Išmanusis namas, pagrįstas Arduino valdikliais: valdomos erdvės projektavimas ir organizavimas

Tobulėjant automatizavimo įrankiams, buvo sukurtos sudėtingos sistemos, gerinančios žmogaus gyvenimo kokybę.Daugelis žinomų elektronikos ir programinės įrangos aplinkų gamintojų siūlo jau paruoštus standartinius sprendimus įvairiems objektams.

Net nepatyręs vartotojas gali kurti nepriklausomus projektus ir surinkti „išmanųjį namą“ naudodamas Arduino pagal savo poreikius. Svarbiausia suprasti pagrindus ir nebijoti eksperimentuoti.

Šiame straipsnyje apžvelgsime Arduino įrenginių pagrindu sukurtų automatizuotų namų kūrimo principą ir pagrindines funkcijas. Taip pat apsvarstysime naudojamų plokščių tipus ir pagrindinius sistemos modulius.

Sistemų kūrimas Arduino platformoje

„Arduino“ yra elektroninių prietaisų su automatiniu, pusiau automatiniu arba rankiniu valdymu kūrimo platforma. Jis pagamintas pagal dizainerio principą su aiškiai apibrėžtomis elementų sąveikos taisyklėmis. Sistema yra atvira, todėl jos kūrime gali dalyvauti trečiųjų šalių gamintojai.

Klasika «protingas namas» susideda iš automatizuotų blokų, kurie atlieka šias funkcijas:

• per jutiklius rinkti reikiamą informaciją;
• analizuoti duomenis ir priimti sprendimus naudojant programuojamą mikroprocesorių;
• įgyvendinti priimtus sprendimus duodamas komandas įvairiems įrenginiams.

Arduino platforma yra gera būtent tuo, kad ji nėra užrakinta prie konkretaus gamintojo, o leidžia vartotojui pasirinkti jam tinkančius komponentus. Jų pasirinkimas didžiulis, todėl galite įgyvendinti beveik bet kokią idėją.

Rekomenduojame peržiūrėti geriausius išmanieji įrenginiai namams.

Norėdami sužinoti, kaip dirbti su Arduino, galite įsigyti pradinį rinkinį gamintojo svetainėje. Reikalingos techninės anglų kalbos žinios, nes dokumentacija nėra rusifikuota

Be įvairių prijungtų įrenginių, C++ įdiegta programavimo aplinka prideda įvairovės. Vartotojas gali ne tik naudotis sukurtomis bibliotekomis, bet ir užprogramuoti sistemos komponentų reakciją į atsirandančius įvykius.

Pagrindinės plokštės elementai

Pagrindinis „protingo namo“ elementas yra viena ar kelios centrinės (motinos) lentos. Jie yra atsakingi už visų elementų sąveiką. Tik nustatę užduotis, kurias reikia išspręsti, galite pradėti pasirinkti pagrindinį sistemos mazgą.

Pagrindinė plokštė sujungia šiuos elementus:

• Mikrovaldiklis (procesorius). Pagrindinė jo paskirtis – išvesti ir matuoti įtampą prievaduose 0-5 arba 0-3,3 V diapazone, saugoti duomenis ir atlikti skaičiavimus.
• Programuotojas (ne visos plokštės jį turi). Naudojant šį įrenginį į mikrovaldiklio atmintį įrašoma programa, pagal kurią veiks „protingas namas“. Jis prijungiamas prie kompiuterio, planšetinio kompiuterio, išmaniojo telefono ar kito įrenginio naudojant USB sąsają.
• Įtampos reguliatorius. Visai sistemai maitinti reikalingas 5 voltų įrenginys.

Su Arduino prekės ženklu gaminami keli plokščių modeliai.Jie skiriasi vienas nuo kito formos faktoriumi (dydžiu), prievadų skaičiumi ir atminties talpa. Remiantis šiais rodikliais, reikia pasirinkti tinkamą įrenginį.

