Wat is een "smart home" op basis van de Arduino?

Onlangs dringen steeds meer innovatieve technologieën door in verschillende sferen van ons leven. Het gebruik ervan kan het comfort aanzienlijk verbeteren en bespaart iemands tijd op verschillende taken. Vandaag zullen we het hebben over het onderwerp 'slimme huizen' en vertellen over hun kenmerken, voordelen, nadelen en technologie van creatie.

Als u de term 'slimme woning' begrijpt, is de dichtstbijzijnde 'analoge automatisering' voor de meeste mensen de uitdrukking 'domotica'.De betekenis van dergelijke dingen is om de automatische implementatie van verschillende processen die plaatsvinden in de kamer te garanderen. Een dergelijk mechanisme kan niet alleen worden gebruikt in woongebouwen, maar ook in kantoren, maar ook in verschillende gespecialiseerde faciliteiten.

De eerste functie die moet worden genoemd, is de mogelijkheid om een ​​systeem als een ontwerper te verzamelen. Het vertegenwoordigt de aanwezigheid van een centraal element op het Arduino-platform, vertegenwoordigd door een centrale controller, waar alle informatie van de verschillende systemen die in het huis zijn geïnstalleerd, stroomt. En voor zover mogelijk is het toegestaan ​​om nieuwe componenten aan het systeem toe te voegen - om het licht in verschillende kamers te regelen, de eigenaar op de hoogte te stellen van het optreden van verschillende onvoorziene situaties, de klimatologische omstandigheden te bewaken, technische mechanismen te bewaken.

Maar er moet begrepen worden dat er geen duidelijke ideeën zijn, welke componenten en mechanismen er in zo'n systeem zouden moeten zitten. Dat wil zeggen, het is een concept, geen specifiek product. Indien nodig kunt u een systeem plaatsen en de rest niet. Dat wil zeggen, we beginnen met iets kleins en, indien nodig, verhogen we de functionaliteit van het huis, en krijgen we nieuwe kansen op het gebied van woningbeheer. Een van de belangrijkste kenmerken is de mogelijkheid om verlichting op een intelligente manier te regelen. Het gebruik van een dergelijk systeem in het dagelijks leven kan middelen aanzienlijk besparen, omdat de verlichting alleen wordt ingeschakeld als iemand zich in een kamer bevindt.

De volgende functie is de klimaatregeling voor binnen. Het beschreven mechanisme is even belangrijk. Zo is automatisering van de verwarming van groot belang, niet alleen om te besparen in het koude seizoen, maar ook om de verwarming op het juiste moment in te schakelen, omdat het niet altijd mogelijk is om de verwarming actief te maken met een sterke temperatuurdaling.Als u op basis van de ketel autonoom verwarmt, dan worden, als er in een noodgeval thermische sensoren en een bewakingssysteem voor de gasstroom aanwezig zijn, de eigenaar hiervan op de hoogte gebracht en kan deze snel reageren in realtime.

Een ander voordeel is de technische uitrusting van verschillende systemen. Met de installatie van de automatisering krijgt de eigenaar van het huis de gelegenheid om verschillende acties uit te voeren: de jaloezieën verlagen, het tv-scherm of de mediaspeler inschakelen. Door deze en andere systemen met een gemeenschappelijk mechanisme te verbinden, kunt u de voorwaarden voor het activeren van een apparaat creëren door op slechts één toets te drukken.

De volgende functie is het beveiligingssysteem. Het mechanisme van "smart home" verhoogt naar een nieuw niveau bescherming tegen inbraak in het huis van ongenode gasten in afwezigheid van de eigenaars. Het huis is eenvoudig getransformeerd in een bijna onneembare object. Bovendien kan het systeem het effect van thuis zijn nabootsen door het licht aan en uit te schakelen, en de bewakingscamera's geven actuele informatie door aan de eigenaar over de activiteit in het huis of de omgeving, waardoor er geen bescherming wordt geboden.Het systeem heeft een aantal andere middelen die de dader indien nodig zullen neutraliseren.

