Kas ir „gudrās mājas”, kas balstās uz Arduino?

Nesen arvien vairāk novatorisku tehnoloģiju iekļūst dažādās mūsu dzīves jomās. To izmantošana var ievērojami uzlabot komfortu un ietaupīt cilvēka laiku dažādiem uzdevumiem. Šodien mēs pievērsīsimies tā sauktajām „viedajām mājām” un pastāstīsim par to iezīmēm, priekšrocībām, trūkumiem un radīšanas tehnoloģiju.

Ja jūs saprotat terminu "gudrs mājās", tad tuvākais analogais, kas būs skaidrs vairumam cilvēku, ir frāze "mājas automatizācija". Šādu lietu nozīme ir nodrošināt dažādus procesus, kas notiek telpā. Šādu mehānismu var izmantot ne tikai dzīvojamās ēkās, bet arī birojos, kā arī dažādās specializētās telpās.

Pirmā iezīme, kas būtu jāpiemin, būs iespēja savākt sistēmu kā dizainers. Tas ir centrālā elementa klātbūtne uz Arduino platformas, ko pārstāv centrālais kontrolieris, kur visa informācija no dažādām sistēmām, kas uzstādītas mājas telpās, notiek. Un, cik vien iespējams, sistēmai ir atļauts pievienot jaunas sastāvdaļas - kontrolēt gaismu dažādās telpās, informēt īpašnieku par dažādu neparedzētu situāciju rašanos, kontrolēt klimatiskos apstākļus, uzraudzīt inženiertehniskos mehānismus.

Bet jāsaprot, ka nav skaidru ideju, kādiem komponentiem un mehānismiem jābūt šādā sistēmā. Tas ir, tas ir jēdziens, nevis konkrēts produkts. Ja nepieciešams, jūs varat ievietot vienu sistēmu, bet pārējā - ne. Tas ir, mēs sākam ar kaut ko mazu un, ja nepieciešams, palielinām mājas funkcionalitāti, iegūstot jaunas iespējas mājokļu apsaimniekošanas jomā. Viena no svarīgākajām iezīmēm ir spēja gudri kontrolēt apgaismojumu. Šādas sistēmas izmantošana ikdienas dzīvē var nopietni ietaupīt resursus, jo apgaismojums ir ieslēgts tikai tad, kad persona atrodas telpā.

Nākamā iezīme ir iekštelpu klimata kontrole. Aprakstītais mehānisms ir vienlīdz svarīgs. Piemēram, apkures automatizācija būs ārkārtīgi svarīga ne tikai, lai taupītu aukstajā sezonā, bet arī ieslēgtu apsildi īstajā laikā, jo ne vienmēr ir iespējams to aktivizēt ar strauju temperatūras kritumu. Ja jums ir autonomā apkure, pamatojoties uz katlu, tad, ja avārijas gadījumā ir siltuma sensori un gāzes plūsmas kontroles mehānisms, īpašnieks tiks informēts un varēs ātri reaģēt uz to reālajā laikā.

Vēl viena priekšrocība ir dažādu sistēmu tehniskais aprīkojums. Ar automatizācijas uzstādīšanu mājas īpašnieks saņem iespēju veikt dažādas darbības: nolaidiet žalūzijas, ieslēgt TV ekrānu vai multivides atskaņotāju.Pievienojot šīs un citas sistēmas kopējam mehānismam, jūs faktiski varat izveidot nosacījumus ierīces aktivizēšanai, nospiežot tikai vienu taustiņu.

Nākamā iezīme ir drošības sistēma. "Viedā mājokļa" mehānisms rada jaunu līmeni aizsardzībai pret ielaušanos mājās bezaicinātiem viesiem īpašnieku prombūtnes laikā. Māja ir vienkārši pārveidota par gandrīz neuzņemamu objektu. Turklāt sistēma var atdarināt ietekmi uz māju, ieslēdzot un izslēdzot gaismu, un novērošanas kameras pārsūta uzņēmējam aktuālu informāciju par darbību mājā vai apkārtnē, kas ietaupa aizsardzību. Sistēmai ir vairāki citi līdzekļi, kas, ja nepieciešams, neitralizēs likumpārkāpēju.

