Älykäs koti, joka perustuu Arduino-ohjaimiin: hallitun tilan suunnittelu ja organisointi

Automaation kehitys on johtanut integroitujen järjestelmien luomiseen, jotka parantavat ihmisen elämän laatua. Monet tunnetut elektroniikan ja ohjelmistoympäristöjen valmistajat tarjoavat valmiita vakioratkaisuja eri esineisiin.

Jopa kokematon käyttäjä pystyy kehittämään itsenäisiä projekteja ja koota "älykkään kodin" Arduinolle tarpeidensa mukaan. Tärkeintä on ymmärtää perusteet ja olla pelkäämättä kokeilla.

Tässä artikkelissa tarkastellaan Arduino-laitteisiin perustuvan automaattisen talon luomisen periaatetta ja perustoimintoja. Harkitse myös käytettyjen levyjen tyyppejä ja järjestelmän päämoduuleja.

Järjestelmien luominen Arduino-alustalle

Arduino on alusta kehittää elektronisia laitteita, joissa on automaattinen, puoliautomaattinen tai manuaalinen ohjaus. Se on tehty rakentajan periaatteen mukaisesti, jolla on selvästi määritellyt säännöt elementtien väliselle vuorovaikutukselle. Järjestelmä on avoin, mikä antaa valmistajille mahdollisuuden osallistua sen kehittämiseen.

Klassinen “älykäs koti"Koostuu automaattisista yksiköistä, jotka suorittavat seuraavat toiminnot:

• kerätä tarvittavat tiedot anturien kautta;
• analysoida tietoja ja tehdä päätöksiä ohjelmoitavalla mikroprosessorilla;
• toteuttamaan tehdyt päätökset antamalla komentoja eri laitteille.

Arduino-alusta on hyvä juuri siksi, että se ei sulje tiettyä valmistajaa, vaan antaa kuluttajalle mahdollisuuden valita hänelle sopivat komponentit. Heidän valintansa on valtava, joten voit toteuttaa melkein mitä tahansa ideoita.

Suosittelemme, että tutustu parhaisiin älykkäät laitteet kotiin.

Voit oppia työskentelemään Arduinon kanssa ostamalla aloituspakkauksen valmistajan verkkosivustolta. Teknisen englannin kielen taito vaaditaan, koska dokumentaatiota ei venäytä

Yhdistettyjen laitteiden moninaisuuden lisäksi C ++: ssa toteutettu ohjelmointiympäristö lisää vaihtelevuutta.Käyttäjä ei voi vain hyödyntää luomia kirjastoja, vaan myös ohjelmoida järjestelmäkomponenttien reagoinnin esiin nouseviin tapahtumiin.

Päälevyn elementit

Älykkään kodin pääelementti on yksi tai useampi keskeinen (emolevy) paneeli. He ovat vastuussa kaikkien elementtien vuorovaikutuksesta. Vain päätettyään tehtävät, jotka on ratkaistava, voimme edetä pääjärjestelmän solmun valintaan.

Emolevy yhdistää seuraavat elementit:

• Mikrokontrolleri (prosessori). Sen päätarkoitus on antaa ja mitata jännite satamissa välillä 0-5 tai 0-3,3 V, tallentaa tietoja ja suorittaa laskelmia.
• Ohjelmoija (kaikilla taulukoilla ei ole sitä). Tätä laitetta käyttämällä mikro-ohjaimen muistiin kirjoitetaan ohjelma, jonka mukaan ”älykäs koti” toimii. Se on kytketty tietokoneeseen, tablet-laitteeseen, älypuhelimeen tai muuhun laitteeseen USB-liitännän avulla.
• Jännitteen vakaaja. Tarvitaan 5 voltin laite, jota tarvitaan koko järjestelmän virran kytkemiseen.

Arduino-tuotemerkillä on saatavana useita emolevymalleja. Ne eroavat toisistaan ​​muotokertoimen (koon), porttien lukumäärän ja muistin koon mukaan. Juuri näiden indikaattoreiden avulla sinun on valittava oikea laite.

Heille tarkoitetut Arduino-levyt ja -suojat on parasta ostaa valmistajalta, koska ne ovat parempia kuin Kiinassa julkaistavat yhteensopivat laitteet

Portteja on kahta tyyppiä:

• digitaalinenjotka on merkitty taululle kirjaimilla "D";
• analoginenmerkitty kirjaimella "A".

