Què és una "casa intel·ligent" basada en l'Arduino?

Recentment, cada vegada hi ha més tecnologies innovadores que entren en diverses esferes de la nostra vida. El seu ús pot millorar significativament la comoditat i estalvia el temps d’una persona en diverses tasques. Avui tocarem el tema de les anomenades "cases intel·ligents" i explicarem les seves característiques, avantatges, desavantatges i tecnologia de la creació.

Si enteneu el terme "casa intel·ligent", llavors l’anàleg més proper, que serà clar per a la majoria de la gent, és l’expressió "domòtica". El significat d’aquestes coses és garantir l’implementació automàtica dels diferents processos que es produeixen a l’habitació. Aquest mecanisme es pot utilitzar no només en edificis residencials, sinó també en oficines, així com en diverses instal·lacions especialitzades.

La primera característica que cal esmentar serà la possibilitat de recollir un sistema com un dissenyador. Representa la presència d’un element central a la plataforma Arduino, representat per un controlador central, on flueix tota la informació dels diferents sistemes instal·lats a la casa. I, en la mesura del possible, és possible afegir nous components al sistema: controlar la llum en diferents sales, notificar al propietari sobre la presència de diverses situacions imprevistes, controlar les condicions climàtiques, supervisar els mecanismes d’enginyeria.

Però s’hauria d’entendre que no hi ha idees clares, quins components i mecanismes haurien d’estar en aquest sistema. És a dir, és un concepte, no un producte específic. Si és necessari, podeu posar-ne un, i la resta no. És a dir, vam començar amb alguna cosa petita i, si cal, augmentem la funcionalitat de la casa, obtenint noves oportunitats en el camp de la gestió de l'habitatge. Una de les característiques més significatives és la capacitat de control intel·ligent de la il·luminació. L’ús d’aquest sistema en la vida quotidiana pot estalviar seriosament recursos, ja que la il·luminació només s’activa quan una persona es troba en una habitació.

La següent funció és el control del clima interior. El mecanisme descrit és igualment important. Per exemple, l'automatització de la calefacció serà molt important no només per estalviar en la temporada de fred, sinó també per encendre la calefacció en el moment adequat, ja que no sempre és possible fer-la activa amb una forta disminució de la temperatura. Si teniu una calefacció autònoma basada en la caldera, si hi ha sensors tèrmics i un mecanisme de control de flux de gas en cas d'emergència, se us notificarà al propietari i podrà respondre-hi ràpidament en temps real.

Un altre avantatge és l’equipament tècnic de diversos sistemes. Amb la instal·lació de l'automatització, el propietari de la casa té l'oportunitat de realitzar diverses accions: baixar les persianes, encendre la pantalla del televisor o el reproductor multimèdia.En connectar aquests i altres sistemes a un mecanisme comú, en realitat podeu crear les condicions per a l’activació d’un dispositiu prement només una tecla.

La següent característica és el sistema de seguretat. El mecanisme de la "llar intel·ligent" planteja a un nivell nou la protecció contra la intrusió a la casa dels hostes no convidats en absència dels propietaris. La casa es transforma simplement en un objecte gairebé inexpugnable. A més, el sistema pot imitar l'efecte d'estar a la casa encenent i apagant la llum, i les càmeres de vigilància transmeten a l'amfitrió informació actualitzada sobre l'activitat de la casa o la zona circumdant, cosa que estalvia la protecció. El sistema té altres mitjans que neutralitzaran el delinqüent, si cal.

I l’última característica que vull dir és un control senzill i assequible. Malgrat la seva gran funcionalitat, el sistema descrit pot ser controlat fins i tot per un nen. Normalment es fa servir un petit control remot amb commutadors tradicionals i panells especials. A més, els mecanismes es poden controlar des d’un PC o dispositiu mòbil. I en els últims anys s'estan introduint solucions i control de veu. Com podeu veure, aquest sistema té moltes funcions que el converteixen en una excel·lent solució integrada per a la llar o qualsevol altre objecte.

Avui, un gran nombre de modificacions i conjunts complets basats en Arduino, on es pot implementar el sistema en qüestió. Un gran nombre d’empreses que fabriquen aquests mecanismes fan que els controladors ja tinguin sistemes Wi-Fi i Bluetooth integrats, cosa que permet controlar el sistema a les instal·lacions a través d’un mòbil. També hi ha solucions on la gestió es realitza a través d’una interfície de tipus Ethernet, és un mètode de cable que utilitza cables de fibra òptica a través d’una xarxa local de tipus local. Els commutadors se solen afegir a aquestes solucions, així com als enrutadors Wi-Fi, que permeten la connexió sense fils, llevat que el controlador mateix proporcioni una altra cosa.

