Система «Умный дом» на Arduino пользуется большим спросом у людей, которые стремятся создать максимальный комфорт в доме и офисе.
Ее особенность — в способности управлять различными системами без участия владельца, а суть заключается в объединении электронных устройств в одну сеть для экономии электроэнергии, управления освещением и электроприборами, оповещения о проникновении в дом посторонних лиц и решении других задач.
Одним из главных элементов системы умный дом в рассматриваемом варианте является Arduino. Что это такое? Как он работает? Какие функции выполняет? Все подробно мы рассмотрим в этой статье.
СОДЕРЖАНИЕ:
Что такое Arduino?
Чем управляет Arduino?
Принцип работы системы
Питание
Связь
Разработка проекта
Какие проекты можно создавать на Arduino?
Составление проекта для умного дома
Подбираем комплектацию под проект на примере Arduino Mega 2560 R3
Что входит в комплект поставки?
Начало работы
Этапы
Последовательность действий при подключении к компьютеру
Работа с роутером
Расширение возможности на Ардуино
Общение с Arduino
Как можно управлять?
В итоге, что мы получим?
Что такое Arduino?
Ардуино (Arduino) — специальный инструмент, позволяющий проектировать электронные устройства, имеющие более тесное взаимодействие с физической средой в сравнении с теми же ПК, фактически не выходящими за пределы виртуальной реальности.
В основе платформы лежит открытый код, а само устройство построено на печатной плате с «вшитым» в ней программным обеспечением.
Другими словами, Ардуино — небольшое устройство, обеспечивающее управление различными датчиками, системами освещения, принятия и передачи данных.
В состав Arduino входит микроконтроллер, представляющий собой собранный на одной схеме микропроцессор. Его особенность — способность выполнять простые задачи. В зависимости от модели устройство Ардуино может комплектоваться микроконтроллерами различных типов.
Существует несколько моделей плат, самые распространённые из них – UNO, Mega 2560 R3.
Не менее важная особенность печатной платы заключается в наличии 22 выводов, которые расположены по периметру изделия. Они бывают аналоговыми и цифровыми.
Особенность последних заключается в управлении с помощью только двух параметров — логической единицы или нуля. Что касается аналогового вывода, между 1 и 0 имеется много мелких участков.
Сегодня Arduino используется при создании электронных систем, способных принимать информацию с различных датчиков (цифровых и аналоговых).
Устройства на Ардуино могут работать в комплексе с ПО на компьютере или самостоятельно.
Что касается плат, их можно собрать своими руками или же приобрести готовое изделие. Программирование Arduino производится на языке Wiring.
ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ: Умный дом Xiaomi Smart Home, обзор, комплектация, подключение и настройка своими руками, сценарии.
Чем управляет Arduino?
Благодаря большому количеству выводов на печатной плате, к Ардуино удается подключить множество различных устройств, а именно:
Кроме того, к Ардуино подключается набор датчиков в зависимости от задач, поставленных перед системой. Как правило, устанавливаются датчики освещенности, дыма и состава воздуха, магнитного поля, влажности, температуры и прочие.
Благодаря этой особенности, Arduino становится универсальным устройством — «мозговым центром» системы «Умный дом» с возможностью конфигурации с учетом поставленных задач.
Принцип работы системы
Устройство Arduino работает следующим образом. Информация, собранная с различных датчиков в доме, направляется по беспроводной сети на планшет или ПК. Далее с помощью специального софта производится обработка данных и выполнение определенной команды.
Главную функцию выполняет центральный датчик, который можно приобрести или собрать самостоятельно. Разъемы на платах являются стандартными, что значительно упрощает выбор комплектующих.
Питание
Питание Arduino производится через USB разъем или от внешнего питающего устройства. Источник напряжения определяется в автоматическом режиме.
Если выбран вариант с внешним питанием не через USB, можно подключать АКБ или блок питания (преобразователь напряжения). В последнем случае подключение производится с помощью 2,1-миллиметровго разъема с «+» на главном контакте.
Провода от АКБ подключаются к различным выводам питающего разъема — Vin и Gnd.
Для нормальной работы платформа нуждается в напряжении от 6 до 20 Вольт. Если параметр падает ниже 7 вольт, на выводе 5V может оказаться меньшее напряжение и появляется риск сбоя.
Если подавать 12 В, возможен перегрев регулятора напряжения и повреждения платы. По этой причине оптимальным уровнем является питание с помощью 7 — 12 В.