Heidän ansiosta mikrokontrolleri kommunikoi kytkettyjen laitteiden kanssa. Mikä tahansa portti voi toimia sekä signaalin vastaanottamisessa että ulostulossa. Digitaaliset portit, joissa on merkintä “pwm”, on tarkoitettu PWM-tyyppisen signaalin tuloon ja ulostuloon (pulssinleveyden modulaatio).

Siksi ennen levyn ostamista sinun on ainakin arvioitava likimääräisesti sen kuormitusaste eri laitteissa. Tämä määrittää halutun määrän kaikentyyppisiä portteja.

On ymmärrettävä, että ”älykäs koti” -järjestelmää ei tarvitse kytkeä yhteen emolevyyn perustuvaan ohjausyksikköön. Sellaiset toiminnot kuin esimerkiksi keinotekoisen valaistuksen sisällyttäminen alueelle vuorokaudenajasta riippuen ja vesivarannon ylläpitäminen varastosäiliössä ovat toisistaan ​​riippumattomia.

Sähköisen järjestelmän luotettavuuden varmistamisen kannalta on parempi jakaa toisiinsa liittymättömät tehtävät eri lohkoihin, minkä Arduino-konsepti on helppo toteuttaa. Jos yhdistät useita laitteita samassa paikassa, on mahdollista, että mikroprosessori ylikuumenee, ohjelmistokirjasto on ristiriidassa ja vaikeuksia löytää ja korjata ohjelmisto- ja laitteistovirheitä.

Useiden erityyppisten laitteiden kytkemistä yhteen korttiin käytetään yleensä robotiikassa, missä kompaktius on tärkeä. Älykäs koti on parempi käyttää omaa perustaa jokaiselle tehtävälle

Jokainen mikroprosessori on varustettu kolmella muistilla:

• Flash-muisti Päämuisti, johon järjestelmänhallintaohjelman koodi on tallennettu. Pieni osa (3–12%) siitä on langallisen käynnistyslataimen käytössä.
• SRAM. RAM, joka tallentaa ohjelmalle välttämättömät väliaikaiset tiedot. Eroaa nopealla työllä.
• EEPROM. Hitaampi muisti, johon tietoja voidaan myös tallentaa.

Tärkein ero tietojen säilyttämistä varten tarkoitettujen muistityyppien välillä on se, että kun virta katkaistaan, SRAM-muistiin tallennetut tiedot menetetään, mutta jäävät EEPROM-tietokantaan. Mutta haihtumattomalla tyypillä on myös haittapuoli - rajoitettu määrä kirjoitussyklejä. Tämä on muistettava, kun luot omia sovelluksiasi.

Toisin kuin Arduinon käyttö robotiikassa, useimmissa ”älykkään kodin” tehtävissä ei tarvita paljon muistia joko ohjelmiin tai tietojen tallentamiseen.

Laadutyypit älykkään kodin rakentamiseen

Mieti päätaulutyyppejä, joita käytetään yleisimmin älykkään kodin järjestelmän kokoonpanossa.

Näytä nro 1 - Arduino Uno ja sen johdannaiset

Yleisimmät älykkään kodin järjestelmät käyttävät Arduino Uno- ja Arduino Nanon -tauluja. Heillä on riittävät toiminnot tyypillisten ongelmien ratkaisemiseksi.

Tehoisten täysformaattisten levyjen läsnäolo jännitteestä 7-12 volttia tarjoaa monia etuja. Ensinnäkin se on mahdollisuus pitkäaikaiseen itsenäiseen käyttöön vakioparistoista tai akuista

Arduino Uno Rev3: n pääparametrit:

• prosessori: ATMega328P (8 bitti, 16 MHz);
• digitaalisten porttien lukumäärä: 14;
• joista PWM-toiminnolla: 6;
• analogisten porttien lukumäärä: 6;
• flash-muisti: 32 KB;
• SRAM: 2 kt;
• EEPROM: 1 kt.

Ei niin kauan sitten, muutos tuli ulos - Uno Wi-Fi, joka sisältää integroidun moduulin ESP8266, jonka avulla voit vaihtaa tietoja muiden laitteiden kanssa standardin 802.11 b / g / n mukaisesti.