La connexió dels interruptors manuals convencionals es pot dur a terme en el controlador central mitjançant dos mètodes:

• utilitzant cablejat elèctric;
• mitjançant tecnologia sense fils.

Com podeu veure, hi ha un gran nombre de components de la "llar intel·ligent".

Normalment, el sistema consta dels següents nodes, que poden ser representats per diversos tipus de dispositius:

• un controlador central del sistema, normalment representat pel node mestre, així com els moduladors de sortida i entrada discreta;
• Dispositius d’expansió i comunicació, que inclouen routers, diversos commutadors, així com mòduls GPS i GPRS;
• dispositius responsables de la commutació de circuits elèctrics: relés, reguladors i fonts d'alimentació;
• dispositius de rendiment: diversos tipus de vàlvules (aigua, gas);
• parts de gestió de sistemes: panells tàctils, tauletes, assistents digitals personals i consoles;
• diverses peces de mesura: dispositius, sensors i sensors (estem parlant de sensors de llum, temperatura i moviment).

Quan seleccioneu un equipament per a un mecanisme basat en Arduino, cal tenir en compte el mètode de transferència d'informació que utilitzarà el sistema concret. Com a exemple, és possible donar un KNX estàndard bastant comú. Aquí s’utilitzen generalment xarxes d’energia, xarxes d’ordinadors i canals de ràdio. Al mateix temps, hi ha una norma X10, on es fa servir una xarxa elèctrica ordinària normalitzada amb una tensió de 230 volts per transmetre informació.

Parlant de les virtuts d’una casa intel·ligent basada en Arduino, Cal destacar els següents punts.

• Grans oportunitats per establir el treball de tot el mecanisme.És a dir, l'usuari pot escriure de forma independent un programa que pugui executar algoritmes de diversos nivells de complexitat.
• Si es desitja, el sistema pot funcionar de forma autònoma a causa de la presència del seu propi controlador.
• La descàrrega del programa no és difícil a causa del fet que el programador no és necessari per a això, però tot es fa mitjançant una interfície USB, ja que el gestor d’arrencada està simplement instal·lat al microcontrolador.
• El preu relativament baix dels components del sistema. Això es deu al fet que els diferents fabricants no tenen drets exclusius. Per aquesta raó, l'arquitectura Arduino està classificada com a oberta.

• La presència de codi obert, que permet a l'usuari controlar directament el mecanisme d'una casa intel·ligent.
• L’accessibilitat és que l’usuari tria quins sensors i mecanismes necessita.
• Universalitat i possibilitat d'implementar les idees més interessants. No hi ha instruccions ni normes sobre el que hauria de ser una casa intel·ligent basada en Arduino. Això significa que l’usuari pot fer que el sistema siga el que vulgui, ja que el propietari no es limita a res en termes d’instal·lació de sensors al dormitori o a la cuina.
• La possibilitat de carregador de firmware.
• La presència d’un connector pin per a plaques de processadors Arduino, que permet programar dins del sistema.

Com qualsevol mecanisme, aquest sistema té alguns inconvenients.

• Malgrat l'obertura del sistema, per dominar-lo i utilitzar-lo amb èxit, necessitareu coneixements de diverses àrees específiques, incloses la programació, la reparació i l'electrònica.
• La necessitat de gastar un temps considerable per implementar i personalitzar el vostre propi projecte, ja que cada projecte és inherentment únic i pot fer poc més que altres.
• Dificultats en la configuració directa d'Arduino pel fet que aquest mecanisme només funciona amb un petit nombre de sistemes operatius.
• L’existència de la probabilitat d’errors de programari, que poden provocar problemes o inoperabilitat d’un equip. Per aquest motiu, és necessari fer un diagnòstic de la salut dels equips de tant en tant.

• Radiació de diversos tipus, que són inevitables amb aquest algoritme de control.
• La necessitat d’assignar espai per a un gabinet especial, on s’ubicaran els equips i cables addicionals.
• Si el control es realitza a través d’Internet, les dades que es transmeten entre els components del mecanisme poden ser interceptades per intrusos. Una solució parcial al problema serà una connexió exclusivament segura. Però per assegurar-se que requerirà molts diners invertits en la modernització dels equips.