В отличие от прошлых типов плат, Arduino Mega 2560 работает без применения USB-микроконтроллера типа FTDI. Для обеспечения обмена информацией по USB применяется запрограммированный под конвертер USB-to-serial конвертер.
ПОПУЛЯРНО У ЧИТАТЕЛЕЙ: Что такое умный дом CLAP.
На Ардуино предусмотрены следующие питающие выводы:
5V — используется для подачи напряжения на микроконтроллер, а также другие элементы печатной платы. Источник питания является регулируемым. Напряжение подается через USB-разъем или от вывода VIN, а также от иного источника питания 5 Вольт с возможностью регулирования.
VIN — применяется для подачи напряжения с внешнего источника. Вывод необходим, когда нет возможности подать напряжение через USB-разъем или другой внешний источник. При подаче напряжения на 2,1-миллиметровй разъем применяется этот вход.
3V3 — вывод, напряжение на котором является следствием работы самой микросхемы FTDI. Предельный уровень потребляемого тока для этого элемента составляет 50 мА.
GND — заземляющие выводы.
Принципиальную схему платы в pdf формате можно посмотреть ЗДЕСЬ.
Связь
Возможности Arduino позволяют подключить группу устройств, обеспечивающих стабильную связь с ПК, а также другими элементами системы — микроконтроллерами или такими же платами Ардуино.
Модель ATmega 2560 отличается наличием 4 портов, через которые можно передавать данные для TTL и UART. Специальная микросхема ATmega 8U2 на плате передает интерфейс (один из них) через USB-разъем. В свою очередь, программы на ПК получают виртуальный COM.
Здесь имеются нюансы, которые зависят от типа операционной системы:
Если на ПК установлен Linux, распознавание происходит в автоматическом режиме.
Если стоит Windows, потребуется дополнительный файл .inf.
С помощью утилиты мониторинга обеспечивается отправление и получение информации в текстовом формате после подключения к системе.
Мигание светодиодов TX и RX свидетельствует о передаче данных. Для последовательной отправки информации применяется специальная библиотека Software Serial.
К особенностям ATmega 2560 стоит отнести наличие интерфейсов SPI и I2C. Кроме того, в состав Ардуино входит библиотека Wire.
Разработка проекта
На современном рынке представлено множество устройств Arduino, имеющих различную комплектацию. Но универсального решения «на все случаи жизни» не существует. В зависимости от поставленной задачи каждый комплект подбирается в индивидуальном порядке. Чтобы избежать ошибок, требуется разработка проекта.
Какие проекты можно создавать на Arduino?
Ардуино позволяет создавать множество уникальных проектов. Вот лишь некоторые из них:
Сборка кубика Рубика (система справляется за 0,887 с);
Контроль влажности в подвальном помещении;
Создание уникальных картин;
Отправка сообщений;
Балансирующий робот на двух колесах;
Анализатор спектра звука;
Лампа оригами с емкостным сенсором;
Рука-робот, управляемая с помощью Ардуино;
Написание букв в воздухе;
Управление фотовспышкой и многое другое.
Читайте также:
Как подключить проходной выключатель: одноклавишный, двухклавишный, как обычный, схемы, критерии выбора
Составление проекта для умного дома
Рассмотрим ситуацию, когда необходимо сделать автоматику для дома с одной комнатой.
Такое здание состоит из пяти основных зон — прихожей, крыльца, кухни, санузла, а также комнаты для проживания.
При составлении проекта стоит учесть следующее:
КРЫЛЬЦО. Включение света производится в двух случая — приближение хозяина к дому в темное время суток и открытие дверей (когда человек выходит из здания).
САНУЗЕЛ. В бойлере предусмотрен выключатель питания, который при достижении определенной температуры выключается. Управление бойлером производится в зависимости от наличия соответствующей автоматики. При входе в помещение должна срабатывать вытяжка, и загорается свет.
ПРИХОЖАЯ. Здесь требуется включение света при наступлении темноты (автоматическое), а также система обнаружения движения. Ночью включается лампочка небольшой мощности, что исключает дискомфорт для других жильцов дома.
КОМНАТА. Включение света производится вручную, но при необходимости и наличии датчика движения эта манипуляция может происходить автоматически.
КУХНЯ. Включение и отключение света на кухне осуществляется в ручном режиме. Допускается автоматическое отключение в случае продолжительного отсутствия перемещений по комнате. Если человек начинает готовить пищу, активируется вытяжка.
Отопительные устройства выполняют задачу поддержания необходимой температуры в помещении. Если в доме отсутствуют люди, нижний предел температуры падает до определенного уровня.