Arduino Nanon ja sen suuremman analogin välinen ero on sen, ettei omasta pistorasiasta ole 12 V: tä. Tämä tehdään pienemmän laitteen aikaansaamiseksi, jonka avulla on helppo piiloutua pieneen tilaan. Näitä tarkoituksia varten myös tavallinen USB-liitäntä korvataan sirulla mini-USB-kaapelilla. Arduino Nanossa on 2 analogista porttia enemmän kuin Unoon.

Uno-aluksella on toinen modifikaatio - Arduino Mini. Se on jopa pienempi kuin Nano, ja sen kanssa on paljon vaikeampaa työskennellä. Ensinnäkin USB-portin puute aiheuttaa ongelmia laiteohjelmalle, koska tätä varten sinun on käytettävä USB-Serial Converter -sovellusta. Toiseksi, tämä levy on valinnan suhteen nirso - on tarpeen aikaansaada tulojännitealue 7-9 V.

Edellä kuvatuista syistä Arduino Mini -levyä käytetään harvoin “älykkään kodin” käyttämiseen. Yleensä sitä käytetään joko robotiikassa tai valmiiden projektien toteuttamisessa.

Näytä nro 2 - Arduino Leonardo ja Micro

Arduino Leonardo -levy on samanlainen kuin Uno, mutta hieman voimakkaampi. Toinen mielenkiintoinen ominaisuus tässä mallissa on sen määritelmä, kun se on kytketty tietokoneeseen näppäimistönä, hiirenä tai ohjaussauvana. Siksi sitä käytetään usein alkuperäisten pelilaitteiden ja simulaatioiden luomiseen.

Taulukko Uno-, Leonardo-malleista ja niiden pienoisanalogeista. Kehittäjät eivät noudattaneet nimien logiikkaa - “nano” pitäisi olla pienin

Arduino Leonardon pääparametrit ovat seuraavat:

• prosessori: ATMega32u4 (8 bitti, 16 MHz);
• digitaalisten porttien lukumäärä: 20;
• joista PWM-toiminnolla: 7;
• analogisten porttien lukumäärä: 12;
• flash-muisti: 32 KB;
• SRAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 kt.

Kuten parametrien luettelosta voidaan nähdä, Leonardossa on enemmän portteja, mikä mahdollistaa tämän mallin lataamisen suurella määrällä antureita.

Myös Leonardo on täysin identtinen pienoisanalogi, nimeltään Micro. Sillä ei ole virtaa 12 V: sta, ja täysimittaisen USB-tulon sijasta on siru mini-USB-kaapelille.

Esplora-nimisen Leonardo-version muuttaminen on puhtaasti pelimalli, joka ei sovi ”älykkään kodin” tarpeisiin.

Näytä nro 3 - Arduino 101, Arduino Zero ja Arduino MKR1000

Joskus Arduinon perusteella toteutettujen älykkään kodin järjestelmien toimintaan tarvitaan suuri laskentateho, jota 8-bittiset mikro-ohjaimet eivät pysty tarjoamaan. Tehtävät, kuten äänen tai kuvan tunnistus, vaativat nopean prosessorin ja huomattavan määrän RAM-muistia tällaisille laitteille.

Näiden erityisten ongelmien ratkaisemiseksi käytetään voimakkaita levyjä, jotka toimivat Arduino-konseptin mukaisesti. Niiden satamien lukumäärä on suunnilleen sama kuin Uno- tai Leonardo-levyjen.

Arduino 101: llä on samat mitat kuin Unolla tai Leonardolla, mutta se painaa melkein kaksi kertaa niin paljon. Syynä tähän on kahden USB-tulon ja lisäpiirien läsnäolo.

Yksi helpoimmin käytettävistä, mutta voimakkaista levyistä - Arduino 101: llä on seuraavat ominaisuudet:

• prosessori: Intel Curie (32 bitti, 32 MHz);
• flash-muisti: 196 KB;
• SRAM: 24 kt;
• EEPROM: ei.