En de laatste functie waarover ik wil zeggen, is eenvoudige en betaalbare controle. Ondanks zijn enorme functionaliteit kan het beschreven systeem zelfs door een kind worden gecontroleerd. Meestal wordt hiervoor een kleine afstandsbediening met traditionele schakelaars en speciale panelen gebruikt. Bovendien kunnen de mechanismen worden bestuurd vanaf een pc of mobiel apparaat. En de laatste jaren worden oplossingen geïntroduceerd, evenals spraakbesturing. Zoals u kunt zien, heeft een dergelijk systeem veel functies waardoor het een uitstekende geïntegreerde oplossing is voor thuis of voor elk ander object.

Vandaag een groot aantal aanpassingen en complete sets op basis van Arduino, waar het betreffende systeem kan worden geïmplementeerd. Een groot aantal bedrijven die dergelijke mechanismen produceren, maken controllers al met ingebouwde Wi-Fi- en Bluetooth-systemen, wat het mogelijk maakt om het systeem binnen het pand via een mobiel systeem te bedienen. Er zijn ook oplossingen waarbij het beheer wordt uitgevoerd via een Ethernet-type interface, het is een bekabelde methode waarbij glasvezelkabels worden gebruikt via een lokaal thuisnetwerk.Vaak worden er switches aan dergelijke oplossingen toegevoegd, evenals wifi-routers, waarmee draadloze verbindingen mogelijk zijn, tenzij de controller zelf anders bepaalt.

De aansluiting van conventionele handmatige schakelaars kan op de centrale controller op twee manieren worden uitgevoerd:

• gebruik van elektrische bedrading;
• door draadloze technologie.

Zoals u kunt zien, zijn er een groot aantal componenten van het "slimme huis".

Gewoonlijk bestaat het systeem uit de volgende knooppunten, die kunnen worden weergegeven door verschillende soorten apparaten:

• een centrale systeembesturing, gewoonlijk gerepresenteerd door het hoofdknooppunt, evenals discrete modulator-uitgangsinvoer;
• Uitbreidings- en communicatie-apparaten, waaronder routers, verschillende switches, evenals GPS- en GPRS-modules;
• apparaten die verantwoordelijk zijn voor het schakelen van elektrische circuits - relais, dimmers en voedingen;
• prestatie-inrichtingen - verschillende soorten kleppen (water, gas);
• onderdelen voor systeembeheer - touchpanels, tablets, persoonlijke digitale assistenten en consoles;
• verschillende meetdelen - apparaten, sensoren en sensoren (we hebben het over sensoren van licht, temperatuur en beweging).

Bij het selecteren van apparatuur voor een op Arduino gebaseerd mechanisme, is het noodzakelijk om rekening te houden met welke methode van informatieoverdracht het specifieke systeem zal gebruiken. Als voorbeeld is het mogelijk om een ​​vrij algemene standaard EIB \ KNX te geven. Hier worden meestal stroomnetwerken, computernetwerken en ook radiozenders gebruikt. Tegelijkertijd is er een standaard X10, waarbij gewone gewone AC-netten met een spanning van 230 volt worden gebruikt om informatie te verzenden.

Over de deugden gesproken van een op Arduino gebaseerd slim huis, De volgende punten moeten worden opgemerkt.

• Grote kansen in termen van het opzetten van het werk van het hele mechanisme. Dat wil zeggen dat de gebruiker zelfstandig een programma kan schrijven dat algoritmen van verschillende niveaus van complexiteit kan uitvoeren.
• Indien gewenst kan het systeem autonoom werken vanwege de aanwezigheid van een eigen controller.
• Het downloaden van een programma is eenvoudig omdatdat de programmeur hiervoor niet nodig is, maar alles gebeurt via een USB-interface, omdat de bootloader eenvoudig in de microcontroller wordt geïnstalleerd.
• Vrij lage prijscomponenten van het systeem. Dit komt door het feit dat verschillende fabrikanten geen exclusieve rechten hebben. Om deze reden is de Arduino-architectuur geclassificeerd als open.