Arduino plokštes ir skydus joms geriau pirkti iš gamintojo, nes jie yra kokybiškesni nei Kinijoje gaminami suderinami įrenginiai

Yra dviejų tipų prievadai:

• skaitmeninis, kurie lentoje pažymėti raidėmis "d";
• analoginis, kurie pažymėti raide "a".

Jų dėka mikrovaldiklis bendrauja su prijungtais įrenginiais. Bet kuris prievadas gali veikti ir priimti signalą, ir jį išsiųsti. Skaitmeniniai prievadai, pažymėti „pwm“, skirti įvesti ir išvesti PWM (impulso pločio moduliacijos) signalą.

Todėl prieš perkant plokštę būtina bent apytiksliai įvertinti jos apkrovos lygį įvairiems įrenginiams. Tai leis jums nustatyti reikiamą visų tipų prievadų skaičių.

Reikėtų suprasti, kad išmaniojo namo sistema nebūtinai turi būti prijungta prie valdymo bloko, paremto viena pagrindine plokšte. Tokios funkcijos kaip, pavyzdžiui, dirbtinio apšvietimo įjungimas vietinėje vietovėje priklausomai nuo paros laiko ir vandens rezervo palaikymas rezervuare yra nepriklausomos viena nuo kitos.

Elektroninės sistemos patikimumo užtikrinimo požiūriu geriau nesusijusias užduotis atskirti į skirtingus blokus, kuriuos Arduino koncepcija leidžia lengvai įgyvendinti. Jei vienoje vietoje sujungsite daug įrenginių, gali perkaisti mikroprocesorius, kilti programinės įrangos bibliotekų konfliktas ir sunkumai ieškant bei pašalinant programinės ir techninės įrangos gedimus.

Daugelio skirtingų tipų įrenginių prijungimas prie vienos plokštės dažniausiai naudojamas robotikoje, kur svarbus kompaktiškumas. „Protingiems namams“ kiekvienai užduočiai geriau naudoti savo pagrindą

Kiekvienas mikroprocesorius turi trijų tipų atmintį:

• Flash atmintis. Pagrindinė atmintis, kurioje saugomas sistemos valdymo programos kodas. Nedidelę jo dalį (3-12%) užima įmontuota įkrovos programa.
• SRAM. RAM, kurioje saugomi laikini programai paleisti reikalingi duomenys. Jis pasižymi dideliu veikimo greičiu.
• EEPROM Lėtesnė atmintis, kurioje taip pat galima saugoti duomenis.

Pagrindinis skirtumas tarp duomenų saugojimo atminties tipų yra tas, kad išjungus maitinimą, SRAM įrašyta informacija prarandama, tačiau lieka EEPROM. Tačiau nepastovus tipas turi ir trūkumą – ribotą rašymo ciklų skaičių. Tai reikia turėti omenyje kuriant savo programas.

Skirtingai nei naudojant Arduino robotikoje, dauguma išmaniųjų namų užduočių nereikalauja daug atminties nei programoms, nei informacijai saugoti.

Išmaniojo namo surinkimo lentų tipai

Pažvelkime į pagrindinius plokščių tipus, kurie dažniausiai naudojami renkant išmaniojo namo sistemas.

1 vaizdas – Arduino Uno ir jo dariniai

Išmaniųjų namų sistemose dažniausiai naudojamos plokštės yra Arduino Uno ir Arduino Nano. Jie turi pakankamai funkcijų tipinėms problemoms išspręsti.

Viso ilgio plokštės, maitinamos nuo 7 iki 12 voltų, suteikia daug privalumų. Visų pirma, tai yra ilgalaikio autonominio veikimo galimybė iš standartinių baterijų arba įkraunamų baterijų

Pagrindiniai Arduino Uno Rev3 parametrai:

• procesorius: ATMega328P (8 bitų, 16 MHz);
• skaitmeninių prievadų skaičius: 14;
• iš kurių su PWM funkcija: 6;
• analoginių prievadų skaičius: 6;
• „flash“ atmintis: 32 KB;
• SRAM: 2 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Neseniai buvo išleista modifikacija – „Uno Wi-Fi“, kurioje yra integruotas ESP8266 modulis, leidžiantis keistis informacija su kitais įrenginiais naudojant 802.11 b/g/n standartą.