Lisäksi kortti on varustettu BLE-toiminnolla (Bluetooth Low Energy), jolla on mahdollisuus helposti liittää valmiita ratkaisuja, kuten sykeanturi, vastaanottaa säätietoja ikkunan ulkopuolella, lähettää tekstiviestejä jne. Laitteeseen on integroitu myös gyroskooppi ja kiihtyvyysanturi, mutta niitä käytetään pääasiassa robotiikassa.

Toinen samanlainen taulu - Arduino Zero on seuraavat indikaattorit:

• prosessori: SAM-D21 (32 bittiä, 48 MHz);
• flash-muisti: 256 KB;
• SRAM: 32 KB;
• EEPROM: ei.

Tämän mallin erityispiirre on integroidun virheenkorjaimen (EDBG) läsnäolo. Sen avulla on paljon helpompaa etsiä virheitä ohjelmoitaessa levyä.

Laadukasta koodia kirjoitettaessa jopa erittäin pätevillä ohjelmoijilla on virheitä. Löydä ne käyttämällä debuggeeria (debugger)

Arduino MKR1000 on toinen malli, joka soveltuu tehokkaaseen laskentaan.Siinä on mikroprosessori ja nolla muistuttava muisti. Sen tärkein ero on integroidun Wi-Fi-sirun, jossa on 802.11 b / g / n -protokolla, ja salauspiirin, joka tukee SHA-256-algoritmia suojaamaan lähetettyä dataa.

Näytä # 4 - megaperhemalleja

Joskus sinun on käytettävä suurta määrää antureita ja ohjattava huomattavaa määrää laitteita. Tämä on tarpeen esimerkiksi hajautettujen ilmastointijärjestelmien automaattiseen toimintaan, jotka ylläpitävät tietyn lämpötilan yksittäisillä alueilla.

Jokaiselle paikalliselle alueelle on välttämätöntä seurata kahden lämpötila-anturin lukemat (toista käytetään säätönä) ja säätää algoritmin mukaisesti pellin asentoa, joka määrää lämpimän ilman määrän.

Jos mökissä on yli 10 tällaista vyöhykettä, tarvitaan yli 30 porttia koko järjestelmän ohjaamiseksi. Voit tietysti käyttää useita Uno-kortteja yhden niistä yleisessä valvonnassa, mutta tämä aiheuttaa lisävaikeuksia vaihtoon. Tässä tapauksessa on suositeltavaa käyttää Mega-perheen malleja.

Mega-perhekorttien koko (101,5 x 53,4 cm) on suurempi kuin aiemmin tarkistetuissa malleissa. Tämä on tekninen välttämättömyys - muuten et voi sijoittaa niin monta porttia

Arduino Mega perustuu melko yksinkertaiseen 8-bittiseen 16-MHz: n aTMega1280-mikroprosessoriin.

Siinä on paljon muistia:

• flash-muisti: 128 KB;
• SRAM: 8 kt;
• EEPROM: 4 kt.

Mutta sen tärkein etu on monien satamien läsnäolo:

• digitaalisten porttien lukumäärä: 54;
• joista PWM-toiminnolla: 15;
• analogisten porttien lukumäärä: 16.

Tällä levyllä on kaksi nykyaikaista lajiketta:

• Mega 2560 perustuu aTMega2560 -prosessoriin, jossa on suuri flash-muisti - 256 kt;
• ATMega2560-mikroprosessorin lisäksi Mega ADK on varustettu USB-liitännällä, joka mahdollistaa yhteyden muodostamisen Android-käyttöjärjestelmään perustuviin laitteisiin.

Arduino Mega ADK -mallissa on yksi ominaisuus. Kun kytket puhelimen USB-tuloon, seuraava tilanne on mahdollinen: jos puhelin tarvitsee latausta, se alkaa "vetää" sitä ulos kortista. Siksi sähkönlähteelle on lisävaatimus - sen on tarjottava virranlujuus 1,5 ampeeria. Tätä tilaa on otettava huomioon akkuja toimitettaessa.

Voit tuottaa itsenäistä virtaa Arduinolle kytkettyjen paristojen tai paristojen avulla. Yhdistämällä sarja- ja rinnakkaisliitäntä voit saavuttaa halutun jännitteen ja pitkän käyttöajan

Due on toinen Arduino-malli, jossa yhdistyvät mikroprosessorin teho ja suuri määrä portteja.