• De aanwezigheid van open source-code, waarmee de gebruiker het mechanisme van een smart home rechtstreeks kan regelen.
• Toegankelijkheid is dat de gebruiker kiest welke sensoren en mechanismen hij nodig heeft.
• Veelzijdigheid en de mogelijkheid om de meest interessante ideeën te implementeren. Er zijn geen instructies of normen voor wat een op Arduino gebaseerd smart home zou moeten zijn. Dit betekent dat de gebruiker het systeem naar wens kan maken, omdat de eigenaar niet beperkt is tot het installeren van sensoren in de slaapkamer of keuken.
• De mogelijkheid van een zelf-firmware-lader.
• De aanwezigheid van een pin-connector voor Arduino-processorborden, waarmee in het systeem kan worden geprogrammeerd.

Zoals elk mechanisme, dit systeem heeft enkele nadelen.

• Ondanks de openheid van het systeem, om het onder de knie te krijgen en met succes te gebruiken, hebt u kennis nodig van een aantal specifieke gebieden, waaronder programmeren, repareren en elektronica.
• De noodzaak om een ​​aanzienlijke hoeveelheid tijd te besteden aan het implementeren en aanpassen van uw eigen project, omdat elk project inherent uniek is en weinig meer kan doen dan andere.
• Moeilijkheden bij de directe configuratie van Arduino vanwege het feit dat dit mechanisme werkt met slechts een klein aantal besturingssystemen.
• Het bestaan ​​van de waarschijnlijkheid van softwarefouten, wat kan leiden tot problemen of inoperabiliteit van een team. Om deze reden is het noodzakelijk om van tijd tot tijd een diagnose te stellen van de gezondheid van de apparatuur.

• Straling van verschillende typen, die onvermijdelijk zijn met dit besturingsalgoritme.
• De noodzaak om ruimte toe te wijzen aan een speciale kast waar extra apparatuur en draden zullen worden geplaatst.
• Als de besturing via internet wordt uitgevoerd, kunnen de gegevens die tussen de componenten van het mechanisme worden verzonden, worden onderschept door indringers.Een gedeeltelijke oplossing voor het probleem is een exclusief beveiligde verbinding. Maar om ervoor te zorgen dat er veel geld geïnvesteerd moet worden in de modernisering van apparatuur.

Het creëren van een systeem van smart home op basis van Arduino begint met het maken van het project. Als u het ontwikkelt, moet u precies weten welke functies en taken het systeem moet uitvoeren.

Gewoonlijk omvat een project op basis van de Arduino Uno-oplossing de volgende taken.

• Bewaken van de weersomstandigheden buiten het raam en de kamertemperatuur en, als een resultaat, een adequaat antwoord op hun verandering. Het apparaat wordt gewoonlijk een element van een verenigd systeem, samen met verwarmings-, ventilatie-apparaten en andere apparaten.
• Toezicht houden op de toestand van ramen en deuren - ze zijn gesloten of open.
• Genereer een geluid wanneer de bewegingssensor is geactiveerd, als de alarmfunctie actief is.
• Automatische besturing van huishoudelijke apparaten.
• Controle van het elektriciteitsverbruik, dankzij de automatische aansluiting en uitschakeling van verlichtingsapparatuur.
• Brandveiligheid.Het mechanisme geeft de eigenaar een signaal over de aanwezigheid van vuur of rook in de kamer. Als een geavanceerd systeem wordt ontwikkeld, kan het zelfs brandweermannen oproepen.

• De hal. Het is noodzakelijk om het licht automatisch aan te zetten wanneer het buiten donker wordt, en om een ​​bewegingsdetectiemechanisme te creëren. 'S Nachts wordt het gemiddelde stroomlampje meestal geactiveerd, wat geen ongemak voor familieleden zou veroorzaken.
• Kitchen. Het activeren en deactiveren van verlichting in de keuken gebeurt meestal handmatig. Ontkoppeling kan automatisch zijn als niemand lang in de kamer heeft rondgelopen. Als het systeem detecteert dat een persoon begint te koken, wordt de kap automatisch ingeschakeld.
• De veranda. De activering van verlichtingsapparatuur kan worden uitgevoerd wanneer de deur wordt geopend wanneer een persoon het gebouw verlaat of wanneer de eigenaar het huis nadert als het al donker buiten is.
• Room. De opname van lichtapparaten wordt handmatig uitgevoerd, hoewel indien nodig, en de aanwezigheid van een bewegingssensor, de activering in de automatische modus kan worden uitgevoerd.

