المنزل الذكي على أساس وحدات تحكم Arduino: تصميم وتنظيم المساحة الخاضعة للرقابة

أدى تطوير الأتمتة إلى إنشاء أنظمة متكاملة تعمل على تحسين نوعية الحياة البشرية. تقدم العديد من الشركات المصنعة المعروفة للإلكترونيات وبيئات البرامج حلولًا قياسية جاهزة للعناصر المختلفة.

حتى المستخدم قليل الخبرة سيكون قادرًا على تطوير مشاريع مستقلة وتجميع "منزل ذكي" على Arduino لتناسب احتياجاته. الشيء الرئيسي هو فهم الأساسيات وعدم الخوف من التجربة.

في هذه المقالة ، سننظر في مبدأ الإنشاء والوظائف الأساسية لمنزل آلي يعتمد على أجهزة Arduino. ضع في اعتبارك أيضًا أنواع الألواح المستخدمة والوحدات الرئيسية للنظام.

إنشاء أنظمة على منصة اردوينو

Arduino هي منصة لتطوير الأجهزة الإلكترونية مع التحكم الآلي أو شبه التلقائي أو اليدوي. وهي مصنوعة وفقًا لمبدأ المصمم بقواعد محددة بوضوح للتفاعل بين العناصر. النظام مفتوح ، مما يسمح لمصنعي الطرف الثالث بالمشاركة في تطويره.

كلاسيكي "المنزل الذكي"يتكون من وحدات مؤتمتة تؤدي الوظائف التالية:

• جمع المعلومات اللازمة من خلال أجهزة الاستشعار ؛
• تحليل البيانات واتخاذ القرارات باستخدام معالج دقيق قابل للبرمجة ؛
• تنفيذ القرارات التي تصدر عن طريق إصدار أوامر لأجهزة مختلفة.

إن منصة Arduino جيدة على وجه التحديد لأنها لا تقترب من جهة تصنيع محددة ، ولكنها تسمح للمستهلك باختيار المكونات التي تناسبه. اختيارهم ضخم ، لذا يمكنك تنفيذ أي أفكار تقريبًا.

نوصيك بالتعرف على الأفضل الأجهزة الذكية للمنزل.

لمعرفة كيفية العمل مع Arduino ، يمكنك شراء Starter Kit من موقع الشركة المصنعة. مطلوب معرفة باللغة الإنجليزية التقنية ، لأن الوثائق ليست سكانها ينالون الجنسية الروسية

بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الأجهزة المتصلة ، تضيف بيئة البرمجة المطبقة في C ++ تنوعًا.لا يمكن للمستخدم الاستفادة فقط من المكتبات التي تم إنشاؤها ، ولكن أيضًا برمجة استجابة مكونات النظام للأحداث الناشئة.

عناصر اللوحة الرئيسية

العنصر الرئيسي للمنزل الذكي هو واحد أو أكثر من اللوحات المركزية (اللوحة الأم). هم مسؤولون عن تفاعل جميع العناصر. فقط بعد تحديد المهام التي ستحتاج إلى حلها ، يمكننا المضي قدمًا في اختيار عقدة النظام الرئيسية.

تجمع اللوحة الأم بين العناصر التالية:

• متحكم (معالج). الغرض الرئيسي منه هو إصدار وقياس الجهد في الموانئ في نطاق 0-5 أو 0-3.3 فولت ، وتخزين البيانات وإجراء الحسابات.
• مبرمج (ليس كل المجالس بها). باستخدام هذا الجهاز ، تتم كتابة برنامج في ذاكرة وحدة التحكم الدقيقة ، والتي بموجبها سيعمل "المنزل الذكي". وهو متصل بجهاز كمبيوتر أو جهاز لوحي أو هاتف ذكي أو جهاز آخر باستخدام واجهة USB.
• موازن الجهد. مطلوب جهاز 5 فولت ، مطلوب لتشغيل النظام بأكمله.

تحت العلامة التجارية Arduino ، تتوفر العديد من موديلات اللوحات الأم. تختلف عن بعضها البعض في عامل الشكل (الحجم) ، وعدد المنافذ وحجم الذاكرة. لهذه المؤشرات تحتاج إلى اختيار الجهاز المناسب.

من الأفضل شراء ألواح وألواح Arduino من الشركة المصنعة ، لأنها أفضل من الأجهزة المتوافقة التي يتم إصدارها في الصين

هناك نوعان من المنافذ:

• رقميمميزة على السبورة بأحرف "D";
• تناظريمعلمة بحرف "أ".