La creació de qualsevol sistema d’habitatge intel·ligent basat en Arduino comença amb la creació del projecte. En desenvolupar-lo, haureu d'entendre exactament quines funcions i tasques hauria de realitzar el sistema.

Normalment, un projecte basat en la solució Arduino Uno implica les següents tasques.

• Seguiment de les condicions meteorològiques fora de la finestra i de la temperatura a l'habitació i, per tant, una resposta adequada al seu canvi. El dispositiu generalment es converteix en un element d'un sistema unificat juntament amb els dispositius de calefacció, ventilació i altres dispositius.
• Supervisar l'estat de les finestres i portes: estan tancades o obertes.
• Genereu un so quan el sensor de moviment estigui activat, si la funció d'alarma està activa.
• Control automàtic d'electrodomèstics.
• Control del consum d'electricitat, gràcies a la connexió i parada automàtica dels equips d'il·luminació.
• Seguretat contra incendis. El mecanisme proporciona al propietari un senyal sobre la presència de foc o fum a l'habitació. Si es desenvolupa un sistema sofisticat, fins i tot pot trucar als bombers al seu lloc.

• El passadís. Cal activar la llum automàticament quan es fa fosca, així com crear un mecanisme de detecció de moviment. A la nit, la llum de potència mitjana normalment s'activa, cosa que no hauria de provocar molèsties per als membres de la família.
• Cuina L'activació i la desactivació de la il·luminació a la cuina es fa normalment de forma manual. La desconnexió pot ser automàtica si no hi ha ningú que passi per la sala durant molt de temps. Si el sistema detecta que una persona comença a cuinar, la campana s'encén automàticament.
• El porxo. L'activació dels dispositius d'il·luminació es pot realitzar quan la porta s'obre quan una persona surt de l'edifici o quan el propietari s'apropa a la casa si ja està fosca.
• Habitació La inclusió de dispositius d'il·luminació es realitza de forma manual, encara que si cal, i la presència d'un sensor de moviment, es pot activar en mode automàtic.

• Bany. Parlant d’aquesta habitació, diguem que aquí sol quedar-se amb la gestió d’una caldera. En si mateix, té un interruptor de corrent quan el dispositiu s'apaga quan arriba a certa temperatura de l'aigua. El escalfador d’aigua es controlarà en funció de l’automatització disponible. A més, a l'entrada del bany, podeu encendre la llum i activar l’escapament.

Després de que tots els punts descrits anessin tan clars com sigui possible, s'està preparant la tasca tècnica, on el client realitza qualsevol canvi. Quan es fa la versió final, serà la base per a la formació de la documentació estimada per al tipus de projecte.

Normalment, el projecte consta dels següents components:

• un document explicatiu que descriu els diferents subsistemes;
• disseny dels dispositius de control;
• pla esquemàtic de tirades de cable;
• un projecte per col·locar dispositius en armaris automàtics;
• opcions bàsiques per connectar aparells en aquests armaris;
• plans de connexió;
• revista de cable;
• diverses especificacions.

A més, en la fase de formació del projecte, es realitza el càlcul de preus de la "llar intel·ligent".

El preu dependrà d’aquests factors:

• nombre de dispositius;
• equips i subsistemes seleccionats.

Cal dir que les etapes de creació d’un sistema d’una casa intel·ligent amb la participació d’especialistes o amb les seves pròpies mans seran les mateixes. No obstant això, en aquest últim cas, la versió feta en conjunt costarà significativament menys que si atreu especialistes que ja no tenen al mercat. Per aquest motiu, els seus salaris seran adequats, la qual cosa significa que si no voleu gastar diners extra, podeu fer-ho pel vostre compte. Per tant, comencem amb els components d’aquest sistema, si decidiu crear-lo vosaltres mateixos després de tot.

Si parlem de la configuració del sistema, La tecnologia inclourà el següent conjunt de components:

• sensor de moviment;
• sensor de temperatura i humitat;
• sensor de llum;
• un parell de sensors de temperatura amb marcatge DS18B20;
• Marca de mòdul Ethernet ENC28J60;
• micròfon;
• interruptor de canya;
• relé;
• cable de parell trenat;
• Cable Ethernet;
• una resistència amb una resistència de 4,7 quilo;
• targeta microprocessador arduino.