Sen ominaisuudet ovat seuraavat:

• prosessori: Atmel SAM3X8E (32 bittiä, 84 MHz);
• digitaalisten porttien lukumäärä: 54;
• joista PWM-toiminnolla: 12;
• analogisten porttien lukumäärä: 14;
• flash-muisti: 512 KB;
• SRAM: 96 kt;
• EEPROM: ei.

Tämän kortin analogiset koskettimet voivat toimia sekä tavallisessa Arduinon 10-bittisessä resoluutiossa, joka tehdään yhteensopivuuden aikaisempien mallien kanssa, että 12-bittisessä resoluutiossa, joka antaa sinulle tarkemman signaalin.

Ominaisuudet moduulien vuorovaikutuksesta porttien kautta

Kaikilla korttiin kytkettävillä moduuleilla on vähintään kolme lähtöä. Kaksi niistä on virtajohtoja, ts. "Maadoitettu", samoin kuin jännite 5 tai 3,3 V. Kolmas johdin on looginen. Se lähettää tietoja porttiin. Liitä moduulit käyttämällä 3-kappaleisiin ryhmiteltyjä erityisiä johtoja, joita kutsutaan joskus hyppykkeiksi.

Koska Arduino-malleissa on yleensä vain yksi portti jännitteellä ja 1-2 porttia maalla, useiden laitteiden kytkemiseksi joudutaan joko juottamaan johdot tai käyttämään leipälautalevyjä.

Voit kytkeä Arduino-levyn virta ja portit leipälautaan lisäksi myös muita elementtejä, kuten esimerkiksi vastus, rekisterit jne.

Juotos on luotettavampi ja sitä käytetään laitteissa, joihin kohdistuu fyysisiä vaikutuksia, esimerkiksi robottien ja nelikoptereiden ohjauskortteissa. Älykkäässä kodissa on parempi käyttää leipälautoja, koska se on helpompaa sekä asennuksen aikana että moduulin poistamisen yhteydessä.

Joidenkin mallien (esimerkiksi Arduino Zero ja MKR1000) käyttöjännite on 3,3 V, joten jos portteihin kohdistetaan suurempi arvo, levy voi vaurioitua. Kaikki virtatiedot ovat saatavilla laitteen teknisissä ohjeissa.

Lisäkortit (kilvet)

Emolevyjen ominaisuuksien lisäämiseksi käytä suojauksia (suojat) - laajentamalla lisälaitteiden toimintoja. Ne on tehty tiettyä muotokerrointa varten, joka erottaa ne moduuleista, jotka yhdistävät satamiin. Suojat ovat kalliimpia kuin moduulit, mutta niiden kanssa työskenteleminen on helpompaa. Ne on myös varustettu valmiilla kirjastoilla, joilla on koodi, mikä nopeuttaa heidän älykkään kodin omien ohjausohjelmiensa kehittämistä.

Kilvet Proto ja anturi

Nämä kaksi standardisuojaa eivät tuo erityisiä ominaisuuksia. Niitä käytetään pienempien ja kätevämpien yhteyksien lukemiseen monien moduulien kanssa.

Proto Shield on porttien suhteen melkein täydellinen kopio alkuperäisestä, ja moduulin keskelle voit kiinnittää leiväntaulun. Tämä helpottaa kokoamista. Tällaisia ​​lisäosia on kaikilla täysipitkillä Arduino-levyillä.

Proto Shield asetetaan emolevyn päälle. Tämä lisää hieman rakenteen korkeutta, mutta säästää paljon tilaa tasossa

Mutta jos laitteita on paljon (yli 10), niin on parempi käyttää kalliimpia Sensor Shield -korjauslevyjä.

Niillä ei ole jalustataulua, mutta kaikki porttien johtopäätökset toimitetaan erikseen voimalla ja maalla. Tämän ansiosta et voi sekoittaa johtoja ja hyppyjohtimia.

Emolevyn ja anturilevyjen pinta-ala on sama, mutta sirussa ei ole siruja, kondensaattoreita tai muita elementtejä. Siksi vapautuu paljon tilaa täydellisille yhteyksille

Tällä levyllä on myös tyynyjä useiden moduulien helppoon kytkemiseen: Bluetoots, SD-kortit, RS232 (COM-portti), radio ja ultraääni.

