potřebné díly již byly zakoupeny, měli byste začít připojovat senzory a regulátory. To by mělo být provedeno výhradně podle dříve vytvořeného systému. Kontakty musí být plně izolované.

Stručně řečeno, krok za krokem bude algoritmus připojení vypadat takto:

• instalační kód;
• nastavení aplikace pro PC nebo mobilní;
• přesměrování portů;
• implementace testování softwaru a senzorů;
• řešení problémů, pokud byly zjištěny během testování.

Začněme tedy instalací kódu.

Za prvé, uživatel by měl napsat software v Arduino IDE. Představuje:

• textový editor;
• tvůrce projektu;
• kompilační program;
• preprocesor;
• nástroj pro stahování softwaru do miniprocesoru Arduino.

Mělo by být řečeno, že existují verze softwaru pro hlavní počítačové operační systémy - Windows, Linux, Mac OS X. Pokud mluvíme o použitém programovacím jazyce, pak je to C ++ s řadou zjednodušení. Programy napsané uživateli pro Arduino jsou běžně označovány jako skici. Systém vytváří řadu funkcí automaticky a uživatel nemusí pochopit jejich pravopis, předepisující seznam společných akcí. Také není třeba přidávat soubory typu záhlaví běžných knihoven. Vlastní vložení je však nezbytné.

Knihovny můžete přidat do správce IDE projektu pomocí různých metod. Ve formě zdrojových kódů napsaných v jazyce C ++ se přidává do samostatného adresáře v pracovním adresáři prostředí IDE. Názvy požadovaných knihoven se nyní zobrazí v konkrétní nabídce IDE. Ty, které označíte, budou zahrnuty do seznamu kompilací. IDE má malý počet nastavení a neexistuje žádná možnost nastavení odchylek kompilátoru vůbec. To se provádí tak, že nevědomý člověk neudělá žádné chyby.

Pokud jste stáhli knihovnu, pak musí být rozbalen a jednoduše vložen do IDE. V textu programu jsou komentáře, které vysvětlují princip jeho práce. Je třeba poznamenat, že všechny aplikace na Arduinu pracují na stejné technologii: uživatel odešle požadavek procesoru a následně stáhne potřebný kód na obrazovku zařízení. Když osoba stiskne tlačítko Refresh, mikrokontrolér odešle informace. U každé ze stránek se specifickým označením je programový kód, který se zobrazí na obrazovce.

Další soubor akcí je instalace klienta na osobní počítač nebo smartphone. Můžete si jej stáhnout na internetu, na Google Play Market nebo z jiného zdroje. Abyste to mohli provést, musíte soubor otevřít v telefonu, který jste si stáhli, poté na něj kliknout a v zobrazeném okně klikněte na tlačítko „Instalovat“. Zároveň byste měli mít na paměti, že pro tento účel by měla být aktivována možnost, která umožňuje instalaci programů, které nejsou ze služby Google Play. Chcete-li tuto možnost zapnout, musíte vstoupit do sekce nastavení a vybrat položku „Zabezpečení“. To je způsob, jak aktivovat odpovídající volbu. Po dokončení instalace můžete aplikaci aktivovat a nakonfigurovat.

Pomocí tohoto softwaru můžete nejen přijímat informace ze systému, ale také spravovat - například aktivovat a deaktivovat alarm. Pokud je tato volba aktivní, při aktivaci snímače pohybu obdrží program příslušné informace. Všimněte si, že program Arduino dotazuje program, aby aktivoval snímač pohybu v intervalech 60 sekund.

Další fází připojení je nastavení prohlížečového programu pro použití s ​​inteligentním domovem. V adresním řádku musíte zadat specifickou sekvenci, která bude IP adresou vašeho počítače. Po provedení této akce bude uživatel schopen přijímat informace z „inteligentního domova“ a schopnost jej spravovat.

Poté můžete pokračovat v práci s routerem. Mělo by otevřít port.

Můžete to provést pomocí následujícího algoritmu:

• otevřená nastavení;
• registrovat adresu mikrokontroléru Arduino;
• otevřete osmdesátý port.