• Badkamer. Over deze ruimte gesproken, laten we zeggen dat het hier meestal gaat om het beheren van een ketel. Het heeft zelf een aan / uit-schakelaar wanneer het apparaat uitschakelt wanneer het een bepaalde watertemperatuur bereikt. Het beheer van de kachel zal worden uitgevoerd afhankelijk van de automatisering die beschikbaar is. Ook kunt u bij de ingang van de badkamer het licht inschakelen en de uitlaat activeren.

Nadat alle hierboven beschreven punten zo duidelijk mogelijk zijn geworden, wordt de technische taak voorbereid, waarbij de klant wijzigingen aanbrengt. Wanneer de definitieve versie wordt gemaakt, zal dit de basis vormen voor de vorming van de ramingdocumentatie voor de werken van het projecttype.

Meestal bestaat het project uit de volgende componenten:

• een toelichtend document dat de verschillende subsystemen beschrijft;
• lay-out van besturingsapparaten;
• schematisch plan van kabelbanen;
• het project om apparaten in de lockers van automatisering te plaatsen;
• basisopties voor het aansluiten van apparaten in dergelijke kasten;
• aansluitplannen;
• kabelmagazine;
• verschillende specificaties.

Bovendien wordt in het stadium van de vorming van het project de prijs van het "slimme huis" berekend.

De prijs is afhankelijk van dergelijke factoren:

• aantal apparaten;
• geselecteerde apparatuur en subsystemen.

Het moet gezegd dat de stadia van het creëren van een "smart home" -systeem met de betrokkenheid van specialisten of met hun eigen handen hetzelfde zullen zijn. In het laatste geval kost de kant-en-klare versie in zijn geheel echter aanzienlijk minder dan wanneer deze specialisten aantrekt die al ontbreken op de markt. Om deze reden zijn hun salarissen geschikt, wat betekent dat als u geen extra geld wilt uitgeven, u het alleen kunt doen. Dus laten we beginnen met de componenten voor dit systeem, als je besloten hebt om het zelf te maken.

Als we praten over de systeemconfiguratie, De technologie zal de volgende componenten bevatten:

• bewegingssensor;
• temperatuur- en vochtigheidssensor;
• lichtsensor;
• een paar temperatuursensoren met DS18B20-markering;
• Ethernetmoduulmerk ENC28J60;
• microfoon;
• reed-schakelaar;
• relais;
• twisted pair-kabel;
• Ethernet-kabel;
• een weerstand met een weerstand van 4,7 kilo;
• microprocessor bord Arduino.

Het moet gezegd worden dat het slimme huis uitsluitend met LED-verlichting moet worden uitgerust, omdat de gebruikelijke opties eenvoudigweg niet bestand zijn tegen veel spanning. Wanneer het project klaar is en alle benodigde onderdelen al zijn gekocht, moet u beginnen met het aansluiten van sensoren en controllers. Dit moet uitsluitend worden gedaan volgens het schema dat eerder is gemaakt. Contacten moeten volledig geïsoleerd zijn.

Kortom, stap voor stap ziet het verbindingsalgoritme er als volgt uit:

• installatie code;
• het opzetten van een applicatie voor pc of mobiel;
• port forwarding;
• implementatie van softwaretests en sensoren;
• probleemoplossing als ze tijdens het testen werden gedetecteerd.

Dus laten we beginnen met het installeren van de code.

Eerst moet de gebruiker de software in de Arduino IDE schrijven. Het presenteert:

• teksteditor;
• project maker;
• compilatieprogramma;
• preprocessor;
• tool voor het downloaden van software naar de Arduino mini-processor.

