Inteligentny dom w oparciu o kontrolery Arduino: projektowanie i organizacja kontrolowanej przestrzeni

Rozwój narzędzi automatyzacji doprowadził do powstania złożonych systemów poprawiających jakość życia człowieka.Wielu znanych producentów elektroniki i środowisk oprogramowania oferuje gotowe, standardowe rozwiązania dla różnych obiektów.

Nawet niedoświadczony użytkownik może opracować samodzielne projekty i złożyć „inteligentny dom” wykorzystując Arduino pod swoje potrzeby. Najważniejsze to zrozumieć podstawy i nie bać się eksperymentować.

W tym artykule przyjrzymy się zasadzie tworzenia i głównym funkcjom zautomatyzowanego domu opartego na urządzeniach Arduino. Uwzględnimy także rodzaje zastosowanych płyt i główne moduły systemu.

Tworzenie systemów na platformie Arduino

Arduino to platforma do tworzenia urządzeń elektronicznych ze sterowaniem automatycznym, półautomatycznym lub ręcznym. Wykonany jest według zasady projektanta, z jasno określonymi zasadami współdziałania elementów. System ma charakter otwarty, co pozwala na udział w jego rozwoju zewnętrznym producentom.

Klasyczny «inteligentny dom» składa się z zautomatyzowanych bloków realizujących następujące funkcje:

• zbierać niezbędne informacje za pomocą czujników;
• analizować dane i podejmować decyzje za pomocą programowalnego mikroprocesora;
• wdrażaj podjęte decyzje, wydając polecenia różnym urządzeniom.

Platforma Arduino jest dobra właśnie dlatego, że nie jest przypisana do konkretnego producenta, ale pozwala konsumentowi wybrać komponenty, które mu odpowiadają. Ich wybór jest ogromny, dzięki czemu można zrealizować niemal każdy pomysł.

Polecamy sprawdzić najlepsze inteligentne urządzenia dla domu.

Aby dowiedzieć się jak współpracować z Arduino możesz zakupić Starter Kit na stronie producenta. Wymagana jest znajomość technicznego języka angielskiego, ponieważ dokumentacja nie jest zrusyfikowana

Oprócz różnorodności podłączonych urządzeń urozmaicenia dodaje środowisko programistyczne zaimplementowane w języku C++. Użytkownik może nie tylko korzystać z utworzonych bibliotek, ale także programować reakcję komponentów systemu na pojawiające się zdarzenia.

Elementy płyty głównej

Głównym elementem „inteligentnego domu” jest jedna lub więcej tablic centralnych (matek). Odpowiadają za interakcję wszystkich elementów. Dopiero po zidentyfikowaniu zadań do rozwiązania można przystąpić do wyboru głównego węzła systemu.

Płyta główna łączy w sobie następujące elementy:

• Mikrokontroler (procesor). Jego głównym zadaniem jest wyprowadzanie i pomiar napięcia na portach w zakresie 0-5 lub 0-3,3 V, przechowywanie danych i wykonywanie obliczeń.
• Programista (nie wszystkie płyty go posiadają). Za pomocą tego urządzenia do pamięci mikrokontrolera zapisywany jest program, według którego będzie działał „inteligentny dom”. Podłącza się go do komputera, tabletu, smartfona lub innego urządzenia za pomocą interfejsu USB.
• Regulator napięcia. Do zasilania całego systemu wymagane jest urządzenie o napięciu 5 V.

Pod marką Arduino produkowanych jest kilka modeli płytek.Różnią się między sobą kształtem (rozmiarem), liczbą portów i pojemnością pamięci. Na podstawie tych wskaźników musisz wybrać odpowiednie urządzenie.

Lepiej kupić do nich płytki i nakładki Arduino od producenta, gdyż są one lepszej jakości niż kompatybilne urządzenia produkowane w Chinach

Istnieją dwa typy portów:

• cyfrowy, które są oznaczone na tablicy literami "D";
• analog, które są oznaczone literą "A".