Un pēdējā iezīme, ko es vēlos teikt, ir vienkārša un pieņemama kontrole. Neskatoties uz milzīgo funkcionalitāti, aprakstīto sistēmu var kontrolēt pat bērns. Parasti izmanto nelielu tālvadības pulti ar tradicionāliem slēdžiem un īpašiem paneļiem. Turklāt mehānismus var kontrolēt no datora vai mobilās ierīces. Un pēdējos gados tiek ieviesti risinājumi, kā arī balss kontrole. Kā redzat, šādai sistēmai ir daudzas funkcijas, kas padara to par lielisku integrētu risinājumu mājām vai citiem objektiem.

Šodien daudzas izmaiņas un komplekti, kas balstīti uz Arduino, kur var īstenot attiecīgo sistēmu. Daudzi uzņēmumi, kas ražo šādus mehānismus, padara kontrolierus jau ar iebūvētu Wi-Fi un Bluetooth sistēmu, kas ļauj kontrolēt sistēmu telpās, izmantojot mobilo ierīci. Ir arī risinājumi, kuros vadība tiek veikta, izmantojot Ethernet tipa interfeisu, tā ir vadu metode, kas izmanto optisko šķiedru kabeļus vietējā mājas tīkla ietvaros. Šādiem risinājumiem parasti tiek pievienoti slēdži, kā arī Wi-Fi maršrutētāji, kas nodrošina bezvadu savienojumu, ja vien pats kontrolieris nenosaka citādi.

Parastos manuālos slēdžus var pieslēgt centrālajam kontrolierim ar divām metodēm:

• izmantojot elektroinstalācijas;
• izmantojot bezvadu tehnoloģiju.

Kā redzat, ir daudz "viedās mājas" komponentu.

Parasti sistēma sastāv no šādiem mezgliem, kurus var pārstāvēt dažāda veida ierīces:

• centrālā sistēmas kontrolieris, ko parasti pārstāv galvenais mezgls, kā arī diskrētus izejas ieejas modulatorus;
• Paplašināšanas un sakaru ierīces, kas ietver maršrutētājus, dažādus slēdžus, kā arī GPS un GPRS moduļus;
• ierīces, kas atbild par elektrisko ķēžu komutāciju - releji, dimmeri un barošanas avoti;
• veiktspējas ierīces - dažāda veida vārsti (ūdens, gāze);
• sistēmas vadības daļas - skārienjutīgie paneļi, planšetes, personālie digitālie palīgi un konsoles;
• dažādas mērīšanas daļas - ierīces, sensori un sensori (mēs runājam par gaismas, temperatūras un kustības sensoriem).

Izvēloties iekārtas Arduino balstītajam mehānismam, ir jāņem vērā, kāda informācijas pārsūtīšanas metode tiks izmantota. Piemēram, ir iespējams sniegt diezgan vispārēju standartu EIB KNX. Šeit parasti tiek izmantots elektroenerģijas tīkls, datortīkli, kā arī radio kanāli. Tajā pašā laikā pastāv standarts X10, kur informācijas pārsūtīšanai tiek izmantoti parastie parastie maiņstrāvas tīkli ar 230 voltu spriegumu.

Runājot par Arduino balstītas „gudras mājas” priekšrocībām, Jāatzīmē šādi punkti.

• Lielas iespējas izveidot visa mehānisma darbu.Tas nozīmē, ka lietotājs var patstāvīgi uzrakstīt programmu, kas var izpildīt dažādu sarežģītības līmeņu algoritmus.
• Vajadzības gadījumā sistēma var darboties autonomi, pateicoties savam kontrolierim.
• Programmas lejupielāde nav sarežģīta, jo programmētājs nav vajadzīgs, bet viss tiek darīts, izmantojot USB interfeisu, jo bootloader vienkārši tiek instalēts mikrokontrollerī.
• Sistēmas komponentu salīdzinoši zemā cena. Tas ir saistīts ar to, ka dažādiem ražotājiem nav ekskluzīvas tiesības. Šī iemesla dēļ Arduino arhitektūra ir klasificēta kā atvērta.