Arduino Nano skiriasi nuo didesnio atitikmens tuo, kad jis neturi savo 12 V maitinimo lizdo.Tai daroma siekiant mažesnio įrenginio dydžio, kuris leidžia jį lengvai paslėpti nedidelėje erdvėje. Taip pat šiems tikslams standartinė USB jungtis pakeičiama lustu su mini-USB kabeliu. „Arduino Nano“ turi dar 2 analoginius prievadus, palyginti su „Uno“.

Yra dar viena Uno plokštės modifikacija – Arduino Mini. Jis netgi mažesnis nei „Nano“ ir su juo dirbti daug sunkiau. Pirma, USB prievado trūkumas sukelia programinės įrangos problemų, nes tam turėsite naudoti USB serijos keitiklį. Antra, ši plokštė yra išrankesnė, kai kalbama apie maitinimo šaltinį - būtina užtikrinti 7-9 V įėjimo įtampos diapazoną.

Dėl aukščiau aprašytų priežasčių „Arduino Mini“ plokštė retai naudojama išmaniųjų namų valdymui. Jis dažniausiai naudojamas arba robotikoje, arba įgyvendinant jau paruoštus projektus.

2 vaizdas – Arduino Leonardo ir Micro

Arduino Leonardo lenta yra panaši į Uno, bet šiek tiek galingesnė. Dar viena įdomi šio modelio savybė yra ta, kad prijungus prie kompiuterio jis atpažįstamas kaip klaviatūra, pelė ar vairasvirtė. Todėl jis dažnai naudojamas kuriant originalius žaidimų įrenginius ir simuliatorius.

Uno, Leonardo ir jų miniatiūrinių analogų dydžių ir matmenų lentelė. Kūrėjai nesivadovavo pavadinimų logika - „nano“ turėtų būti mažiausias

Pagrindiniai „Arduino Leonardo“ parametrai yra šie:

• procesorius: ATMega32u4 (8 bitų, 16 MHz);
• skaitmeninių prievadų skaičius: 20;
• iš kurių su PWM funkcija: 7;
• analoginių prievadų skaičius: 12;
• „flash“ atmintis: 32 KB;
• SRAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Kaip matyti iš parametrų sąrašo, Leonardo turi daugiau prievadų, todėl šį modelį galima apkrauti didesniu jutiklių skaičiumi.

Taip pat Leonardo yra miniatiūrinis analogas su visiškai identiškomis charakteristikomis, vadinamas Micro. Jame nėra 12V maitinimo šaltinio, o vietoj pilno USB įvesties yra lustas mini-USB kabeliui.

Leonardo modifikacija, vadinama Esplora, yra grynai žaidimų modelis ir netinka „protingo namo“ poreikiams.

3 vaizdas – Arduino 101, Arduino Zero ir Arduino MKR1000

Kartais „Arduino“ pagrindu įdiegtų išmaniųjų namų sistemų veikimui reikia daug skaičiavimo galios, kurios nesugeba užtikrinti 8 bitų mikrovaldikliai. Tokiems įrenginiams atlikti tokias užduotis kaip balso ar vaizdo atpažinimas reikalauja greito procesoriaus ir daug RAM.

Tokioms specifinėms problemoms spręsti naudojamos galingos plokštės, veikiančios pagal Arduino koncepciją. Jų turimų prievadų skaičius yra maždaug toks pat kaip ir Uno ar Leonardo plokščių.