Dzięki nim mikrokontroler komunikuje się z podłączonymi urządzeniami. Każdy port może pracować zarówno w celu odbioru sygnału, jak i jego wysłania. Porty cyfrowe oznaczone „pwm” są przeznaczone do wprowadzania i wysyłania sygnału PWM (modulacja szerokości impulsu).

Dlatego przed zakupem płyty należy przynajmniej w przybliżeniu oszacować poziom jej obciążenia na różnych urządzeniach. Umożliwi to określenie wymaganej liczby portów wszystkich typów.

Należy rozumieć, że system inteligentnego domu niekoniecznie musi być podłączony do centrali opartej na jednej płycie głównej. Funkcje takie jak np. włączanie sztucznego oświetlenia w okolicy w zależności od pory dnia i utrzymywanie zapasu wody w zbiorniku są od siebie niezależne.

Z punktu widzenia zapewnienia niezawodności układu elektronicznego lepiej jest rozdzielić niepowiązane ze sobą zadania na różne bloki, co ułatwia koncepcja Arduino. Jeśli połączysz wiele urządzeń w jednym miejscu, może dojść do przegrzania mikroprocesora, konfliktu bibliotek oprogramowania oraz trudności w znalezieniu i wyeliminowaniu usterek oprogramowania i sprzętu.

Łączenie wielu różnych typów urządzeń do jednej płytki jest zwykle stosowane w robotyce, gdzie ważna jest kompaktowość. W przypadku „inteligentnego domu” lepiej jest wykorzystać do każdego zadania własną bazę

Każdy mikroprocesor jest wyposażony w trzy rodzaje pamięci:

• Pamięć flash. Pamięć główna, w której przechowywany jest kod programu zarządzającego systemem. Niewielką jego część (3-12%) zajmuje wbudowany program ładujący.
• SRAM. RAM, w którym przechowywane są tymczasowe dane niezbędne do uruchomienia programu. Charakteryzuje się dużą szybkością działania.
• EEPROM Wolniejsza pamięć, w której można również przechowywać dane.

Główna różnica między typami pamięci do przechowywania danych polega na tym, że po wyłączeniu zasilania informacje zapisane w SRAM zostają utracone, ale pozostają w EEPROM. Ale typ nieulotny ma również wadę - ograniczoną liczbę cykli zapisu. Warto o tym pamiętać tworząc własne aplikacje.

W przeciwieństwie do zastosowania Arduino w robotyce, większość zadań inteligentnego domu nie wymaga dużej ilości pamięci ani na programy, ani do przechowywania informacji.

Rodzaje płyt do montażu inteligentnego domu

Przyjrzyjmy się głównym rodzajom płyt, które są najczęściej wykorzystywane przy montażu systemów inteligentnego domu.

Widok nr 1 - Arduino Uno i jego pochodne

Najczęściej stosowane płytki w systemach inteligentnego domu to Arduino Uno i Arduino Nano. Mają wystarczającą funkcjonalność, aby rozwiązać typowe problemy.

Posiadanie pełnowymiarowych desek zasilanych napięciem 7-12 V zapewnia wiele korzyści. Przede wszystkim jest to możliwość długotrwałej autonomicznej pracy na standardowych bateriach lub akumulatorach

Główne parametry Arduino Uno Rev3:

• procesor: ATMega328P (8 bitów, 16 MHz);
• ilość portów cyfrowych: 14;
• w tym z funkcją PWM: 6;
• ilość portów analogowych: 6;
• pamięć flash: 32 KB;
• Pamięć RAM: 2 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Niedawno wypuszczono modyfikację - Uno Wi-Fi, która zawiera zintegrowany moduł ESP8266 pozwalający na wymianę informacji z innymi urządzeniami korzystającymi ze standardu 802.11 b/g/n.

Różnica pomiędzy Arduino Nano a jego większym odpowiednikiem polega na tym, że nie posiada on własnego gniazda zasilania 12 V. Ma to na celu osiągnięcie mniejszych rozmiarów urządzenia, co pozwala na łatwe ukrycie go na niewielkiej przestrzeni. Również w tych celach standardowe złącze USB zastępuje się chipem z kablem mini-USB. Arduino Nano ma o 2 porty analogowe więcej w porównaniu do Uno.