Er moet gezegd worden dat er softwareversies zijn voor de besturingssystemen van de hoofdcomputer - Windows, Linux, Mac OS X. Als we het hebben over de gebruikte programmeertaal, dan hebben we het over C ++ met een aantal vereenvoudigingen. Programma's geschreven door gebruikers voor Arduino worden meestal schetsen genoemd. Het systeem maakt automatisch een aantal functies aan en de gebruiker hoeft zijn schrijfproces niet te begrijpen, en schrijft een lijst met veelvoorkomende acties voor. Het is ook niet nodig om bestanden toe te voegen van het header-type van gewone bibliotheken. Maar aangepaste insluiting is noodzakelijk.

U kunt bibliotheken toevoegen aan de project-IDE-manager met behulp van verschillende methoden. In de vorm van broncodes, geschreven in C ++, wordt toegevoegd aan een aparte map in de werkdirectory van de IDE-shell. Nu verschijnen de namen van de vereiste bibliotheken in een specifiek IDE-menu. Degenen die u markeert, worden opgenomen in de compilatielijst. De IDE heeft een klein aantal instellingen en er is helemaal geen mogelijkheid om de subtiliteiten van de compiler in te stellen. Dit wordt gedaan zodat een onwetende persoon geen fouten maakt.

Als u de bibliotheek hebt gedownload, moet deze worden uitgepakt en eenvoudig in de IDE worden ingevoegd. In de programmeertekst staan ​​opmerkingen die het principe van zijn werk toelichten. Opgemerkt moet worden dat alle applicaties op de Arduino op dezelfde technologie werken: de gebruiker stuurt een verzoek naar de processor en downloadt op zijn beurt de benodigde code op het scherm van het apparaat. Wanneer iemand op de toets Vernieuwen drukt, verzendt de microcontroller informatie. Elk van de pagina's met een specifieke aanduiding is een programmacode die op het scherm wordt weergegeven.

De volgende reeks acties is om de client op een pc of smartphone te installeren. U kunt het downloaden op internet, op Google Play Market of vanuit een andere bron. Om dit te doen, moet je het bestand openen op de telefoon die je hebt gedownload, klik erop en klik in het verschenen venster op de knop "Installeren". Tegelijkertijd moet u weten dat de optie voor dit doel moet worden geactiveerd, waardoor u software kunt installeren die niet afkomstig is van de Google Play-service. Om deze optie in te schakelen, moet u het gedeelte Instellingen openen en daar het item 'Beveiliging' selecteren.Dit is de manier om de corresponderende optie te activeren. Wanneer de installatie is voltooid, is het mogelijk om de applicatie te activeren en te configureren.

Met deze software kunt u niet alleen informatie van het systeem ontvangen, maar ook beheren - bijvoorbeeld het alarm activeren en deactiveren. Als de optie actief is, ontvangt het programma de juiste informatie wanneer de bewegingssensor is geactiveerd. Merk op dat de Arduino het programma controleert om de bewegingssensor met tussenpozen van 60 seconden te activeren.

De volgende verbindingsfase is het instellen van het browserprogramma voor gebruik met de "smart home". In de adresregel moet u een specifieke reeks invoeren, wat het IP-adres van uw computer zal zijn. Nadat deze actie is voltooid, kan de gebruiker informatie ontvangen van het "slimme huis" en de mogelijkheid om het te besturen.

Daarna kunt u doorgaan met werken met de router. Het zou de poort moeten openen.

U kunt dit doen met behulp van het volgende algoritme:

• open instellingen;
• registreer het adres van de Arduino microcontroller;
• open de poort van de tienduizendste.

Nu moet je een account instellen op de Noip-portal. com.Hoewel deze stap optioneel is, is er een noodzaak voor als het adres een domeinnaam moet krijgen. U moet het registratieproces op de portal doorlopen www. No-IP. com, ga dan naar de categorie Host toevoegen en specificeer het IP-systeem. Na het doorlopen van deze procedure is het mogelijk om toegang te krijgen, niet alleen via IP, maar ook per domein. Hierna is de formatie van het project voltooid en kunt u het systeem controleren op zijn prestaties.