„Arduino 101“ yra tokių pat matmenų kaip „Uno“ ar „Leonardo“, tačiau sveria beveik dvigubai daugiau. Taip yra dėl dviejų USB įėjimų ir papildomų lustų

Viena iš lengviausiai naudojamų, tačiau galingų plokščių, Arduino 101 pasižymi šiomis savybėmis:

• procesorius: Intel Curie (32 bitų, 32 MHz);
• „flash“ atmintis: 196 KB;
• SRAM: 24 KB;
• EEPROM: ne.

Be to, plokštė aprūpinta BLE funkcionalumu (Bluetooth Low Energy) su galimybe lengvai prijungti jau paruoštus sprendimus, tokius kaip širdies ritmo jutiklis, informacijos apie orą gavimas už lango, SMS žinučių siuntimas ir kt. Į įrenginį taip pat integruotas giroskopas ir akselerometras, tačiau jie daugiausia naudojami robotikoje.

Kitoje panašioje plokštėje „Arduino Zero“ yra šie rodikliai:

• procesorius: SAM-D21 (32 bitų, 48 MHz);
• „flash“ atmintis: 256 KB;
• SRAM: 32 KB;
• EEPROM: ne.

Išskirtinis šio modelio bruožas yra įmontuotas derinimo įrankis (EDBG). Su jo pagalba daug lengviau rasti klaidas programuojant plokštę.

Rašydamas didelį kodą, net aukštos kvalifikacijos programuotojas patiria klaidų. Norėdami juos rasti, naudokite derintuvą

Arduino MKR1000 yra dar vienas modelis, tinkantis didelės galios kompiuteriams. Jis turi mikroprocesorių ir atmintį, panašią į „Zero“. Pagrindinis jo skirtumas yra integruotas „Wi-Fi“ lustas su 802.11 b/g/n protokolu ir šifravimo lustas, palaikantis SHA-256 algoritmą, kad apsaugotų perduodamus duomenis.

4 vaizdas – mega šeimos modeliai

Kartais reikia naudoti daugybę jutiklių ir valdyti daugybę įrenginių. Pavyzdžiui, tai reikalinga paskirstytų oro kondicionavimo sistemų, palaikančių tam tikrą temperatūrą atskiroms zonoms, automatiniam veikimui.

Kiekvienoje vietinėje zonoje būtina stebėti dviejų temperatūros jutiklių rodmenis (antrasis naudojamas kaip kontrolinis) ir pagal algoritmą sureguliuoti sklendės padėtį, kuri lemia įeinančio šilto oro tūrį.

Jei kotedže yra daugiau nei 10 tokių zonų, tada visai sistemai valdyti reikia daugiau nei 30 prievadų. Žinoma, galite naudoti kelias Uno tipo plokštes, bendrai valdant vieną iš jų, tačiau tai sukuria papildomų perjungimo sunkumų. Tokiu atveju patartina naudoti Mega šeimos modelius.

Mega šeimos plokščių dydis (101,5 x 53,4 cm) yra didesnis nei anksčiau apžvelgtų modelių. Tai yra techninė būtinybė – kitaip tokio skaičiaus prievadų negalima įdėti

„Arduino Mega“ plokštė yra pagrįsta gana paprastu 8 bitų 16 MHz mikroprocesoriumi aTMega1280.

Jis turi daug atminties:

• „flash“ atmintis: 128 KB;
• SRAM: 8 KB;
• EEPROM: 4 KB.

Tačiau pagrindinis jo pranašumas yra daugybė prievadų:

• skaitmeninių prievadų skaičius: 54;
• iš jų su PWM funkcija: 15;
• analoginių prievadų skaičius: 16.

Ši lenta turi dvi modernias rūšis:

• „Mega 2560“ sukurtas aTMega2560 mikroprocesoriaus pagrindu, pasižymintis dideliu „flash“ atminties kiekiu – 256 KB;
• „Mega ADK“, be aTMega2560 mikroprocesoriaus, turi USB sąsają su galimybe prisijungti prie „Android“ operacinės sistemos pagrindu veikiančių įrenginių.