Nyní musíte nastavit účet na portálu Noip. com. I když je tento krok nepovinný, je třeba, aby adresa byla zadána s názvem domény. Musíte projít registračním procesem na portálu www. noip. com, pak přejděte do kategorie Přidat hostitele a zadejte systém IP. Po provedení tohoto postupu bude možné získat přístup nejen IP, ale i doménou. Na tomto projektu je dokončena tvorba projektu a můžete zkontrolovat jeho výkon.

Vzhledem k tomu, že komponenty kompatibilní s Arduino jsou vyráběny velkým počtem výrobců, a Arduino sám nemůže kontrolovat produkty, uživatel je konfrontován s pravděpodobností získání komponenty, která bude fungovat, mírně řečeno, nesprávně. Obecně řečeno, tato situace již existuje v segmentu tvorby osobních počítačů. Již dávno si IBM otevřela architekturu svých osobních počítačů, což je důvod, proč různé společnosti začaly vyrábět kompatibilní počítače.

Současně poklesla kvalita dílů a kompatibilita. Naproti tomu je to politika společnosti Apple, která výrazně omezila počet vývojářů, kteří měli přístup ke své architektuře.

Uživatelé si všimli následujících funkcí při provozu řady komponent Adruino.

• Na řadě mikroprocesorových řešení Arduino, když je relé připojeno k nim, je COM port přerušen. Z tohoto důvodu nemůže mikrokontrolér načíst skicu. Na začátku tohoto postupu přejde zařízení k restartu. Nejzajímavější je, že relé provede kliknutí, port COM je vypnutý a skica se nenačte.
• V případě poruchy mikrokontroléru nebo výskytu chyby kódu je lepší použít dobře uzavřená relé, ke kterým jsou zapojeny ručně ovládané spínače.
• Senzor zavírání dveří může někdy působit falešně. Z tohoto důvodu je skica vytvořena tak, že systém provede požadovanou akci při příjmu několika signálů najednou.
• Pro zařízení, které je zodpovědné za požární poplach, je lepší použít detektor kouře než detektor požáru. Ten má chybu - detekuje oheň ne více než třicet centimetrů od sebe.

• Model teplotního senzoru DHT11, který je dodáván v tzv. Standardním setu, dává vážnou chybu na úrovni dvou až tří stupňů. V konstrukci je lepší použít model DHT22, který je mnohem přesnější. A mimo okno je lepší použít DHT21. Může pracovat i při teplotách pod nulou a je odolný proti mechanickému poškození.
• Chcete-li konfigurovat řízení procesu pomocí tlesknutí, řada uživatelů nevědomky vezme místo mikrofonu zvukový detektor, kde je nastaveno prahové nastavení ručního typu. Pro tyto účely není toto zařízení vhodné vzhledem k tomu, že má relativně malý poloměr působení. Senzor vysílá signály s malými časovými impulsy. V přítomnosti velkoplošného skici, jehož zpracování vyžaduje čas, mikrokontrolér jednoduše nezachytí signály.

Mělo by být řečeno, že pro vizualizaci procesů v uvažovaném systému lze použít digitální zobrazovací tabule nebo displej z tekutých krystalů. Ale v tomto případě to není nejlepší volba. Pro vizualizaci bude nejúčinnější použití samostatného serveru pro zpracování stavu. Může být implementován na uzlu. js, který umožňuje implementovat libovolný server. Samozřejmě hovoříme o zpracování stavů desky Adruino.

Tato technologie slouží k plnění úkolů tzv. Internetu věcí, proto je vhodná pro vizualizaci automatizace systému. Stačí vytvořit server a obslužný program v JavaScriptu, pak bude snadné zobrazit celkový počet v prohlížeči jakéhokoliv zařízení. Jako hardwarový základ můžete použít stejný mikropočítač Raspberry Pi nebo PC. Možnosti automatizačního mechanismu se však výrazně zvýší. Například na serveru je velikost paměti neomezená a serverový program může být vytvořen tak, aby vše spravoval.

S tímto typem serveru můžete dokonce propojit věci dohromady. Cílem je vizualizovat automatické procesy doma pomocí cloudových služeb. Další možností je příjem informací a řízení systému prostřednictvím SMS.

Skutečnost, že takový "chytrý domov" založený na Arduino, viz následující video.