Lisätoimintojen kytkeminen

Suojatut integroidut toiminnot, jotka on suunniteltu ratkaisemaan monimutkaisia, mutta tyypillisiä tehtäviä. Jos joudut toteuttamaan alkuperäisiä ideoita, on parempi valita oikea moduuli.

Moottorisuoja. Se on suunniteltu säätämään pienitehoisten moottorien nopeutta ja pyörintänopeutta. Alkuperäinen malli on varustettu yhdellä L298-sirulla ja voi toimia samanaikaisesti kahden tasavirtamoottorin tai yhden servomoottorin kanssa. Mukana on yhteensopiva osa valmistajalta, jolla on kaksi L293D-sirua, joilla on mahdollisuus ohjata kaksinkertainen määrä asemia.

Relekilpi. Yleisesti käytetty moduuli älykkäiden kotijärjestelmien kanssa. Lauta neljällä sähkömekaanisella releellä, joista jokainen sallii virran kulkemisen jopa 5A voimalla. Tämä riittää 220 kW: n vaihtovirtaan suunniteltujen kilowatin laitteiden tai valaistuslinjojen automaattiseen kytkemiseen päälle ja pois päältä.

LCD-suoja. Voit näyttää tiedot sisäisellä näytöllä, joka voidaan päivittää TFT-laitteeksi. Tätä laajennusta käytetään usein sääasemien luomiseen, joiden lämpötilalukemat ovat erilaisissa asuintaloissa, ulkorakennuksissa, autotallissa, samoin kuin lämpötila, kosteus ja tuulen nopeus kadulla.

Nestekidenäytössä on sisäänrakennetut painikkeet, joiden avulla voit ohjelmoida tiedon sivun ja valita toimenpiteet komentojen lähettämiseksi mikroprosessorille

Tiedonkeruusuoja. Moduulin päätehtävänä on tallentaa anturitiedot täysformaattiselle SD-kortille, jonka koko on 32 Gt, FAT32-tiedostojärjestelmän tuella. Voit tallentaa micro SD -kortille ostamalla sovittimen. Tätä suojaa voidaan käyttää tiedon varastona esimerkiksi tallennettaessa tietoja DVR: ltä. Amerikkalaisen Adafruit Industries -yhtiön tuotanto.

SD-kortin suoja. Edellisen moduulin yksinkertaisempi ja halvempi versio. Monet valmistajat julkaisevat tällaisia ​​laajennuksia.

EtherNet-suojaus. Virallinen moduuli Arduinon yhdistämiseksi Internetiin ilman tietokonetta. Siellä on micro SD -korttipaikka, jonka avulla voit tallentaa ja lähettää tietoja maailmanlaajuisen verkon kautta.

Wi-Fi-suojaus. Voit vaihtaa tietoja langattomasti salaustuella. Tarkoittaa yhteyden muodostamista Internetiin ja laitteisiin, joita voidaan hallita Wi-Fi: n kautta.

GPRS-suojaus. Tätä moduulia käytetään pääsääntöisesti kommunikoimaan “älykäs koti” omistajan kanssa matkapuhelimella SMS-viesteillä.

Älykkäät kodimoduulit

Kolmansien osapuolien valmistajien moduulien kytkeminen ja kyky työskennellä niiden kanssa sisäänrakennetulla ohjelmointikielellä on avoimen Arduino-järjestelmän tärkein etu verrattuna ”älykkään kodin” omistettuihin ratkaisuihin. Tärkeintä on, että moduuleilla on kuvaus vastaanotetuista tai lähetetyistä signaaleista.

Tapoja saada tietoa

Tiedot voidaan syöttää digitaalisten tai analogisten porttien kautta. Se riippuu painikkeen tai anturin tyypistä, joka vastaanottaa tiedot ja lähettää ne taululle.

Tietokoneohjelmalle digitaalinen signaali vastaa ajanjaksoja välillä "0" ja "1", kun taas analoginen signaali määrittää arvoalueen mitansa mukaisesti

Signaalin mikroprosessoriin voi lähettää henkilö, joka käyttää tätä kahta menetelmää:

• Painikkeen painaminen (näppäimet). Looginen johto menee tässä tapauksessa digitaaliseen porttiin, joka saa arvon “0” vapautetun painikkeen tapauksessa ja “1”, kun sitä painetaan.
• Kiertävän potentiometrin korkin kierto (vastus) tai vaihdevivun liukusäädin. Tässä tapauksessa looginen johdin menee analogiseen porttiin. Jännite kulkee analogia-digitaalimuuntimen läpi, jonka jälkeen data menee mikroprosessoriin.