После появления людей в здании этот параметр поднимается до прежнего значения. Рекуперация воздуха осуществляется в случае, когда система обнаружила присутствие владельца. Продолжительность процесса — не более 10 минут в час.
Стоит обратить внимание, что если в доме планируется установка умных розеток, то для управления ими лучше использовать приложения на мобильных устройствах, WIFI или через SMS сообщения.
Визуальное программирование для Arduino можно осуществлять с помощью специального приложения FLProg, которое можно скачать с официального сайта https://flprog.ru/.
Подбираем комплектацию под проект на примере Arduino Mega 2560 R3
Для создания полноценной системы «Умный дом» и выполнения ею возложенных функций важно правильно подойти к комплектации и выбору оборудования.
Что входит в комплект поставки?
Если ваша цель — «Умный дом» на базе Arduino, требуется подготовить следующее оборудование — саму плату Mega 2560 R3, модуль Ethernet (ENC28J60), датчик движения, а также другие датчики и контроллеры.
Кроме того, стоит подготовить кабель вида «витая пара», резистор, реле, переключатель и кабель для модуля Ethernet.
Необходимы и дополнительные инструменты — отвертки, паяльники и прочее.
Учтите, что покупать наборы для монтажа системы стоит в сертифицированных пунктах. Это объясняется тем, что при реализации проекта применяется электричество, а использование подделки может привести к снижению уровня безопасности.
Все программы для адаптации можно найти в сети на официальном сайте Arduino https://arduino.ru. При выборе датчиков стоит ориентироваться на задачи, которая должен решать «Умный дом».
Как правило, требуются датчики движения, температуры, открытия дверей и освещенности. Роль датчика открытия дверей может выполнять обычный геркон.
Прошивается плата с помощью специального софта, предназначенного для различных операционных систем, в том числе и кабеля USB. При этом в программаторах нет необходимости.
Что касается ПО, которое применяется в Ардуино, оно написано на языке Си. На число байт имеются определенные ограничения, но текущей памяти достаточно для реализации поставленной задачи.
Читайте также:
Что такое GSM розетка для умного дома, устройство, принцип работы, инструкция по подключению, как сделать своими руками
Начало работы
Как только необходимое оборудование подготовлено, а проект разработан, можно приступать к выполнению поставленной задачи.
Этапы
При организации системы «Умный дом» на базе Ардуино, стоит действовать по следующему алгоритму:
Инсталляция программного кода;
Конфигурация приложения под применяемое устройство;
Переадресация портов (для роутера);
Проведение тестов;
Внесение правок и так далее.
В Сети имеется весь необходимый софт на применяемое оборудование — его достаточно скачать с официального сайта и установить (ссылку смотрите выше).
Приложение позволяет увидеть информацию о датчиках. Если это требуется, настройки IP-адрес могут быть изменены.
Последовательность действий при подключении к компьютеру
Чтобы начать работать с Ардуино в Windows, сделайте следующие шаги:
Подготовьте необходимое оборудование — USB-кабель и Arduino.
Скачайте программу на странице arduino.cc/en/Main/Software.
Подсоедините плату с помощью USB-кабеля. Проследите, чтобы загорелся светодиод PWR.
Поставьте необходимый набор драйверов для работы с Ардуино. На этом этапе стоит запустить установку драйвера и дождаться завершения процесса. После жмите на кнопку «Пуск» и перейдите в панель управления. Там откройте вкладку «Система и безопасность» и выберите раздел «Система». После открытия окна выберите «Диспетчер устройств», жмите на название Ардуино и с помощью правой кнопки мышки задайте команду обновления драйвера. Найдите строчку «Browse my computer for Driver software!», кликните по ней и выберите соответствующий драйвер для вашего типа платы — ArduinoUNO.inf (находится в папке с драйверами). Это может быть UNO, Mega 2560 или другая.
Запустите среду разработки Ардуино, для чего дважды кликните на значок с приложением.
Откройте готовый пример (File — Examples — 1.Basics — Blink).
Выберите плату. Для этого перейдите в секцию Tools, а дальше в Board Menu.
Установите последовательный порт (его можно найти путем отключения и подключения кабеля).
Скачайте скетч в Ардуино. Кликните на «Upload» и дождитесь мигания светодиодов TX и RX на плате. В завершение система показывает, что загрузка прошла успешно. Через несколько секунд после завершения работы должен загореться светодиод 13 L (он будет мигать оранжевым). Если это так, система готова к выполнению задач.
Работа с роутером
Для полноценной работы «Умного дома» важно правильно обращаться с роутером. Здесь требуется выполнить следующие действия — открыть конфигурацию, указать адрес Arduino IP, к примеру, 192.168.10.101 и открыть 80-й порт.