Cal dir que la casa intel·ligent hauria de ser equipada exclusivament amb llums LED, ja que les opcions habituals simplement no poden suportar molta tensió.Quan el projecte estigui llest i ja s’hagi comprat totes les parts necessàries, haureu de començar a connectar sensors i controladors. Això s'hauria de fer exclusivament segons l’esquema creat anteriorment. Els contactes han d'estar totalment aïllats.

En resum, pas a pas l’algorisme de connexió serà així:

• codi d'instal·lació;
• configurar una aplicació per a PC o mòbil;
• reenviament de ports;
• implementació de proves de programari i sensors;
• solució de problemes si es van detectar durant les proves.

Així doncs, comencem instal·lant el codi.

Primer, l’usuari hauria d’escriure el programari a l’IDE ​​Arduino. Presenta:

• editor de text;
• creador del projecte;
• programa de compilació;
• preprocessador;
• eina per descarregar programari al mini processador Arduino.

Cal dir que hi ha versions de programari per als principals sistemes operatius d’ordinador: Windows, Linux, Mac OS X. Si parlem del llenguatge de programació utilitzat, estem parlant de C ++ amb una sèrie de simplificacions. Els programes escrits per usuaris per a Arduino són coneguts normalment com a esbossos. El sistema crea una sèrie de funcions automàticament i l'usuari no necessita entendre la seva ortografia, prescrivint una llista d'accions comunes. A més, no cal afegir fitxers del tipus de capçalera de les biblioteques habituals. Però cal incrustar-lo personalment.

Podeu afegir biblioteques al gestor d’IDE del projecte mitjançant diversos mètodes. A la forma de codis d’origen, escrits en C ++, s’afegeix a un directori separat del directori de treball del shell IDE. Ara els noms de les biblioteques necessàries apareixen en un menú IDE específic. Els que marqueu seran inclosos a la llista de compilació. L’IDE té un nombre reduït d’opcions i no hi ha cap possibilitat de configurar les subtileses del compilador. Això es fa perquè una persona desconeguda no cometi cap error.

Si heu descarregat la biblioteca, cal descomprimir-la i inserir-la simplement a l'IDE. Al text del programa hi ha comentaris que expliquen el principi del seu treball. Cal assenyalar que totes les aplicacions d’Arduino funcionen amb la mateixa tecnologia: l’usuari envia una sol·licitud al processador i, al seu torn, descarrega el codi necessari a la pantalla del dispositiu. Quan una persona prem la tecla Actualitza, el microcontrolador envia informació. Amb cadascuna de les pàgines amb una designació específica hi ha un codi de programa que es mostrarà a la pantalla.

El següent conjunt d’actuacions és instal·lar el client en un ordinador personal o smartphone. Podeu descarregar-lo a Internet, a Google Play Market oa una altra font. Per fer-ho, heu d’obrir el fitxer al telèfon que heu descarregat, i feu-hi clic i, a la finestra que apareix, feu clic al botó "Instal·lar". Al mateix temps, haureu de ser conscient que per a això s'hauria d’activar l’opció que permeti la instal·lació de programes no del servei de Google Play. Per habilitar aquesta opció, heu d’introduir la secció de configuració i seleccionar l’element "Seguretat" allà. Aquesta és la manera d’activar l’opció corresponent. Un cop finalitzada la instal·lació, podeu activar l’aplicació i configurar-la.

Mitjançant aquest programari, no només podeu rebre informació del sistema, sinó també gestionar - per exemple, activar i desactivar l’alarma. Si l'opció està activa, llavors quan el sensor de moviment està activat, el programa rebrà la informació adequada. Tingueu en compte que Arduino fa una enquesta al programa per activar el sensor de moviment a intervals de 60 segons.

La següent etapa de connexió és configurar el programa del navegador per utilitzar-lo amb la "llar intel·ligent". A la línia d’adreça, cal introduir una seqüència específica, que serà l’adreça IP del vostre ordinador. Després de l'aplicació d'aquesta acció, l'usuari podrà rebre informació de la "casa intel·ligent" i la capacitat de gestionar-la.

Després, podeu continuar treballant amb el router. Hauria d’obrir el port.

Podeu fer-ho utilitzant el següent algorisme:

• configuració oberta;
• registrar l'adreça del microcontrolador Arduino;
• obert vuitanta port.