• Atklātā pirmkoda koda klātbūtne, kas ļauj lietotājam tieši kontrolēt viedas mājas mehānismu.
• Pieejamība ir tā, ka lietotājs izvēlas vajadzīgos sensorus un mehānismus.
• Universālums un iespēja īstenot interesantākās idejas. Nav nekādu instrukciju vai standartu par to, kas būtu Arduino balstīta viedā māja. Tas nozīmē, ka lietotājs var padarīt sistēmu tā, kā viņš vēlas, jo īpašnieks neaprobežojas tikai ar sensoru uzstādīšanu guļamistabā vai virtuvē.
• Iespēja veikt pašprogrammatūru.
• Arduino procesoru plātņu tapas savienotāja klātbūtne, kas ļauj programmēt sistēmā.

Tāpat kā jebkurš mehānisms, šai sistēmai ir daži trūkumi.

• Neskatoties uz sistēmas atvērtību, lai to apgūtu un veiksmīgi izmantotu, jums būs nepieciešamas zināšanas no vairākām specifiskām jomām, tostarp programmēšanas, remonta un elektronikas jomā.
• Nepieciešamība pavadīt ievērojamu laiku sava projekta īstenošanai un pielāgošanai, jo katrs projekts ir unikāls un var darīt mazliet vairāk nekā citi.
• Grūtības Arduino tiešā konfigurācijā, jo šis mehānisms darbojas tikai ar nelielu skaitu operētājsistēmu.
• Programmatūras kļūmju iespējamība, kas var izraisīt komandas problēmas vai neveiksmi. Šā iemesla dēļ laiku pa laikam ir nepieciešams veikt iekārtas veselības diagnostiku.

• Dažāda veida starojums, kas ir nenovēršams ar šādu vadības algoritmu.
• Nepieciešamība piešķirt telpu īpašam skapim, kur atradīsies papildu aprīkojums un vadi.
• Ja kontrole tiek veikta, izmantojot internetu, tad dati, kas tiek pārsūtīti starp mehānisma komponentiem, var tikt aizturēti ar iebrucējiem. Daļējs problēmas risinājums būs tikai drošs savienojums. Bet, lai nodrošinātu, ka tas prasīs daudz naudas, kas ieguldīti iekārtu modernizācijā.

Jebkuras viedās mājas sistēmas izveide, pamatojoties uz Arduino, sākas ar projekta izveidi. Izstrādājot to, jums ir jāsaprot, kādas funkcijas un uzdevumi sistēmai ir jāveic.

Parasti Arduino Uno risinājums balstās uz šādiem uzdevumiem.

• Laika apstākļu izsekošana ārpus loga un telpas temperatūra un līdz ar to atbilstoša reakcija uz to izmaiņām. Ierīce parasti kļūst par vienotas sistēmas elementu kopā ar apkures, ventilācijas ierīcēm un citām ierīcēm.
• Logu un durvju stāvokļa uzraudzība - tās ir slēgtas vai atvērtas.
• Ja trauksmes funkcija ir aktivizēta, radiet skaņu, kad ir aktivizēts kustības sensors.
• Automātiska sadzīves tehnikas kontrole.
• Elektroenerģijas patēriņa kontrole, pateicoties apgaismes ierīču automātiskajam savienojumam un izslēgšanai.
• Ugunsdrošība. Mehānisms dod īpašniekam signālu par uguns vai dūmu klātbūtni telpā. Ja ir izstrādāta sarežģīta sistēma, tā var pat izsaukt ugunsdzēsējus.

• Priekšnams. Ir nepieciešams automātiski ieslēgt gaismu, kad tas kļūst tumšs ārpusē, kā arī kustības noteikšanas mehānisma izveidei. Naktī parasti tiek aktivizēts vidējais jaudas indikators, kas nedrīkst radīt diskomfortu ģimenes locekļiem.
• Virtuve Virtuves apgaismojuma aktivizēšana un deaktivizēšana parasti notiek manuāli. Atvienošana var būt automātiska, ja neviens ilgstoši nenonāk telpā. Ja sistēma atklāj, ka persona sāk gatavot ēdienu, pārsegs automātiski ieslēdzas.
• Veranda. Apgaismes ierīču aktivizēšanu var veikt vai nu tad, kad durvis tiek atvērtas, kad persona atstāj ēku, vai arī, ja īpašnieks tuvojas mājai, ja tā jau ir tumša.
• Numurs Apgaismes ierīču iekļaušana tiek veikta manuāli, lai gan, ja nepieciešams, un kustības sensora klātbūtne, aktivizēšanu var veikt automātiskajā režīmā.