بفضلهم ، يتواصل متحكم مع الأجهزة المتصلة. يمكن لأي منفذ أن يعمل على استقبال الإشارة وعلى خرجها. المنافذ الرقمية التي تحمل علامة "pwm" مخصصة لإدخال وإخراج إشارة من نوع PWM (تعديل عرض النبضة).

لذلك ، قبل شراء لوحة ، يجب عليك على الأقل تقييم مستوى حمولتها على الأجهزة المختلفة. سيحدد هذا العدد المطلوب من المنافذ من جميع الأنواع.

يجب أن يُفهم أنه لا يجب ربط نظام "المنزل الذكي" بوحدة تحكم تعتمد على لوحة أم واحدة. وظائف مثل ، على سبيل المثال ، تشغيل الإضاءة الاصطناعية للمنطقة المحلية اعتمادًا على الوقت من اليوم والحفاظ على احتياطي المياه في خزان التخزين مستقلة عن بعضها البعض.

من وجهة نظر ضمان موثوقية النظام الإلكتروني ، من الأفضل فصل المهام غير ذات الصلة إلى كتل مختلفة ، مما يجعل مفهوم Arduino يسهل تنفيذه. إذا قمت بدمج العديد من الأجهزة في مكان واحد ، فمن الممكن أن ترتفع درجة حرارة المعالج ، وتتعارض مكتبات البرامج ، وصعوبات في العثور على أعطال البرامج والأجهزة وإصلاحها.

عادة ما يستخدم اتصال العديد من أنواع الأجهزة المختلفة بلوحة واحدة في الروبوتات ، حيث يكون الضغط مهمًا. بالنسبة إلى "المنزل الذكي" ، من الأفضل استخدام أساسه الخاص لكل مهمة

كل معالج مجهز بثلاثة أنواع من الذاكرة:

• ذاكرة فلاش الذاكرة الرئيسية حيث يتم تخزين رمز برنامج إدارة النظام. يشغل محمل التمهيد السلكي جزءًا صغيرًا منه (3-12٪).
• SRAM ذاكرة الوصول العشوائي ، التي تقوم بتخزين البيانات المؤقتة اللازمة للبرنامج. يختلف في سرعة العمل العالية.
• EEPROM. ذاكرة أبطأ ، حيث يمكن أيضًا تخزين البيانات.

الفرق الرئيسي بين أنواع الذاكرة لتخزين البيانات هو أنه عندما يتم إيقاف تشغيل الطاقة ، يتم فقدان المعلومات المسجلة في SRAM ، ولكنها تظل في EEPROM. لكن النوع غير المتطاير له أيضًا عيب - عدد محدود من دورات الكتابة. يجب تذكر ذلك عند إنشاء تطبيقاتك الخاصة.

على عكس استخدام Arduino في الروبوتات ، بالنسبة لمعظم مهام "المنزل الذكي" ، لا تحتاج إلى الكثير من الذاكرة سواء للبرامج أو لتخزين المعلومات.

أنواع الألواح لبناء منزل ذكي

فكر في الأنواع الرئيسية للوحات التي يتم استخدامها غالبًا عند تجميع نظام المنزل الذكي.

منظر # 1 - Arduino Uno ومشتقاته

تستخدم أنظمة المنزل الذكي الأكثر شيوعًا ألواح Arduino Uno و Arduino Nano. لديهم وظائف كافية لحل المشاكل النموذجية.

يوفر توفر الطاقة للألواح ذات التنسيق الكامل من جهد 7-12 فولت العديد من المزايا. بادئ ذي بدء ، هو إمكانية التشغيل المستقل على المدى الطويل من البطاريات القياسية أو البطاريات

المعلمات الرئيسية لـ Arduino Uno Rev3:

• المعالج: ATMega328P (8 بت ، 16 ميجاهرتز) ؛
• عدد المنافذ الرقمية: 14 ؛
• منها مع وظيفة PWM: 6 ؛
• عدد المنافذ التناظرية: 6 ؛
• ذاكرة فلاش: 32 كيلو بايت ؛
• SRAM: 2 كيلوبايت ؛
• EEPROM: 1 كيلوبايت.

منذ وقت ليس ببعيد ، ظهر تعديل - Uno Wi-Fi ، الذي يحتوي على وحدة متكاملة ESP8266 ، والتي تسمح لك بتبادل المعلومات مع الأجهزة الأخرى وفقًا لمعيار 802.11 b / g / n.