Istnieje kolejna modyfikacja płytki Uno - Arduino Mini. Jest jeszcze mniejszy od Nano i znacznie trudniejszy w obsłudze. Po pierwsze, brak portu USB stwarza problem z oprogramowaniem sprzętowym, ponieważ w tym celu będziesz musiał użyć konwertera USB-Serial. Po drugie, płyta ta jest bardziej wybredna, jeśli chodzi o zasilanie - konieczne jest zapewnienie napięcia wejściowego z zakresu 7-9 V.

Z opisanych powyżej powodów płytka Arduino Mini jest rzadko wykorzystywana do obsługi inteligentnego domu. Stosowane jest najczęściej albo w robotyce, albo przy realizacji gotowych projektów.

Widok nr 2 – Arduino Leonardo i Micro

Płytka Arduino Leonardo jest podobna do Uno, ale nieco mocniejsza. Kolejną interesującą cechą tego modelu jest to, że po podłączeniu do komputera jest on identyfikowany jako klawiatura, mysz lub joystick. Dlatego często wykorzystuje się go do tworzenia oryginalnych urządzeń do gier i symulatorów.

Tabela rozmiarów i wymiarów Uno, Leonardo i ich miniaturowych analogów. Twórcy nie kierowali się logiką w nazwach - „nano” powinno być najmniejsze

Główne parametry Arduino Leonardo przedstawiają się następująco:

• procesor: ATMega32u4 (8 bitów, 16 MHz);
• ilość portów cyfrowych: 20;
• w tym z funkcją PWM: 7;
• ilość portów analogowych: 12;
• pamięć flash: 32 KB;
• Pamięć RAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Jak widać z zestawienia parametrów, Leonardo posiada więcej portów, co pozwala na załadowanie tego modelu większą liczbą czujników.

Również dla Leonardo istnieje miniaturowy analog o absolutnie identycznych cechach, zwany Micro. Nie posiada zasilania 12V, a zamiast pełnego wejścia USB umieszczono chip na kabel mini-USB.

Modyfikacja Leonardo o nazwie Esplora jest modelem czysto gamingowym i nie nadaje się na potrzeby „inteligentnego domu”.

Widok nr 3 – Arduino 101, Arduino Zero i Arduino MKR1000

Czasami działanie systemów inteligentnego domu realizowanych w oparciu o Arduino wymaga dużej mocy obliczeniowej, której 8-bitowe mikrokontrolery nie są w stanie zapewnić. Zadania takie jak rozpoznawanie głosu czy obrazu wymagają w przypadku tego typu urządzeń szybkiego procesora i znacznej ilości pamięci RAM.

Do rozwiązania tego typu specyficznych problemów wykorzystywane są wydajne płytki działające w oparciu o koncepcję Arduino. Liczba portów, które posiadają, jest w przybliżeniu taka sama jak w przypadku płyt Uno lub Leonardo.

Arduino 101 ma takie same wymiary jak Uno czy Leonardo, ale waży prawie dwukrotnie więcej. Powodem tego jest obecność dwóch wejść USB i dodatkowych chipów

Arduino 101, jedna z najłatwiejszych w obsłudze, a jednocześnie wydajnych płytek, ma następujące cechy:

• procesor: Intel Curie (32 bity, 32 MHz);
• pamięć flash: 196 kB;
• Pamięć RAM: 24 KB;
• EEPROM: nie.

Dodatkowo tablica wyposażona jest w funkcjonalność BLE (Bluetooth Low Energy) z możliwością łatwego podłączenia gotowych rozwiązań, takich jak czujnik tętna, odbieranie informacji o pogodzie za oknem, wysyłanie wiadomości tekstowych itp. W urządzeniu zintegrowany jest także żyroskop i akcelerometr, jednak wykorzystywane są one głównie w robotyce.