• Vannas istaba. Runājot par šo istabu, teiksim, ka šeit tas parasti nāk uz katla pārvaldību. Tas pats ir ar barošanas slēdzi, kad ierīce izslēdzas, kad tā sasniedz noteiktu ūdens temperatūru. Ūdens sildītājs tiks vadīts atkarībā no pieejamās automatizācijas. Arī pie ieejas vannas istabā varat ieslēgt gaismu un aktivizēt izplūdes gāzu.

Pēc tam, kad visi iepriekš aprakstītie punkti kļuvuši pēc iespējas skaidrāki, tiek sagatavots tehniskais uzdevums, kurā klients veic izmaiņas. Kad tiek sagatavota galīgā versija, tas būs pamats projekta veidlapas novērtējuma dokumentācijas veidošanai.

Parasti projekts sastāv no šādiem komponentiem:

• paskaidrojošs dokuments, kas apraksta dažādas apakšsistēmas;
• vadības ierīču izkārtojums;
• kabeļu vadu shematisks plāns;
• projektu ierīču ievietošanai automātiskajās skapīšās;
• pamata iespējas savienot ierīces šādos skapjos;
• savienojuma plāni;
• kabeļu žurnāls;
• dažādas specifikācijas.

Turklāt projekta izveides posmā tiek veikta „viedās mājas” cenu aprēķināšana.

Cena būs atkarīga no šādiem faktoriem:

• ierīču skaits;
• izvēlētās iekārtas un apakšsistēmas.

Jāatzīmē, ka „gudras mājas” sistēmas izveides posmi, iesaistot speciālistus vai ar savām rokām, būs vienādi. Tomēr pēdējā gadījumā gatavā versija kopumā izmaksās ievērojami mazāk nekā tad, ja tā piesaistītu speciālistus, kuriem jau trūkst tirgus. Šā iemesla dēļ viņu algas būs piemērotas, kas nozīmē, ka, ja nevēlaties tērēt papildu naudu, jūs varat to darīt pats. Tātad, sāksim ar šīs sistēmas komponentiem, ja esat nolēmis to izveidot pats.

Ja mēs runājam par sistēmas konfigurāciju, Tehnoloģijā būs iekļauts šāds komponentu kopums:

• kustības sensors;
• temperatūras un mitruma sensors;
• gaismas sensors;
• temperatūras sensoru pāris ar marķējumu DS18B20;
• Ethernet moduļa zīmols ENC28J60;
• mikrofons;
• niedru slēdzis;
• relejs;
• vītā pāra kabelis;
• Ethernet kabelis;
• rezistors, kura pretestība ir 4,7 kg;
• mikroprocesoru dēlis arduino.

Jāatzīmē, ka gudrās mājas būtu jāaprīko tikai ar LED apgaismojumu, jo parastās iespējas vienkārši nevar izturēt lielu spriegumu.Kad projekts ir gatavs un visas nepieciešamās daļas jau ir iegādātas, jāsāk savienot sensorus un kontrolierus. Tas jādara tikai saskaņā ar iepriekš izveidoto shēmu. Kontakti ir pilnībā izolēti.

Īsumā, soli pa solim savienojuma algoritms izskatīsies šādi:

• instalācijas kods;
• datora vai mobilā lietojumprogrammas izveidošana;
• ostas pāradresācija;
• programmatūras testēšanas un sensoru ieviešana;
• traucējummeklēšana, ja tās tika konstatētas testēšanas laikā.

Tāpēc sāksim instalējot kodu.

Pirmkārt, lietotājam ir jāraksta programmatūra Arduino IDE. Tā piedāvā:

• teksta redaktors;
• projekta veidotājs;
• apkopošanas programma;
• priekšprocesors;
• rīks programmatūras lejupielādei ar mini procesoru Arduino.

Jāatzīmē, ka galvenajām datoru operētājsistēmām ir programmatūras versijas - Windows, Linux, Mac OS X. Ja mēs runājam par izmantoto programmēšanas valodu, mēs runājam par C ++ ar vairākiem vienkāršojumiem. Programmas, ko lietotāji rakstījuši par Arduino, parasti tiek sauktas par skicēm. Sistēma automātiski izveido vairākas funkcijas un lietotājam nav nepieciešams saprast to pareizrakstību, norādot kopējo darbību sarakstu. Turklāt nav nepieciešams pievienot galvenās bibliotēkas galvenes failus. Taču ir nepieciešama pielāgota iegulšana.