Ara heu de configurar un compte al portal Noip. com. Tot i que aquest pas és opcional, és necessari que l’adreça tingui un nom de domini. Heu de passar pel procés de registre al portal www. noip. com, després aneu a la categoria Afegir host i especifiqueu el sistema IP. Després de passar per aquest procediment, serà possible accedir no només per IP, sinó també per domini. Amb això es completa la formació del projecte i podeu comprovar el rendiment del sistema.

Atès que els components compatibles amb Arduino són produïts per un gran nombre de fabricants, i Arduino mateix no pot controlar els productes, l’usuari s’afronta a la probabilitat d’adquirir un component que funcioni, de manera lleugera, incorrectament. En general, aquesta situació ja existeix en el segment de creació d’ordinadors personals. Fa molt de temps, IBM va fer obrir l'arquitectura dels seus ordinadors personals. Per això, diverses empreses van començar a produir ordinadors compatibles.

Al mateix temps, la qualitat de les peces i el grau de compatibilitat han disminuït. En canvi, aquesta és la política d'Apple, que limita significativament el nombre de desenvolupadors que tenien accés a la seva arquitectura.

Els usuaris van notar les següents funcions en el funcionament d’un dels components d’Adruino.

• En diverses solucions de microprocessadors Arduino, quan es tanca un relé que està connectat a ells, es trenca un port COM. Per aquest motiu, el microcontrolador no pot carregar l’esbós. Al començament d’aquest procediment, l’equip es reiniciarà. El més interessant és que el relé fa un clic, el port COM està apagat i el dibuix no es carrega.
• En cas de mal funcionament del microcontrolador o si es produeix un error de codi, és millor utilitzar relés ben tancats als quals els connectors manuals estan connectats en sèrie.
• El sensor de tancament de la porta de vegades pot actuar falsament. Per aquest motiu, es crea l’esbós perquè el sistema realitzi l’acció desitjada quan rep un parell de senyals alhora.
• Per a un dispositiu responsable de l'alarma d'incendi, el millor és utilitzar un detector de fum, en lloc d'un detector d'incendis. Aquest últim té un defecte: detecta el foc no més enllà de trenta centímetres de si mateix.

• El sensor de temperatura DHT11, que es troba en l'anomenat conjunt estàndard, dóna un error greu al nivell de dos a tres graus. En la construcció és millor utilitzar el model DHT22, que és molt més precís. I fora de la finestra és millor utilitzar DHT21. Pot funcionar fins i tot a temperatures baixes i és resistent als danys mecànics.
• Per configurar el control de processos mitjançant claps, alguns usuaris, sense saber-ho, prenen un detector de so en lloc d'un micròfon, on hi ha un valor de llindar de tipus manual. A aquests efectes, aquest dispositiu no és adequat pel fet que té un radi d’acció relativament petit. I el sensor transmet senyals amb petits impulsos de temps. En presència d'un esbós de grans dimensions, el processament del qual requereix temps, el microcontrolador simplement no captura els senyals.

Cal dir que per a la visualització de processos en el sistema considerat, es poden utilitzar plaques de visualització digitals o una pantalla de cristall líquid. Però aquesta no és la millor opció en aquest cas. L’ús d’un servidor de processament d’estat independent per a la visualització serà més efectiu. Es pot implementar a Node. js, que us permet implementar qualsevol servidor. Naturalment, estem parlant de processar els estats del tauler d’Adruino.

Aquesta tecnologia s’utilitza per realitzar les tasques de l’anomenada Internet de les coses, per la qual cosa és adequat per visualitzar l’automatització de sistemes. Només necessiteu crear un servidor i un controlador en JavaScript, llavors serà fàcil mostrar el total al navegador de qualsevol dispositiu. Com a maquinari, podeu utilitzar el mateix microordinador Raspberry Pi o PC. Però les possibilitats del mecanisme d’automatització augmentaran significativament. Per exemple, al servidor la quantitat de memòria és il·limitada i el programa de servidor es pot crear de manera que el pugui gestionar tot.

Amb aquest tipus de servidor, fins i tot podeu enllaçar coses. La idea és visualitzar els processos automàtics a casa mitjançant serveis en el núvol. Una altra opció és rebre informació i controlar el sistema per SMS.

El fet que una "casa intel·ligent" basada en l'Arduino vegi el següent vídeo.