Painikkeita käytetään tapahtuman käynnistämiseen, esimerkiksi valot päälle ja pois, lämmitys tai ilmanvaihto. Kiertonuppeja käytetään muuttamaan voimakkuutta - lisäämään tai vähentämään valon kirkkautta, äänenvoimakkuutta tai tuulettimen siipien pyörimisnopeutta.

Potentiometri on yksinkertaisin laite, joten se on erittäin halpa. Sen pääominaisuudet ovat sähkövastus ja kiertokulma

Antureita käytetään automaattisesti määrittämään ympäristön parametrit tai tapahtuman alkuperä.

Seuraavat lajikkeet ovat eniten kysyttyjä älykkään kodin toiminnalle:

• Äänianturi. Tämän laitteen digitaalisia versioita käytetään käynnistämään tapahtuma popilla tai äänellä. Analogisten mallien avulla voit tunnistaa ja käsitellä äänen.
• Valoanturi. Nämä laitteet voivat toimia sekä näkyvällä että infrapuna-alueella. Jälkimmäistä voidaan käyttää palovaroitusjärjestelmänä.
• Lämpötila-anturi. Talossa ja kadulla he käyttävät erilaisia ​​malleja, koska ulkona olevat mallit ovat paremmin suojattu kosteudelta. Johdossa on myös etälaitteita.
• Kosteusanturi. DHT11-malli soveltuu sisäkäyttöön ja kalliimpi DHT22-malli ulkokäyttöön. Molemmat laitteet voivat antaa myös lämpötilalukeman. Yhdistä digitaaliseen porttiin.
• Ilmanpaineanturi. Bosh-analogiset barometrit ovat osoittautuneet toimiviksi Arduino-levyjen kanssa: bmp180, bmp280. He myös mittaavat lämpötilaa. Bme280-mallia voidaan kutsua sääasemalle, koska se antaa lisäksi myös kosteusarvon.
• Liiketunnistimet. Niitä käytetään turvallisuustarkoituksiin tai valon automaattiseen kytkemiseen.
• Sadetunnistin. Reagoi pintaan saapuvaan veteen. Sitä voidaan käyttää myös hälytyksen käynnistämiseen vesi- tai lämmityspiirin vuotoista.
• Virta-anturi. Niitä käytetään rikkoutuneiden sähkölaitteiden (palanut lamput) havaitsemiseen tai jännitteen analysointiin ylikuormituksen estämiseksi.
• Kaasuvuotoanturi. Sitä käytetään havaitsemaan lisääntyneet propaanipitoisuudet ja reagoimaan niihin.
• Hiilidioksidianturi. Sitä käytetään hiilidioksidipitoisuuden määrittämiseen olohuoneissa ja erityisissä tiloissa, kuten viinikellarit, joissa käyminen tapahtuu.

Erityisiä tehtäviä varten on monia erilaisia ​​antureita, esimerkiksi painon, veden virtausnopeuden, etäisyyden, maaperän kosteuden mittaamiseen.

Jotkut anturit, kuten tuulen nopeuden ja suunnan mittaamiseksi suunniteltu anemometri, ovat monimutkaisia ​​sähkömekaanisia instrumentteja

Monet anturit ja anturit voidaan valmistaa itsenäisesti yksinkertaisemmilla komponenteilla. Se maksaa vähemmän.Mutta toisin kuin sarjalaitteiden käytössä, joudut viettämään aikaa kalibrointiin.

Laitteiden ja järjestelmien hallinta

Tietojen keräämisen ja analysoinnin lisäksi älykkään kodin on vastattava esiin nouseviin tapahtumiin. Kehittyneen elektroniikan olemassaolo nykyaikaisissa kodinkoneissa antaa sinun käyttää niitä suoraan Wi-Fi: n, GPRS: n tai EtherNetin avulla. Yleensä Arduino-järjestelmissä he toteuttavat mikroprosessorin ja korkean teknologian laitteiden vaihdon Wi-Fi: n kautta.