Jūs varat pievienot bibliotēkas IDE pārvaldniekam bibliotēkas, izmantojot dažādas metodes. Avota kodu veidā, kas rakstīts ar C ++, tiek pievienots atsevišķs direktorijs IDE apvalka darba direktorijā. Tagad nepieciešamo bibliotēku nosaukumi parādās konkrētā IDE izvēlnē. Tie, kurus jūs atzīmējat, tiks iekļauti saraksta sarakstā. IDE ir neliels iestatījumu skaits, un nav iespējams iestatīt kompilatoru smalkumus vispār. Tas tiek darīts tā, lai nezinādams cilvēks nedarītu nekādas kļūdas.

Ja lejupielādējāt bibliotēku, tad tas ir jāizsaiņo un vienkārši jāievieto IDE. Programmas tekstā ir komentāri, kas izskaidro tā darba principu. Jāatzīmē, ka visi Arduino pieteikumi darbojas ar to pašu tehnoloģiju: lietotājs nosūta pieprasījumu procesoram, un viņš savukārt lejupielādē nepieciešamo kodu ierīces ekrānā. Kad persona nospiež atsvaidzināšanas taustiņu, mikrokontrolleris nosūta informāciju. Katrai lapai ar īpašu apzīmējumu ir programmas kods, kas tiks parādīts ekrānā.

Nākamais darbību kopums ir klienta instalēšana personālajā datorā vai viedtālrunī. To var lejupielādēt internetā, Google Play tirgū vai no cita avota. Lai to izdarītu, jums ir jāatver fails, kuru lejupielādējāt, tad noklikšķiniet uz tā un parādītajā logā noklikšķiniet uz pogas “Instalēt”. Tajā pašā laikā jums jāapzinās, ka šim nolūkam ir jāaktivizē iespēja, kas ļauj instalēt programmas, kas nav no pakalpojuma Google Play. Lai iespējotu šo opciju, jums jāievada iestatījumu sadaļa un jāizvēlas vienums “Drošība”. Tas ir veids, kā aktivizēt atbilstošo opciju. Kad instalēšana ir pabeigta, varat aktivizēt programmu un konfigurēt to.

Izmantojot šo programmatūru, jūs varat ne tikai saņemt informāciju no sistēmas, bet arī pārvaldīt - piemēram, aktivizēt un deaktivizēt modinātāju. Ja opcija ir aktīva, tad, kad ir aktivizēts kustības sensors, programma saņems atbilstošu informāciju. Ņemiet vērā, ka Arduino aptaujā programmu aktivizē kustības sensoru ar 60 sekunžu intervāliem.

Nākamais savienojuma posms ir pārlūkprogrammas iestatīšana lietošanai ar „viedo māju”. Adreses rindā ir jāievada konkrēta secība, kas būs jūsu datora IP adrese. Pēc šīs darbības ieviešanas lietotājs varēs saņemt informāciju no „viedās mājas” un spējas to pārvaldīt.

Pēc tam varat turpināt darbu ar maršrutētāju. Tai vajadzētu atvērt ostu.

To var izdarīt, izmantojot šādu algoritmu:

• atvērtie iestatījumi;
• reģistrē Arduino mikrokontrollera adresi;
• atvērt astoņdesmito ostu.

Tagad jums ir nepieciešams izveidot kontu Noip portālā. com. Lai gan šis solis nav obligāts, ir nepieciešams, ja adresei ir jāpiešķir domēna vārds. Jums ir jāiet caur reģistrācijas procesu portālā www. troksnis. com, tad dodieties uz Add host kategoriju un norādiet IP sistēmu. Pēc šīs procedūras veikšanas būs iespējams piekļūt ne tikai IP, bet arī pēc domēna. Šajā laikā projekta izveide ir pabeigta, un jūs varat pārbaudīt sistēmu tā izpildei.