الفرق بين Arduino Nano ونظيره الأكبر هو عدم وجود مقبس الطاقة الخاص به من 12 V. يتم ذلك لتحقيق جهاز أصغر ، مما يجعل من السهل الاختباء في مساحة صغيرة. لهذه الأغراض أيضًا ، يتم استبدال اتصال USB القياسي بشريحة مع كبل USB صغير. يحتوي Arduino Nano على منفذي تناظريين آخرين مقارنة بـ Uno.

هناك تعديل آخر للوحة Uno - Arduino Mini. إنها أصغر من نانو ، والعمل معها أكثر صعوبة. أولاً ، يؤدي عدم وجود منفذ USB إلى حدوث مشكلة في البرامج الثابتة ، حيث سيتعين عليك استخدام محول USB-Serial. ثانيًا ، هذه اللوحة أكثر إرضاءً من حيث الطاقة - من الضروري توفير نطاق جهد دخل من 7-9 فولت.

للأسباب الموضحة أعلاه ، نادرًا ما يتم استخدام Arduino Mini لتشغيل "المنزل الذكي". عادة ما يتم استخدامه إما في الروبوتات ، أو في تنفيذ المشاريع الجاهزة.

مشاهدة # 2 - اردوينو ليوناردو ومايكرو

لوحة Arduino Leonardo تشبه Uno ، ولكنها أقوى قليلاً. ميزة أخرى مثيرة للاهتمام في هذا النموذج هي تعريفه عند توصيله بجهاز كمبيوتر كلوحة مفاتيح أو ماوس أو عصا تحكم. لذلك ، غالبًا ما يتم استخدامه لإنشاء أجهزة ألعاب ومحاكاة أصلية.

جدول بأحجام وأبعاد موديلات Uno و Leonardo ونظائرها المصغرة. لم يتبع المطورون المنطق في الأسماء - يجب أن يكون "nano" هو الأصغر

المعالم الرئيسية لاردوينو ليوناردو هي كما يلي:

• المعالج: ATMega32u4 (8 بت ، 16 ميجاهرتز) ؛
• عدد المنافذ الرقمية: 20 ؛
• منها مع وظيفة PWM: 7 ؛
• عدد المنافذ التناظرية: 12 ؛
• ذاكرة فلاش: 32 كيلو بايت ؛
• SRAM: 2.5 كيلوبايت ؛
• EEPROM: 1 كيلوبايت.

كما ترون من قائمة المعلمات ، ليوناردو لديه المزيد من المنافذ ، مما يسمح بتحميل هذا النموذج بعدد كبير من أجهزة الاستشعار.

أيضًا بالنسبة إلى ليوناردو ، هناك تناظرية مصغرة متطابقة تمامًا تسمى Micro. ليس لديه طاقة من 12 فولت وبدلاً من إدخال USB كامل ، هناك شريحة لكابل USB صغير.

تعديل ليوناردو يسمى Esplora هو نموذج لعبة بحت ولا يتناسب مع احتياجات "المنزل الذكي".

طريقة العرض رقم 3 - Arduino 101 و Arduino Zero و Arduino MKR1000

في بعض الأحيان لتشغيل أنظمة "المنزل الذكي" التي يتم تنفيذها على أساس Arduino ، يلزم وجود قوة حوسبة كبيرة ، والتي لا تستطيع وحدات التحكم الدقيقة 8 بت توفيرها. تتطلب مهام مثل التعرف على الصوت أو الصورة معالجًا سريعًا وكمية كبيرة من ذاكرة الوصول العشوائي لهذه الأجهزة.

لحل هذه المشاكل المحددة ، يتم استخدام لوحات قوية تعمل وفقًا لمفهوم Arduino. عدد المنافذ التي يمتلكونها هو نفس عدد لوحات Uno أو Leonardo.

Arduino 101 له نفس أبعاد Uno أو Leonardo ، ولكنه يزن ضعف الوزن تقريبًا. والسبب في ذلك هو وجود مدخلين USB ورقائق إضافية.

واحدة من أسهل اللوحات ، لكنها قوية - تتميز Arduino 101 بالخصائص التالية:

• المعالج: Intel Curie (32 بت ، 32 ميجاهرتز) ؛
• ذاكرة فلاش: 196 كيلوبايت ؛
• SRAM: 24 كيلوبايت ؛
• EEPROM: لا.

بالإضافة إلى ذلك ، تم تجهيز اللوحة بوظيفة BLE (Bluetooth Low Energy) مع القدرة على توصيل الحلول الجاهزة بسهولة ، مثل مستشعر ضربات القلب ، وتلقي معلومات الطقس خارج النافذة ، وإرسال الرسائل النصية ، إلخ. يتم دمج الجيروسكوب ومقياس التسارع أيضًا في الجهاز ، ولكن يتم استخدامها بشكل رئيسي في الروبوتات.