Inna podobna płytka, Arduino Zero, ma następujące wskaźniki:

• procesor: SAM-D21 (32 bity, 48 MHz);
• pamięć flash: 256 kB;
• Pamięć RAM: 32 KB;
• EEPROM: nie.

Charakterystyczną cechą tego modelu jest obecność wbudowanego debugera (EDBG). Z jego pomocą znacznie łatwiej jest znaleźć błędy podczas programowania płytki.

Podczas pisania obszernego kodu nawet wysoko wykwalifikowany programista napotyka błędy. Aby je znaleźć, użyj debugera

Arduino MKR1000 to kolejny model odpowiedni do obliczeń dużej mocy. Posiada mikroprocesor i pamięć podobną do Zero. Główną różnicą jest obecność zintegrowanego chipa Wi-Fi z protokołem 802.11 b/g/n oraz chipa kryptograficznego obsługującego algorytm SHA-256 w celu ochrony przesyłanych danych.

Widok nr 4 - Mega modele rodzinne

Czasami konieczne jest zastosowanie dużej liczby czujników i sterowanie znaczną liczbą urządzeń. Jest to np. konieczne do automatycznej pracy rozproszonych systemów klimatyzacji, które utrzymują określoną temperaturę w poszczególnych strefach.

Dla każdego obszaru lokalnego należy monitorować odczyty dwóch czujników temperatury (drugi pełni funkcję kontrolną) i zgodnie z algorytmem wyregulować położenie przepustnicy, która określa ilość napływającego ciepłego powietrza.

Jeśli w domku jest więcej niż 10 takich stref, do sterowania całym systemem potrzeba więcej niż 30 portów. Oczywiście można używać kilku płytek typu Uno pod wspólną kontrolą jednej z nich, jednak stwarza to dodatkowe trudności w przełączaniu. W takim przypadku wskazane jest stosowanie modeli z rodziny Mega.

Rozmiar desek z rodziny Mega (101,5 x 53,4 cm) jest większy od wcześniej recenzowanych modeli. Jest to konieczność techniczna – inaczej nie da się umieścić takiej liczby portów

Płytka Arduino Mega oparta jest na dość prostym 8-bitowym mikroprocesorze 16 MHz aTMega1280.

Ma dużą ilość pamięci:

• pamięć flash: 128 KB;
• Pamięć RAM: 8 KB;
• EEPROM: 4 KB.

Ale jego główną zaletą jest obecność wielu portów:

• ilość portów cyfrowych: 54;
• w tym z funkcją PWM: 15;
• ilość portów analogowych: 16.

Deska ta ma dwie nowoczesne odmiany:

• Mega 2560 oparta jest na mikroprocesorze aTMega2560, charakteryzującym się dużą ilością pamięci flash - 256 KB;
• Mega ADK, oprócz mikroprocesora aTMega2560, wyposażona jest w interfejs USB z możliwością podłączenia do urządzeń opartych na systemie operacyjnym Android.

Model Arduino Mega ADK ma jedną cechę. Podczas podłączania telefonu do wejścia USB możliwa jest następująca sytuacja: jeśli telefon będzie wymagał ładowania, zacznie go „wyciągać” z płytki. Dlatego istnieje dodatkowy wymóg dotyczący źródła energii elektrycznej - musi ono zapewniać prąd o natężeniu 1,5 ampera. W przypadku zasilania z akumulatorów należy wziąć pod uwagę ten warunek.

Można wykonać autonomiczne zasilanie Arduino wykorzystując podłączone baterie lub akumulatory.Łącząc połączenia szeregowe i równoległe można osiągnąć pożądane napięcie i długi czas pracy

Due to kolejny model od Arduino, który łączy w sobie moc mikroprocesora z dużą liczbą portów.

Jego cechy są następujące:

• procesor: Atmel SAM3X8E (32 bity, 84 MHz);
• ilość portów cyfrowych: 54;
• w tym z funkcją PWM: 12;
• ilość portów analogowych: 14;
• pamięć flash: 512 KB;
• Pamięć RAM: 96 KB;
• EEPROM: nie.