Aangezien componenten die compatibel zijn met Arduino door een groot aantal fabrikanten worden geproduceerd en Arduino zelf geen producten kan besturen, wordt de gebruiker geconfronteerd met de kans een component te kopen die, op zijn zachtst gezegd, niet correct werkt. Over het algemeen bestaat deze situatie al in het segment van het maken van pc's. Een lange tijd geleden heeft IBM de architectuur van zijn personal computers opengemaakt, vandaar dat verschillende bedrijven compatibele computers begonnen te produceren.

Tegelijkertijd zijn de kwaliteit van onderdelen en de mate van compatibiliteit gedaald. Dit is echter het beleid van Apple, dat het aantal ontwikkelaars dat toegang had tot zijn architectuur aanzienlijk beperkt.

Gebruikers noteerden de volgende functies bij de bediening van een aantal Adruino-componenten.

• Op een aantal Arduino-microprocessoroplossingen breekt een COM-type poort wanneer een gesloten relais is aangesloten. Om deze reden kan de microcontroller de schets niet laden. Wanneer u deze procedure start, wordt de apparatuur opnieuw opgestart. Het meest interessante is dat het relais een klik maakt, de COM-poort is uitgeschakeld en de schets niet laadt.
• In geval van een storing van de microcontroller of het optreden van een codefout, is het beter om goed gesloten relais te gebruiken waarop handbediende schakelaars in serie zijn geschakeld.
• De sensor voor het sluiten van de deur kan soms vals werken. Om deze reden is de schets zo gemaakt dat het systeem de gewenste actie uitvoert wanneer een paar signalen tegelijkertijd worden ontvangen.
• Voor een apparaat dat verantwoordelijk is voor brandalarm, is het het beste om een ​​rookmelder te gebruiken in plaats van een brandmelder.De laatste heeft een fout - het detecteert vuur niet verder dan dertig centimeter van zichzelf.

• Het temperatuursensormodel DHT11, dat wordt geleverd in de zogenaamde standaardset, geeft een ernstige fout op het niveau van twee tot drie graden. In de constructie is het beter om het model DHT22 te gebruiken, wat veel nauwkeuriger is. En buiten het raam is het beter om DHT21 te gebruiken. Het werkt zelfs bij temperaturen onder het vriespunt en is bestand tegen mechanische schade.
• Voor het configureren van procesbesturing met behulp van klappers, nemen een aantal gebruikers onbewust een geluidsdetector in plaats van een microfoon, waarbij er een drempelinstelling van het handmatige type is. Voor dergelijke doeleinden is dit apparaat niet geschikt vanwege het feit dat het een relatief kleine actieradius heeft. Ja, en de sensor verzendt signalen met kleine tijdpulsen. In aanwezigheid van een grote schets, waarvan de verwerking tijd kost, neemt de microcontroller eenvoudig de signalen niet op.

Er dient te worden opgemerkt dat voor de visualisatie van processen in het beschouwde systeem digitale weergaveborden of een vloeibaar-kristalbeeldscherm kunnen worden gebruikt. Maar dit is niet de beste optie in dit geval. Het gebruik van een aparte server voor statusverwerking voor visualisatie is het meest effectief. Het kan worden geïmplementeerd op knooppunt. js, waarmee u elke server kunt implementeren. Natuurlijk hebben we het over de verwerking van de staten van het Adruino-bord.

Deze technologie wordt gebruikt om de taken van het zogenaamde Internet of Things uit te voeren, en daarom is het geschikt voor het visualiseren van systeemautomatisering. U hoeft alleen maar een server en handler in JavaScript aan te maken, dan is het eenvoudig om het totaal in de browser van elk apparaat weer te geven. Als hardware-basis kunt u dezelfde microcomputer Raspberry Pi of pc gebruiken. Maar de mogelijkheden van het automatiseringsmechanisme zullen aanzienlijk toenemen. Op de server is bijvoorbeeld de hoeveelheid geheugen onbeperkt en kan het serverprogramma zo worden gemaakt dat alles wordt beheerd.

Met dit type server kun je zelfs dingen aan elkaar koppelen. Het gaat over het visualiseren van de automatische processen thuis met behulp van cloudservices.Een andere optie is om informatie te ontvangen en het systeem via sms te bedienen.

Het feit dat zo'n "smart home" op basis van de Arduino, zie de volgende video.