لوحة أخرى مماثلة - اردوينو زيرو لديه المؤشرات التالية:

• المعالج: SAM-D21 (32 بت ، 48 ميجاهرتز) ؛
• ذاكرة فلاش: 256 كيلوبايت ؛
• SRAM: 32 كيلوبايت ؛
• EEPROM: لا.

السمة المميزة لهذا النموذج هو وجود مصحح أخطاء متكامل (EDBG). استخدامه أسهل بكثير للبحث عن الأخطاء عند برمجة اللوحة.

عند كتابة كود ضخم ، حتى المبرمجين المؤهلين تأهيلا عاليا لديهم أخطاء. للعثور عليهم ، استخدم المصحح

Arduino MKR1000 هو نموذج آخر مناسب للحوسبة القوية.يحتوي على معالج دقيق وذاكرة تشبه Zero. يكمن الاختلاف الرئيسي في وجود شريحة Wi-Fi مدمجة مع بروتوكول 802.11 b / g / n وشريحة تشفير مع دعم خوارزمية SHA-256 لحماية البيانات المرسلة.

مشاهدة # 4 - موديلات عائلة ميجا

في بعض الأحيان يكون من الضروري استخدام عدد كبير من أجهزة الاستشعار والتحكم في عدد كبير من الأجهزة. على سبيل المثال ، هذا ضروري للتشغيل التلقائي لأنظمة تكييف الهواء الموزعة التي تحافظ على درجة حرارة معينة للمناطق الفردية.

لكل منطقة محلية ، من الضروري تتبع قراءات مستشعرين لدرجة الحرارة (يستخدم الثاني كعنصر تحكم) ، ووفقًا للخوارزمية ، اضبط موضع المخمد ، الذي يحدد كمية الهواء الدافئ.

إذا كان هناك أكثر من 10 مناطق في الكوخ ، فهناك حاجة لأكثر من 30 منفذًا للتحكم في النظام بأكمله. بالطبع ، يمكنك استخدام العديد من لوحات Uno تحت السيطرة العامة لأحدها ، ولكن هذا يخلق صعوبات تحويل إضافية. في هذه الحالة ، يُنصح باستخدام نماذج من عائلة Mega.

حجم الألواح العائلية الضخمة (101.5 × 53.4 سم) أكبر من تلك التي تمت مراجعتها سابقًا. هذه ضرورة فنية - وإلا لا يمكنك وضع الكثير من الموانئ

يعتمد Arduino Mega على معالج دقيق 8-bit 16-MHz aTMega1280.

لديها كمية كبيرة من الذاكرة:

• ذاكرة فلاش: 128 كيلو بايت ؛
• SRAM: 8 كيلو بايت ؛
• EEPROM: 4 كيلوبايت.

لكن ميزته الرئيسية هي وجود العديد من الموانئ:

• عدد المنافذ الرقمية: 54 ؛
• منها مع وظيفة PWM: 15 ؛
• عدد المنافذ التناظرية: 16.

تحتوي هذه اللوحة على نوعين حديثين:

• يعتمد Mega 2560 على المعالج الدقيق aTMega2560 ، الذي يتميز بذاكرة فلاش كبيرة - 256 كيلوبايت ؛
• بالإضافة إلى المعالج الدقيق aTMega2560 ، فإن Mega ADK مجهز بواجهة USB مع القدرة على الاتصال بالأجهزة بناءً على نظام تشغيل Android.

يتميز نموذج Arduino Mega ADK بميزة واحدة. عند توصيل الهاتف بمنفذ USB ، يكون الوضع التالي ممكنًا: إذا كان الهاتف بحاجة إلى الشحن ، فسيبدأ في "سحبه" من اللوحة. لذلك ، هناك حاجة إضافية لمصدر للكهرباء - يجب أن توفر قوة حالية تبلغ 1.5 أمبير. عند توريد البطاريات ، يجب مراعاة هذا الشرط.

يمكنك صنع طاقة ذاتية لـ Arduino بمساعدة البطاريات أو البطاريات المتصلة. من خلال الجمع بين الاتصال التسلسلي والمتوازي ، يمكنك تحقيق الجهد المطلوب ووقت التشغيل الطويل

المستحق هو نموذج آخر من Arduino يجمع بين قوة المعالج الدقيق وعدد كبير من المنافذ.