Styki analogowe tej płytki mogą pracować zarówno w zwykłej rozdzielczości 10-bitowej dla Arduino, która została stworzona z myślą o kompatybilności z poprzednimi modelami, jak i w 12-bitowej, która pozwala otrzymać dokładniejszy sygnał.

Funkcje interakcji modułu poprzez porty

Wszystkie moduły, które będą podłączone do płytki posiadają co najmniej trzy wyjścia. Dwa z nich to przewody zasilające, tj. „masa”, a także napięcie 5 lub 3,3 V. Trzeci przewód jest logiczny. Przesyła dane do portu. Do łączenia modułów stosuje się specjalne przewody zgrupowane po 3 sztuki, zwane czasem zworkami.

Ponieważ modele Arduino mają zwykle tylko 1 port napięcia i 1-2 porty uziemienia, aby podłączyć kilka urządzeń, będziesz musiał albo przylutować przewody, albo użyć płytek stykowych.

Do płytki stykowej można podłączyć nie tylko zasilanie i porty płytki Arduino, ale także inne elementy, takie jak rezystancja, rejestry itp.

Lutowanie jest bardziej niezawodne i stosowane w urządzeniach narażonych na uderzenia fizyczne, takich jak tablice sterujące robotów i quadkopterów. W przypadku inteligentnego domu lepiej zastosować płytki rozwojowe, gdyż jest to łatwiejsze zarówno podczas montażu, jak i demontażu modułu.

Niektóre modele (na przykład Arduino Zero i MKR1000) mają napięcie robocze 3,3 V, więc jeśli na porty zostanie przyłożona większa wartość, płytka może zostać uszkodzona. Wszelkie informacje dotyczące zasilania dostępne są w dokumentacji technicznej urządzenia.

Płytki dodatkowe (tarcze)

Aby zwiększyć możliwości płyt głównych, stosuje się Shields - dodatkowe urządzenia rozszerzające funkcjonalność. Są produkowane dla określonej obudowy, co odróżnia je od modułów podłączanych do portów. Tarcze są droższe od modułów, ale praca z nimi jest łatwiejsza. Wyposażone są także w gotowe biblioteki z kodem, co przyspiesza tworzenie własnych programów sterujących dla inteligentnego domu.

Tarcze Proto i Sensora

Te dwie standardowe osłony nie dodają żadnej specjalnej funkcjonalności. Służą do bardziej kompaktowego i wygodnego łączenia dużej liczby modułów.

Proto Shield jest niemal kompletną kopią oryginału pod względem portów, a na środku modułu można wkleić płytkę rozwojową. Ułatwia to montaż konstrukcji. Takie dodatki istnieją dla wszystkich pełnowymiarowych płytek Arduino.

Proto Shield umieszcza się na górze płyty głównej. Zwiększa to nieznacznie wysokość konstrukcji, ale pozwala zaoszczędzić dużo miejsca w samolocie

Jeśli jednak urządzeń jest dużo (więcej niż 10), lepiej zastosować droższe tablice rozdzielcze Sensor Shield.

Nie mają płytki bradboard, ale wszystkie piny portów są indywidualnie zasilane i uziemiane. Dzięki temu unikniesz zaplątania się w przewody i zworki.

Powierzchnia płyty głównej i płytek czujników jest taka sama, ale na ekranie nie ma chipów, kondensatorów i innych elementów. Zwalnia to dużo miejsca na pełne połączenia.

Płyta ta posiada również złącza umożliwiające łatwe podłączenie kilku modułów: Bluetoots, kart SD, RS232 (port COM), radia i ultradźwięków.

Podłączenie funkcji pomocniczych

Tarcze z wbudowaną w nie funkcjonalnością przeznaczone są do rozwiązywania złożonych, ale typowych problemów. Jeśli potrzebujesz wdrożyć oryginalne pomysły, lepiej wybrać odpowiedni moduł.