После требуется присвоить адресу доменное имя и перейти к процессу тестирования проекта. Учтите, что для такой системы запрещено применение открытого IP-адреса, ведь в этом случае высок риск взлома через Сеть.
Читайте также:
Умный дом на базе Raspberry Pi 3 своими руками, пошаговая инструкция
Расширение возможности на Ардуино
Одной из возможностей умного дома является визуализация состояния автоматики и проходящих в системе процессов. Для этого рекомендуется применять отдельный сервер, обеспечивающий обработку состояний (может применяться программа Node.js).
Упомянутая программная технология применяется для решения интернет-задач, поэтому для визуализации «Умного дома» используется язык Java Script (именно с его помощью создается обработчик и сервер). Результаты можно увидеть на экране компьютера или ПК.
Для реализации задуманного подойдет ноутбук, обычный ПК или Raspberry Pi. Применение такой системы позволяет увеличить ее возможности. Так, если на плате Ардуино имеется небольшой объем памяти, на сервере такие ограничения отсутствуют. Программа пишется таким образом, чтобы обеспечить полное управление платформой.
При желании можно задать алгоритм, который будет фиксировать факт нахождения человека в доме, и собирать эту информацию. Если владелец ежедневно возвращается где-то к 17.30, за час может быть включен бойлер или отопительные устройства. По приходу домой человек попадает в теплое здание с горячей водой.
Программа может запомнить время, когда владелец ложится отдыхать и отключать нагрев воды. Таких нюансов, которые при необходимости вносятся в программу, множество. Именно наличие внешнего ПК дает большие возможности контроллеру на Ардуино.
Общение с Arduino
Чтобы узнать, какие действия осуществлять, процессор должен получить соответствующую команду. Общение производится с помощью специального языка, который адаптирован под работу с Ардуино и достаточно прост. При желании в нем легко работаться даже при отсутствии навыков программирования.
Оформление и отправка сообщения контроллеру называется программированием. Чтобы упростить процесс, разработана среда Arduino IDE, в состав которой входит множество программ. Их изучение позволяет получить массу полезной информации о работе с Ардуино.
Как можно управлять?
Как отмечалось, сервер Node.js позволяет связать между собой оборудование в доме. Одним из способов управления процессами являются облачные сервисы в Сети. При этом включить отопление или бойлер можно за один-два часа до приезда.
Еще один способ — управление с помощью сообщений (MMS или SMS). Этот вариант актуален в случае, когда нет связи с Интернетом. Одним из преимуществ системы является возможность получения информации о форс-мажорной ситуации (например, протечке). Здесь помогает плата Edison от компании Intel.
Читайте также:
Реле контроля фаз и напряжения: устройство, принцип работы, схемы подключения, характеристики, обзор моделей
В итоге, что мы получим?
Сегодня Arduino востребовано среди людей, которые ничего не знают о программировании.
Причиной этому является простой интерфейс, а также ряд преимуществ — простой язык программирования, возможность создания своего алгоритма, благодаря открытому исходному коду, а также легкость переноса программ с помощью USB-кабеля. Необходимый для Ардуино софт имеется в Интернете, поэтому тут проблем нет.
Как видно, Ардуино — не просто плата, позволяющая подключить различные устройства. Это мощная база, которую можно использовать для создания «Умного дома». При этом нет нужды тратить большие деньги за дорогостоящие устройства, стоимость которых в 5-10 раз больше.
Это и есть основные преимущества системы.
К особенностям платы стоит отнести возможность подключения к компьютеру и получения визуализации процессов на дисплее планшета или ПК.
Управление автоматикой возможно через Интернет или посредством сообщений. Так что Ардуино отлично подходит для создания устройств повышенной сложности.
2 мыслей о “Как сделать умный дом на Arduino своими руками”
Beginner’s Guide to Safe Steroid Cycling
First Steroid Cycle – Beginners Guide to Safe Steroid Cycling
Anabolic steroids are a class of synthetic substances that mimic the effects of hormones produced by the body, particularly testosterone. They have become popular among bodybuilders and athletes due to their ability to promote muscle growth, increase strength, and enhance performance.
However, their misuse can lead to serious health risks, including hormonal imbalances, organ damage, and legal consequences.
Bodybuilding steroids for beginners often include compounds like Dianabol (methandrostenolone), Testosterone, and Deca-Durabolin. These are some of the most commonly used anabolic steroids due to their effectiveness in promoting muscle gain and recovery. However, it’s crucial to approach steroid use with caution and a well-planned cycle to minimize risks.