خصائصها هي كما يلي:

• المعالج: Atmel SAM3X8E (32 بت ، 84 ميجاهرتز) ؛
• عدد المنافذ الرقمية: 54 ؛
• منها مع وظيفة PWM: 12 ؛
• عدد المنافذ التناظرية: 14 ؛
• ذاكرة فلاش: 512 كيلوبايت ؛
• SRAM: 96 كيلوبايت ؛
• EEPROM: لا.

يمكن أن تعمل جهات الاتصال التناظرية لهذه اللوحة في دقة 10 بت المعتادة لـ Arduino ، والتي تتم للتوافق مع الموديلات السابقة ، وبدقة 12 بت ، مما يسمح لك بالحصول على إشارة أكثر دقة.

ميزات تفاعل الوحدات من خلال المنافذ

جميع الوحدات التي سيتم توصيلها باللوحة لها ثلاثة مخرجات على الأقل. اثنان منهم من أسلاك الكهرباء ، أي "الأرض" ، وكذلك جهد 5 أو 3.3 فولت. السلك الثالث هو منطقي. يتم نقل البيانات إلى المنفذ. لتوصيل الوحدات ، استخدم أسلاك خاصة مجمعة في 3 قطع ، والتي تسمى أحيانًا وصلات صدرية.

نظرًا لأن طرازات Arduino عادةً ما تحتوي على منفذ واحد فقط بجهد و 1-2 منفذ أرضي ، من أجل توصيل العديد من الأجهزة ، ستحتاج إما إلى لحام الأسلاك أو استخدام ألواح اللوح.

لا يمكنك فقط توصيل طاقة ومنافذ لوحة Arduino بلوحة الخبز ، ولكن أيضًا عناصر أخرى ، على سبيل المثال ، المقاومة ، السجلات ، إلخ.

اللحام أكثر موثوقية ويستخدم في الأجهزة التي تخضع لتأثير مادي ، على سبيل المثال ، لوحات التحكم للروبوتات والرباعية. بالنسبة للمنزل الذكي ، من الأفضل استخدام ألواح الخبز ، حيث يكون أسهل أثناء التثبيت وعند إزالة الوحدة النمطية.

بالنسبة لبعض الموديلات (على سبيل المثال ، Arduino Zero و MKR1000) ، يكون جهد التشغيل 3.3 فولت ، لذلك إذا تم تطبيق قيمة أعلى على المنافذ ، فقد تتلف اللوحة. تتوفر جميع معلومات الطاقة في الوثائق الفنية للجهاز.

بطاقات إضافة (دروع)

لزيادة قدرات اللوحات الأم ، استخدم الدروع (Shields) - لتوسيع وظائف الأجهزة الإضافية. وهي مصنوعة لعامل شكل معين ، يميزها عن الوحدات التي تتصل بالمنافذ. الدروع أغلى من الوحدات ، ولكن العمل معها أسهل. كما أنها مزودة بمكتبات جاهزة برمز ، مما يسرع من تطوير برامج التحكم الخاصة بها من أجل "المنزل الذكي".

الدروع بروتو وأجهزة الاستشعار

لا يحمل هذان الدروعان القياسيان أي ميزات خاصة. يتم استخدامها لاتصال أكثر إحكاما وملاءمة لعدد كبير من الوحدات.

Proto Shield هي نسخة كاملة تقريبًا من الأصل من حيث المنافذ ، وفي منتصف الوحدة يمكنك لصق لوحة توصيل. هذا يجعل التجميع أسهل. توجد هذه الإضافات لجميع لوحات Arduino كاملة الطول.

يتم وضع Proto Shield أعلى اللوحة الأم. هذا يزيد قليلاً من ارتفاع الهيكل ، ولكنه يوفر الكثير من المساحة في الطائرة

ولكن إذا كان هناك الكثير من الأجهزة (أكثر من 10) ، فمن الأفضل استخدام لوحات التصحيح Sensor Shield الأكثر تكلفة.

ليس لديهم لوحة إعلانية ، ومع ذلك ، يتم تزويد كل استنتاجات الموانئ بشكل فردي بالطاقة والأرض. هذا يسمح لك بعدم الخلط في الأسلاك والقفزات.

مساحة سطح اللوحة الأم ولوحات الاستشعار هي نفسها ، ولكن الشريحة لا تحتوي على رقائق أو مكثفات أو عناصر أخرى. لذلك ، يتم توفير مساحة كبيرة للاتصالات الكاملة

يوجد أيضًا على هذه اللوحة وسادات لسهولة الاتصال بالعديد من الوحدات: Bluetoots ، وبطاقات SD ، و RS232 (منفذ COM) ، وراديو والموجات فوق الصوتية.