Osłona silnika. Przeznaczony jest do sterowania prędkością i obrotami silników małej mocy. Oryginalny model wyposażony jest w jeden układ L298 i może sterować jednocześnie dwoma silnikami prądu stałego lub jednym serwomechanizmem. Dostępna jest również kompatybilna część innej firmy, która ma dwa chipy L293D z możliwością kontrolowania dwukrotnie większej liczby dysków.

Tarcza przekaźnika. Często stosowany moduł w systemach inteligentnego domu. Płytka z czterema przekaźnikami elektromechanicznymi, z których każdy umożliwia przepływ prądu o sile do 5A. To wystarczy, aby automatycznie włączać i wyłączać urządzenia kilowatowe lub linie oświetleniowe przeznaczone na prąd przemienny 220 V.

Osłona LCD. Umożliwia wyświetlanie informacji na wbudowanym ekranie, który można rozbudować do urządzenia TFT. Rozszerzenie to jest często wykorzystywane do tworzenia stacji pogodowych z odczytami temperatury w różnych pomieszczeniach mieszkalnych, budynkach gospodarczych, garażach, a także temperatury, wilgotności i prędkości wiatru na zewnątrz.

Tarcza LCD posiada wbudowane przyciski umożliwiające zaprogramowanie przewijania informacji oraz wybór akcji w celu wysłania poleceń do mikroprocesora

Tarcza rejestrowania danych. Głównym zadaniem modułu jest zapis danych z czujników na pełnoformatową kartę SD o pojemności do 32 Gb z obsługą systemu plików FAT32. Aby nagrywać na kartę micro SD należy zakupić adapter.Osłona ta może służyć jako magazyn informacji np. podczas nagrywania danych z rejestratora DVR. Wyprodukowany przez amerykańską firmę Adafruit Industries.

Osłona karty SD. Prostsza i tańsza wersja poprzedniego modułu. Wielu producentów produkuje takie rozszerzenia.

Osłona Ethernetu. Oficjalny moduł umożliwiający podłączenie Arduino do Internetu bez użycia komputera. Znajduje się w nim slot na kartę micro SD, która umożliwia nagrywanie i przesyłanie danych poprzez sieć WWW.

Tarcza Wi-Fi. Umożliwia bezprzewodową wymianę informacji z obsługą trybu szyfrowania. Służy do łączenia się z Internetem i urządzeniami, którymi można sterować poprzez Wi-Fi.

Tarcza GPRS. Moduł ten najczęściej służy do komunikacji inteligentnego domu z jego właścicielem za pośrednictwem telefonu komórkowego za pomocą wiadomości SMS.

Moduły inteligentnego domu

Podłączanie modułów zewnętrznych producentów i możliwość pracy z nimi przy wykorzystaniu wbudowanego języka programowania to główna zaleta otwartego systemu Arduino w porównaniu z „markowymi” rozwiązaniami inteligentnego domu. Najważniejsze jest to, że moduły mają opis odbieranych lub przesyłanych sygnałów.

Sposoby pozyskiwania informacji

Wprowadzanie informacji może odbywać się poprzez porty cyfrowe lub analogowe. Zależy to od rodzaju przycisku lub czujnika, który odbiera informacje i przesyła je do płytki.

W przypadku programu komputerowego sygnał cyfrowy odpowiada okresom z „0” i „1”, natomiast sygnał analogowy określa zakres wartości zgodnie z jego wymiarem

Sygnał do mikroprocesora może wysłać osoba, która wykorzystuje w tym celu dwie metody:

• Naciśnięcie przycisku (klawisza). Przewód logiczny w tym przypadku idzie do portu cyfrowego, który otrzymuje wartość „0” w przypadku zwolnienia przycisku i „1” w przypadku jego naciśnięcia.
• Obracanie nakrętki potencjometru obrotowego (rezystora). lub przesunięcie dźwigni silnika. W tym przypadku przewód logiczny idzie do portu analogowego. Napięcie przechodzi przez przetwornik analogowo-cyfrowy, po czym dane trafiają do mikroprocesora.