Ņemot vērā to, ka Arduino saderīgos komponentus ražo liels skaits ražotāju, un Arduino pati nevar kontrolēt produktus, lietotājs saskaras ar varbūtību, ka iegūs komponentu, kas darbosies, lai maigi, nepareizi. Kopumā šī situācija jau pastāv personālo datoru izveides segmentā. Ilgu laiku IBM atvēra savu personālo datoru arhitektūru, tāpēc dažādi uzņēmumi sāka ražot saderīgus datorus.

Tajā pašā laikā daļu kvalitāte un saderības pakāpe ir samazinājusies. Turpretī šī ir Apple politika, kas ievērojami ierobežoja to izstrādātāju skaitu, kuriem bija piekļuve tās arhitektūrai.

Dažu Adruino komponentu darbībā lietotāji atzīmēja šādas funkcijas.

• Uz vairākiem Arduino mikroprocesoru risinājumiem, kad relejs ir aizvērts, ir savienots ar COM portu. Šī iemesla dēļ mikrokontrolleris nevar ielādēt skici. Sākot šo procedūru, iekārta tiek pārstartēta. Visbiežāk interesanti ir tas, ka relejs noklikšķina, COM ports ir izslēgts, un skice netiek ielādēta.
• Mikrokontrollera darbības traucējumu vai koda kļūdas gadījumā labāk izmantot labi aizvērtus relejus, kuriem ar roku darbināmi slēdži ir savienoti sērijā.
• Durvju aizvēršanas sensors dažkārt var darboties nepareizi. Šī iemesla dēļ skice tiek veidota tā, lai sistēma veiktu vēlamo darbību, saņemot pāris signālus uzreiz.
• Ierīcei, kas atbild par ugunsgrēka trauksmi, vislabāk ir izmantot dūmu detektoru, nevis ugunsgrēka detektoru. Pēdējam ir trūkums - tā atklāj ugunsgrēku ne vairāk kā trīsdesmit centimetrus no sevis.

• Temperatūras sensora modelis DHT11, kas atrodas tā sauktajā standarta komplektā, rada nopietnu kļūdu divu līdz trīs grādu līmenī. Būvniecībā labāk izmantot DHT22 modeli, kas ir daudz precīzāks. Un ārpus loga ir labāk izmantot DHT21. Tas var strādāt pat pie nulles temperatūras un ir izturīgs pret mehāniskiem bojājumiem.
• Lai konfigurētu procesa vadību, izmantojot plaisas, daudzi lietotāji neapzināti uztver skaņas detektoru, nevis mikrofonu, kur ir manuāla tipa sliekšņa iestatījums. Šim nolūkam šī ierīce nav piemērota, jo tai ir salīdzinoši neliels darbības rādiuss. Un sensors pārraida signālus ar nelieliem laika impulsiem. Liela izmēra skices klātbūtnē, kuras apstrāde prasa laiku, mikrokontrolleris vienkārši nesaņem signālus.

Jāatzīmē, ka apskatāmās sistēmas procesu vizualizēšanai var izmantot digitālās displeja plates vai šķidro kristālu displeju. Taču šajā gadījumā tas nav labākais risinājums. Atsevišķa valsts apstrādes servera izmantošana vizualizācijai būs visefektīvākā. To var īstenot mezglā. js, kas ļauj īstenot jebkuru serveri. Protams, mēs runājam par Adruino valdes stāvokļa apstrādi.

Šī tehnoloģija tiek izmantota tā saukto lietiskā interneta uzdevumu veikšanai, tāpēc tā ir piemērota sistēmas automatizācijas vizualizēšanai. Jums tikai nepieciešams izveidot serveri un apstrādātāju JavaScript, tad būs viegli parādīt kopējo summu jebkuras ierīces pārlūkprogrammā. Kā aparatūras pamats, jūs varat izmantot to pašu mikrodatoru Raspberry Pi vai PC. Taču automatizācijas mehānisma iespējas ievērojami palielināsies. Piemēram, serverī atmiņas apjoms ir neierobežots, un servera programma var tikt veidota tā, lai tā pārvaldītu visu.

Ar šāda veida serveri jūs pat varat savienot lietas kopā. Ideja ir vizualizēt automātiskos procesus mājās, izmantojot mākoņpakalpojumus. Vēl viena iespēja ir saņemt informāciju un kontrolēt sistēmu, izmantojot SMS.

Fakts, ka šāda "gudra mājvieta" ir balstīta uz Arduino, skatiet šo videoklipu.