ربط الوظائف المساعدة

دروع مع وظائف متكاملة مصممة لحل المهام المعقدة ولكن النموذجية. إذا كنت بحاجة إلى تنفيذ الأفكار الأصلية ، فمن الأفضل اختيار الوحدة المناسبة.

درع المحرك. وهي مصممة للتحكم في سرعة ودوران المحركات منخفضة الطاقة. النموذج الأصلي مجهز بشريحة L298 واحدة ويمكن أن يعمل في وقت واحد مع محركين DC أو محرك سيرفو واحد. يوجد جزء متوافق من جهة تصنيع تابعة لجهة خارجية ، والتي تحتوي على شريحتين L293D مع القدرة على التحكم في ضعف عدد محركات الأقراص.

تتابع الدرع. وحدة متكررة الاستخدام مع أنظمة المنزل الذكي. لوح مزود بأربع مرحلات كهروميكانيكية ، يسمح كل منها بمرور التيار بقوة تصل إلى 5 أمبير. هذا يكفي لتشغيل وإيقاف أجهزة كيلووات أو خطوط الإضاءة وإيقافها تلقائيًا ، وهو مصمم للتيار المتردد 220 فولت.

درع LCD. يتيح لك عرض المعلومات على الشاشة المدمجة ، والتي يمكن ترقيتها إلى جهاز TFT. غالبًا ما يستخدم هذا التمديد لإنشاء محطات الطقس مع قراءات درجة الحرارة في المباني السكنية المختلفة ، والمباني الملحقة ، ومرآب ، وكذلك درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح في الشارع.

الأزرار مدمجة في درع LCD الذي يسمح لك ببرمجة ترحيل المعلومات واختيار الإجراءات لإصدار أوامر للمعالج الدقيق

درع تسجيل البيانات. المهمة الرئيسية للوحدة هي تسجيل البيانات من أجهزة الاستشعار على بطاقة SD كاملة التنسيق تصل إلى 32 جيجابايت مع دعم لنظام الملفات FAT32. للتسجيل على بطاقة micro SD ، تحتاج إلى شراء محول. يمكن استخدام هذا الدرع كمستودع للمعلومات ، على سبيل المثال ، عند تسجيل البيانات من DVR. إنتاج شركة Adafruit Industries الأمريكية.

درع بطاقة SD. نسخة أبسط وأرخص من الوحدة السابقة. يتم إصدار هذه الملحقات من قبل العديد من الشركات المصنعة.

درع EtherNet. الوحدة الرسمية لربط اردوينو بالانترنت بدون كمبيوتر. توجد فتحة لبطاقة micro SD ، والتي تسمح لك بتسجيل البيانات وإرسالها عبر شبكة عالمية.

درع واي فاي. يتيح لك تبادل المعلومات لاسلكيًا مع دعم التشفير. يعمل على الاتصال بالإنترنت والأجهزة التي يمكن التحكم فيها عبر Wi-Fi.

درع جي بي آر إس. تستخدم هذه الوحدة ، كقاعدة عامة ، للتواصل مع "المنزل الذكي" مع المالك عبر الهاتف المحمول عبر رسائل SMS.

وحدات المنزل الذكي

يعد توصيل الوحدات من الشركات المصنعة التابعة لأطراف ثالثة والقدرة على العمل معهم باستخدام لغة البرمجة المدمجة هي الميزة الرئيسية لنظام Arduino المفتوح مقارنة بالحلول "الخاصة" لـ "المنزل الذكي". الشيء الرئيسي هو أن الوحدات تحتوي على وصف للإشارات المستقبلة أو المرسلة.

طرق الحصول على المعلومات

يمكن إدخال المعلومات عبر المنافذ الرقمية أو التناظرية. يعتمد ذلك على نوع الزر أو المستشعر الذي يتلقى المعلومات وينقلها إلى اللوحة.

بالنسبة لبرنامج الكمبيوتر ، تتوافق الإشارة الرقمية مع الفترات بـ "0" و "1" ، بينما تحدد الإشارة التناظرية مجموعة من القيم وفقًا لأبعادها

يمكن إرسال الإشارة إلى المعالج الدقيق من قبل شخص يستخدم طريقتين لهذا:

• الضغط على زر (مفاتيح). ينتقل السلك المنطقي في هذه الحالة إلى المنفذ الرقمي ، الذي يتلقى القيمة "0" في حالة الزر الذي تم تحريره و "1" في حالة الضغط عليه.
• دوران غطاء مقياس الجهد الدوار (المقاوم) أو انزلاق المنزلق رافعة. في هذه الحالة ، ينتقل السلك المنطقي إلى المنفذ التناظري. يمر الجهد من خلال محول تناظري إلى رقمي ، وبعد ذلك تنتقل البيانات إلى المعالج الدقيق.