Przyciski służą do uruchomienia zdarzenia, na przykład włączenia i wyłączenia oświetlenia, ogrzewania lub wentylacji. Pokrętła obrotowe służą do zmiany intensywności - zwiększania lub zmniejszania jasności światła, głośności dźwięku czy prędkości obrotowej łopatek wentylatora.

Potencjometr to proste urządzenie, więc jest bardzo tani. Jego głównymi cechami są opór elektryczny i kąt obrotu

Czujniki służą do automatycznego określania parametrów środowiskowych lub źródła zdarzenia.

Do obsługi inteligentnego domu najbardziej potrzebne są następujące typy:

• Czujnik dźwięku. Cyfrowe wersje tego urządzenia służą do aktywowania wydarzenia za pomocą klaskania lub głosu. Modele analogowe pozwalają rozpoznawać i przetwarzać dźwięk.
• Czujnik światła. Urządzenia te mogą pracować zarówno w zakresie widzialnym, jak i podczerwonym. Ten ostatni może pełnić funkcję systemu ostrzegania o pożarze.
• Czujnik temperatury. Różne modele są stosowane w pomieszczeniach i na zewnątrz, ponieważ zewnętrzne są lepiej chronione przed wilgocią. Istnieją również urządzenia zdalne podłączone do przewodu.
• Czujnik wilgotności powietrza. Model DHT11 nadaje się do użytku w pomieszczeniach zamkniętych, natomiast droższy DHT22 do użytku na zewnątrz. Obydwa urządzenia mogą również zapewniać odczyty temperatury. Podłącz do portu cyfrowego.
• Czujnik ciśnienia powietrza. Barometry analogowe firmy Bosh sprawdziły się dobrze w pracy z płytkami Arduino: bmp180, bmp280. Mierzą także temperaturę.Model bme280 można nazwać stacją pogodową, ponieważ zapewnia również dodatkową wartość wilgotności.
• Czujniki ruchu i obecności. Stosowane są ze względów bezpieczeństwa lub do automatycznego włączania świateł.
• Czujnik deszczu. Reaguje na przedostawanie się wody na jego powierzchnię. Można go również wykorzystać do uruchomienia alarmu w przypadku nieszczelności instalacji wodno-kanalizacyjnej lub grzewczej.
• Czujnik prądu. Służą do wykrywania niedziałających urządzeń elektrycznych (przepalonych lamp) lub do analizy napięcia w celu zapobiegania przeciążeniom.
• Czujnik wycieku gazu. Służy do wykrywania i reagowania na zwiększone stężenia propanu.
• Czujnik dwutlenku węgla. Służy do oznaczania stężenia dwutlenku węgla w pomieszczeniach mieszkalnych oraz w pomieszczeniach specjalnych, np. piwnicach na wino, w których zachodzi fermentacja.

Istnieje wiele innych różnych czujników do określonych zadań, na przykład do pomiaru masy, prędkości przepływu wody, odległości, wilgotności gleby itp.

Niektóre czujniki, takie jak anemometr, który mierzy prędkość i kierunek wiatru, to złożone instrumenty elektromechaniczne

Wiele czujników i czujników można wykonać niezależnie, korzystając z prostszych komponentów. To będzie kosztować mniej. Ale w przeciwieństwie do korzystania z urządzeń szeregowych, będziesz musiał poświęcić czas na kalibrację.

Sterowanie urządzeniami i systemami

Oprócz gromadzenia i analizowania informacji „inteligentny dom” musi reagować na pojawiające się zdarzenia. Obecność zaawansowanej elektroniki w nowoczesnych sprzętach gospodarstwa domowego pozwala na bezpośredni dostęp do nich za pomocą Wi-Fi, GPRS lub EtherNet. Zazwyczaj systemy Arduino realizują przełączanie między mikroprocesorem a urządzeniami high-tech za pośrednictwem Wi-Fi.