When considering bodybuilding and your first steroid cycle, it’s important to understand the basics of how these compounds work, the potential side effects, and the importance of proper dosage. A typical first steroid cycle might involve using a mild compound like Dianabol for a limited period (usually 4-6 weeks) followed by a PCT (Post Cycle Therapy) to restore natural hormone production and recovery.
Post Cycle Therapy (PCT) is essential after completing a steroid cycle.
It involves taking specific medications, such as Clomiphene Citrate or Nolvadex, to stimulate the release of hormones like testosterone. This helps the body recover from the suppression caused by anabolic steroids, reducing the risk of side effects and preparing the individual for future cycles.
For those who are hesitant to use steroids, there are safe, legal steroid alternatives available. These products contain natural ingredients that mimic the effects of anabolic steroids without the risks associated with synthetic compounds. They can help achieve similar results in muscle growth and performance enhancement while maintaining overall health and well-being.
Popular Articles
Dianabol Side Effects Worth Avoiding
Side Effects of Clenbuterol Fat Burner
Legal Steroid Alternatives That Work Fast
The Best Steroids For Weight Loss – Steroid Comparison
Deca Durabolin Cycle – Side Effects, Risks, Stacks and Alternatives
Dianabol (Dbol) Cycle – Guide, Results, Side Effects and Dosage
SHARE THIS ARTICLE
The Brutal Force Team
WHY BRUTAL FORCE?
How to measure your body fat percentage How to build muscle and burn fat with a body recomposition The Ultimate Bodyweight Workout How to bulk up fast! Best Protein Pills Benefits of creatine monohydrate bodybuilding
BLOG
SUPPORT
CONTACT US
Secure Payments
I’m not sure exactly why but this web site is loading very slow for me. Is anyone else having this issue or is it a problem on my end? I’ll check back later and see if the problem still exists.
Beginner’s Guide to Safe Steroid Cycling
First Steroid Cycle – Beginners Guide to Safe Steroid Cycling
Anabolic steroids are a class of synthetic substances
that mimic the effects of hormones produced by the body, particularly testosterone.
They have become popular among bodybuilders and athletes due to their ability to
promote muscle growth, increase strength, and enhance performance.
However, their misuse can lead to serious health
risks, including hormonal imbalances, organ damage, and legal consequences.
Bodybuilding steroids for beginners often include compounds like Dianabol
(methandrostenolone), Testosterone, and Deca-Durabolin. These are some
of the most commonly used anabolic steroids due to their effectiveness in promoting muscle gain and
recovery. However, it’s crucial to approach steroid use with caution and a
well-planned cycle to minimize risks.
When considering bodybuilding and your first steroid cycle, it’s
important to understand the basics of how these compounds work, the potential side effects, and the importance of
proper dosage. A typical first steroid cycle might involve using
a mild compound like Dianabol for a limited period (usually 4-6 weeks) followed by a PCT (Post Cycle Therapy) to restore natural hormone production and
recovery.
Post Cycle Therapy (PCT) is essential after completing a steroid cycle.
It involves taking specific medications, such as Clomiphene Citrate or Nolvadex, to stimulate the release of hormones like testosterone.
This helps the body recover from the suppression caused by
anabolic steroids, reducing the risk of side effects and preparing the individual for future cycles.
For those who are hesitant to use steroids, there are safe, legal steroid
alternatives available. These products contain natural ingredients
that mimic the effects of anabolic steroids without the risks associated with synthetic
compounds. They can help achieve similar results in muscle growth and
performance enhancement while maintaining overall health and well-being.
Popular Articles
Dianabol Side Effects Worth Avoiding
Side Effects of Clenbuterol Fat Burner
Legal Steroid Alternatives That Work Fast
The Best Steroids For Weight Loss – Steroid Comparison
Deca Durabolin Cycle – Side Effects, Risks, Stacks and Alternatives
Dianabol (Dbol) Cycle – Guide, Results, Side Effects and Dosage
SHARE THIS ARTICLE
The Brutal Force Team
WHY BRUTAL FORCE?
How to measure your body fat percentage
How to build muscle and burn fat with a body recomposition
The Ultimate Bodyweight Workout
How to bulk up fast!
Best Protein Pills
Benefits of creatine monohydrate bodybuilding
BLOG
SUPPORT
CONTACT US
Secure Payments
I’m not sure exactly why but this web site is loading very slow for me. Is anyone else having this issue or is it a problem on my end? I’ll check back later and see if the problem still exists.