يتم استخدام الأزرار لبدء حدث ، على سبيل المثال ، تشغيل وإطفاء الأضواء أو التدفئة أو التهوية. تستخدم المقابض الدوارة لتغيير الشدة - زيادة أو تقليل سطوع الضوء ، أو حجم الصوت أو سرعة دوران ريش المروحة.

مقياس الجهد هو أبسط جهاز ، لذلك فهو رخيص جدًا. خصائصه الرئيسية هي المقاومة الكهربائية وزاوية الدوران

تُستخدم المستشعرات لتحديد معلمات البيئة أو أصل الحدث تلقائيًا.

الأصناف التالية هي الأكثر طلبًا لتشغيل "المنزل الذكي":

• مستشعر الصوت. تُستخدم الإصدارات الرقمية من هذا الجهاز لتشغيل حدث باستخدام صوت أو صوت. تتيح لك النماذج التناظرية التعرف على الصوت ومعالجته.
• مستشعر الضوء. يمكن أن تعمل هذه الأجهزة في المرئي وفي نطاق الأشعة تحت الحمراء. يمكن استخدام هذا الأخير كنظام إنذار الحريق.
• جهاز استشعار درجة الحرارة. بالنسبة للمنزل والشارع ، يستخدمون نماذج مختلفة ، نظرًا لأن النماذج الخارجية محمية بشكل أفضل من الرطوبة. هناك أيضًا أجهزة بعيدة على السلك.
• جهاز استشعار الرطوبة. نموذج DHT11 مناسب للاستخدام الداخلي ، و DHT22 الأكثر تكلفة للاستخدام في الهواء الطلق. يمكن لكلا الجهازين أيضًا قراءة درجة الحرارة. الاتصال بمنفذ رقمي.
• جهاز استشعار ضغط الهواء. للعمل مع لوحات Arduino ، أثبتت مقاييس Bosh التناظرية نفسها: bmp180 ، bmp280. كما تقيس درجة الحرارة. يمكن أن يسمى نموذج bme280 محطة الطقس ، كما أنه يعطي أيضًا قيمة الرطوبة.
• أجهزة استشعار الحركة والوجود. يتم استخدامها لأغراض أمنية أو لتشغيل الضوء تلقائيًا.
• جهاز استشعار المطر. يتفاعل مع دخول الماء إلى سطحه. يمكن استخدامه أيضًا لإطلاق إنذار بشأن التسرب في دائرة الماء أو التدفئة.
• جهاز الاستشعار الحالي. يتم استخدامها للكشف عن الأجهزة الكهربائية المكسورة (المصابيح المحترقة) أو لتحليل الجهد الكهربائي لمنع الحمل الزائد.
• مستشعر تسرب الغاز. يتم استخدامه للكشف عن والاستجابة لزيادة تركيزات البروبان.
• مستشعر ثاني أكسيد الكربون. يتم استخدامه لتحديد تركيز ثاني أكسيد الكربون في غرف المعيشة وفي غرف خاصة مثل أقبية النبيذ حيث يحدث التخمير.

هناك العديد من أجهزة الاستشعار المختلفة لمهام محددة ، على سبيل المثال ، لقياس الوزن ومعدل تدفق المياه والمسافة ورطوبة التربة وما إلى ذلك.

بعض أجهزة الاستشعار ، مثل مقياس شدة الرياح المصمم لقياس سرعة الرياح واتجاهها ، هي أدوات كهروميكانيكية معقدة

يمكن عمل العديد من أجهزة الاستشعار وأجهزة الاستشعار بشكل مستقل باستخدام مكونات أبسط. سيكلف أقل.ولكن ، على عكس استخدام الأجهزة التسلسلية ، سيكون عليك قضاء بعض الوقت في المعايرة.

إدارة الصك والنظام

بالإضافة إلى جمع المعلومات وتحليلها ، يجب أن يستجيب "المنزل الذكي" للأحداث الناشئة. يتيح لك وجود الإلكترونيات المتقدمة على الأجهزة المنزلية الحديثة الوصول إليها مباشرةً باستخدام Wi-Fi أو GPRS أو EtherNet. عادة ، بالنسبة لأنظمة Arduino ، يتم تنفيذ تحويل معالج دقيق وأجهزة عالية التقنية عبر Wi-Fi.