Aby za pomocą Arduino włączyć klimatyzator, gdy w domu panuje wysoka temperatura, zablokować na noc telewizor i Internet w pokoju dziecięcym lub uruchomić kocioł grzewczy po przyjeździe właścicieli, należy wykonać trzy kroki:

1. Zainstaluj moduł Wi-Fi na płycie głównej.
2. Znajdź wolne kanały częstotliwości, aby uniknąć konfliktu systemu.
3. Zrozum polecenia urządzenia i działania programu (lub skorzystaj z gotowych bibliotek).

Oprócz „komunikowania się” z urządzeniami skomputeryzowanymi często pojawiają się zadania polegające na wykonywaniu pewnych czynności mechanicznych. Do płytki można podłączyć np. serwonapęd lub małą skrzynię biegów, która będzie z niego zasilana.

Serwonapęd składa się z silnika i kilku przekładni. Dlatego pomimo niskiego prądu (5 V) może wygenerować przyzwoitą moc, która wystarczy na przykład do otwarcia okna

W przypadku konieczności podłączenia wydajnych urządzeń zasilanych z zewnętrznego źródła zasilania stosuje się dwie możliwości:

1. Włączenie do obwodu przekaźnika.
2. Podłączenie wyłącznika zasilania i triaka.

Zawarte w obwodzie elektrycznym elektromagnetyczny Lub przekaźnik półprzewodnikowy zamyka i otwiera jeden z przewodów zgodnie z poleceniem pochodzącym z mikroprocesora. Ich główną cechą jest maksymalny dopuszczalny prąd (na przykład 40 A), który może przejść przez to urządzenie.

Jeśli chodzi o podłączenie wyłącznika zasilania (mosfet) dla prądu stałego i triaka dla prądu przemiennego, mają one niższy dopuszczalny prąd (5-15 A), ale mogą płynnie zwiększać obciążenie. W tym celu na płytach przewidziano porty PWM. Ta właściwość jest wykorzystywana podczas regulacji jasności oświetlenia, prędkości wentylatora itp.

Za pomocą przekaźników i wyłączników zasilania możesz w pełni zautomatyzować wszystkie obwody elektryczne w domu i uruchomić generator w przypadku braku prądu. Dlatego w oparciu o Arduino możliwa jest realizacja autonomicznego wyposażenia mieszkania lub budynku, uwzględniającego wszystkie szczególnie istotne funkcje - ogrzewanie, wodociągową, kanalizacyjną, wentylacyjną i bezpieczeństwa.

Chcesz, żeby Twój dom stał się mądrzejszy, ale z programowaniem dla „Ciebie”? W takim przypadku polecamy zajrzeć do gotowych rozwiązań Xiaomi i Apple, które są łatwe w instalacji i konfiguracji nawet dla początkującego. Możesz także ustawiać polecenia i kontrolować ich realizację nawet ze swojego smartfona.

Więcej o inteligentnym domu od Xiaomi i Apple przeczytasz w poniższych artykułach:

• Inteligentny dom Xiaomi: cechy konstrukcyjne, przegląd głównych komponentów i elementów roboczych
• Inteligentny dom Apple: subtelności organizacji systemów sterowania domem firmy Apple

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Przykład samodzielnego montażu podstawowego przedmiotu dla „inteligentnego domu”:

Otwartość platformy Arduino pozwala na wykorzystanie komponentów różnych producentów. Ułatwia to zaprojektowanie „inteligentnego domu” dostosowanego do potrzeb użytkownika. Dlatego też, jeśli posiadasz choćby drobną wiedzę z zakresu programowania i podłączania urządzeń elektronicznych, warto zwrócić uwagę na ten system.

Czy znasz platformę Arduino w praktyce i chcesz podzielić się swoimi doświadczeniami z nowicjuszami w tej kwestii? A może chciałbyś uzupełnić powyższy materiał przydatnymi rekomendacjami lub komentarzami? Napisz swoje uwagi pod tą publikacją.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące projektowania systemu automatycznego domu opartego na Arduino, zadaj je naszym ekspertom i innym osobom odwiedzającym witrynę w bloku poniżej.