Jotta Arduinolla voidaan kytkeä ilmastointilaite päälle talossa korkeassa lämpötilassa, estää televisio ja Internet yöllä lastenhuoneessa tai käynnistää lämmityskattila omistajien saapuessa, on suoritettava kolme vaihetta:

1. Asenna Wi-Fi-moduuli emolevyyn.
2. Etsi vapaita taajuuskanavia järjestelmien ristiriitojen välttämiseksi.
3. Ymmärrä instrumentin komennot ja ohjelmatoimet (tai käytä valmiita kirjastoja).

Tietokoneistettujen laitteiden kanssa tapahtuvan "kommunikoinnin" lisäksi syntyy usein mekaanisten toimintojen suorittamiseen liittyviä tehtäviä. Voit esimerkiksi kytkeä servoajoavan tai pienen vaihdelaatikon kilpiin, joka saa siitä virran.

Servovetolaite koostuu moottorista ja useista vaihdelaatikoista. Siksi pienestä virrasta (5 V) huolimatta se voi kehittää kunnollisen tehon, joka riittää esimerkiksi ikkunan avaamiseen

Jos on tarpeen kytkeä ulkoisesta virtalähteestä toimivia tehokkaita laitteita, käytä kahta vaihtoehtoa:

1. Sisällyttäminen relepiiriin.
2. Kytke virtapainike ja triac.

Sähköpiiri sähkömagneettinen tai puolijohderele sulkee ja avaa yhden mikroprosessorin komennon johdoista. Niiden pääominaisuus on suurin sallittu virta (esimerkiksi 40 A), joka voi kulkea tämän laitteen läpi.

Mitä tulee virtakytkimen (mosfet) kytkemiseen tasavirtaan ja triacin vaihtovirtaan, niillä on alhaisempi sallitun virran voimakkuuden arvo (5-15 A), mutta ne voivat lisätä kuormaa tasaisesti. Juuri tästä syystä PWM-portit tarjotaan levyille. Tätä ominaisuutta käytetään valon kirkkauden, tuulettimen nopeuden jne. Säätämiseen.

Releitä ja virtakytkimiä käyttämällä voit automatisoida talon kaikki sähköpiirit täysin ja käynnistää generaattorin virran puuttuessa. Siksi Arduinon perusteella on realistisesti mahdollista tarjota asunto tai rakennus itsenäisesti, mukaan lukien kaikki erityisen tärkeät toiminnot lämmitys, vesihuolto, viemäröinti, ilmanvaihto ja turvajärjestelmä.

Haluatko kotisi viisaampaan, mutta ohjelmoimalla "sinulle"? Suosittelemme tässä tapauksessa, että tutustut Xiaomin ja Applen valmiisiin ratkaisuihin, jotka on helppo asentaa ja määrittää aloittelijoille. Ja voit jopa antaa komentoja ja hallita niiden suorittamista jopa älypuhelimesta.

Lisätietoja älykkäästä kodista Xiaomilta ja Applelta seuraavissa artikkeleissa:

• Xiaomi älykäs koti: suunnitteluominaisuudet, yleiskuvaus tärkeimmistä komponenteista ja työelementeistä
• Applen älykäs koti: hankaluuksia kotiohjausjärjestelmien järjestämisestä omenayhtiöltä

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Esimerkki itse kootusta lähtötason aihiosta älykkäälle kodille:

Arduino-alustan avoimuus mahdollistaa eri valmistajien komponenttien käytön. Tämän avulla on helppo suunnitella "älykäs koti" käyttäjän pyyntöihin. Siksi, jos sähköisten laitteiden ohjelmoinnista ja liittämisestä on ainakin merkityksetöntä tietoa, on syytä kiinnittää huomiota tähän järjestelmään.

Tunnetko Arduino-alustan käytännössä ja haluat jakaa kokemuksesi tämän yrityksen uusien tulokkaiden kanssa? Ehkä haluat täydentää yllä olevaa materiaalia hyödyllisillä suosituksilla tai kommentteilla? Kirjoita kommenttisi tämän viestin alle.

Jos sinulla on kysyttävää Arduinoon perustuvan automaattisen talojärjestelmän suunnittelusta, kysy asiantuntijoiltamme ja muilta sivuston vierailijoilta alla olevassa kappaleessa.