من أجل استخدام Arduino لتشغيل مكيف الهواء عند درجة حرارة عالية في المنزل ، لحجب التلفزيون والإنترنت ليلاً في غرفة الأطفال أو لبدء غلاية التدفئة عند وصول أصحابها ، يجب تنفيذ ثلاث خطوات:

1. قم بتثبيت وحدة Wi-Fi على اللوحة الأم.
2. ابحث عن قنوات التردد غير المشغولة لتجنب تعارض الأنظمة.
3. فهم أوامر الأدوات وإجراءات البرنامج (أو استخدام مكتبات جاهزة).

بالإضافة إلى "التواصل" مع الأجهزة المحوسبة ، غالبًا ما تنشأ المهام المتعلقة بأداء أي إجراءات ميكانيكية. على سبيل المثال ، يمكنك توصيل محرك سيرفو أو علبة تروس صغيرة باللوحة ، والتي سيتم تشغيلها منه.

يتكون محرك المؤازرة من محرك والعديد من علب التروس. لذلك ، على الرغم من التيار المنخفض (5 فولت) ، يمكنه تطوير قوة لائقة ، وهي كافية ، على سبيل المثال ، لفتح النافذة

إذا كان من الضروري توصيل أجهزة قوية تعمل من مصدر طاقة خارجي ، استخدم خيارين:

1. التضمين في دارة التتابع.
2. ربط مفتاح التشغيل و triac.

دائرة كهربائية الكهرومغناطيسي أو تتابع الحالة الصلبة يغلق ويفتح أحد الأسلاك عند الطلب من المعالج. ميزتها الرئيسية هي أقصى تيار مسموح به (على سبيل المثال ، 40 أمبير) ، والذي يمكن أن يمر عبر هذا الجهاز.

أما بالنسبة لتوصيل مفتاح الطاقة (mosfet) للتيار المباشر و triac للتيار المتناوب ، فلديهما قيمة أقل للتيار المسموح به (5-15 أمبير) ، ولكنهما يمكنهما زيادة الحمل بسلاسة. ولهذا السبب يتم توفير منافذ PWM على اللوحات. يتم استخدام هذه الخاصية للتحكم في سطوع الإضاءة وسرعة المروحة وما إلى ذلك.

باستخدام المرحلات ومفاتيح الطاقة ، يمكنك أتمتة جميع الدوائر الكهربائية للمنزل وتشغيل المولد في حالة عدم وجود تيار. لذلك ، على أساس Arduino ، من الممكن بشكل واقعي توفير شقة أو مبنى بشكل مستقل ، بما في ذلك جميع الوظائف المهمة بشكل خاص تدفئةوإمدادات المياه والصرف والتهوية ونظام الأمن.

هل تريد أن يكون منزلك أكثر ذكاءً ، ولكن مع برمجة "أنت"؟ في هذه الحالة ، نوصي بالاطلاع على الحلول الجاهزة من Xiaomi و Apple ، والتي يسهل تثبيتها وتكوينها حتى للمبتدئين. ويمكنك حتى إصدار الأوامر والتحكم في تنفيذها حتى من هاتفك الذكي.

المزيد عن المنزل الذكي من Xiaomi و Apple في المقالات التالية:

• Xiaomi smart home: ميزات التصميم ، نظرة عامة على المكونات الرئيسية وعناصر العمل
• المنزل الذكي من Apple: تعقيدات تنظيم أنظمة التحكم في المنزل من شركة Apple

استنتاجات وفيديو مفيد حول الموضوع

مثال على الفراغ الذي تم تجميعه ذاتيًا لـ "المنزل الذكي":

يسمح انفتاح منصة Arduino باستخدام المكونات من مختلف الشركات المصنعة. وهذا يجعل من السهل تصميم "منزل ذكي" لطلبات المستخدمين. لذلك ، إذا كانت هناك معرفة ضئيلة على الأقل في مجال برمجة وتوصيل الأجهزة الإلكترونية ، يجدر الانتباه إلى هذا النظام.

هل أنت على دراية بمنصة Arduino في الممارسة وتريد مشاركة تجربتك مع القادمين الجدد إلى هذا العمل؟ ربما ترغب في استكمال المواد المذكورة أعلاه بتوصيات أو تعليقات مفيدة؟ اكتب تعليقاتك تحت هذا المنشور.

إذا كان لديك أي أسئلة حول تصميم نظام منزل آلي يعتمد على Arduino ، فاسأل خبرائنا وغيرهم من زوار الموقع في الكتلة أدناه.