„Arduino Mega ADK“ modelis turi vieną funkciją. Prijungus telefoną prie USB įvesties, galima tokia situacija: jei telefoną reikia įkrauti, jis pradės jį „traukti“ iš plokštės. Todėl elektros šaltiniui keliamas papildomas reikalavimas – jis turi užtikrinti 1,5 ampero srovę. Maitinant iš baterijų, reikia atsižvelgti į šią sąlygą.

Galite sukurti autonominį Arduino maitinimo šaltinį naudodami prijungtas baterijas ar akumuliatorius.Derindami nuosekliąsias ir lygiagrečias jungtis galite pasiekti norimą įtampą ir ilgą veikimo laiką

„Due“ yra dar vienas „Arduino“ modelis, kuriame mikroprocesoriaus galia derinama su daugybe prievadų.

Jo charakteristikos yra šios:

• procesorius: Atmel SAM3X8E (32 bitų, 84 MHz);
• skaitmeninių prievadų skaičius: 54;
• iš jų su PWM funkcija: 12;
• analoginių prievadų skaičius: 14;
• „flash“ atmintis: 512 KB;
• SRAM: 96 KB;
• EEPROM: ne.

Šios plokštės analoginiai kontaktai gali veikti tiek įprasta 10 bitų raiška, skirta Arduino, kuri yra sukurta suderinamumui su ankstesniais modeliais, ir 12 bitų, leidžiančių gauti tikslesnį signalą.

Modulio sąveikos per prievadus ypatybės

Visi moduliai, kurie bus prijungti prie plokštės, turi bent tris išėjimus. Du iš jų yra maitinimo laidai, t.y. „žemė“, taip pat 5 arba 3,3 V įtampa. Trečias laidas yra logiškas. Jis perduoda duomenis į prievadą. Modulių prijungimui naudojami specialūs laidai, sugrupuoti į grupes po 3, kurie kartais vadinami trumpikliais.

Kadangi Arduino modeliai paprastai turi tik 1 įtampos prievadą ir 1-2 įžeminimo prievadus, norint prijungti kelis įrenginius, reikės arba lituoti laidus, arba naudoti duonos lentas.

Prie duonos lentos galite prijungti ne tik Arduino plokštės maitinimą ir prievadus, bet ir kitus elementus, tokius kaip varža, registrai ir kt.

Litavimas yra patikimesnis ir naudojamas įrenginiuose, kurie patiria fizinį poveikį, pavyzdžiui, robotų ir keturkopių valdymo plokštėse. Išmaniesiems namams geriau naudoti vystymo plokštes, nes tai lengviau tiek montuojant, tiek išimant modulį.

Kai kurių modelių (pavyzdžiui, Arduino Zero ir MKR1000) darbinė įtampa yra 3,3 V, todėl prievadams pritaikius didesnę vertę, plokštė gali būti pažeista. Visa informacija apie maitinimo šaltinį pateikiama įrenginio techninėje dokumentacijoje.

Papildomos lentos (skydai)

Norint padidinti pagrindinių plokščių galimybes, naudojami Shields – papildomi įrenginiai, praplečiantys funkcionalumą. Jie gaminami pagal specifinį formos faktorių, kuris išskiria juos iš modulių, kurie yra prijungti prie prievadų. Skydai yra brangesni nei moduliai, tačiau dirbti su jais yra lengviau. Juose taip pat yra paruoštos bibliotekos su kodu, o tai pagreitina jūsų pačių išmaniųjų namų valdymo programų kūrimą.

Proto ir jutiklių skydai

Šie du standartiniai skydai neprideda jokių specialių funkcijų. Jie naudojami kompaktiškesniam ir patogesniam daugelio modulių prijungimui.

„Proto Shield“ yra beveik visa originalo kopija pagal prievadus, o modulio viduryje galite priklijuoti vystymo plokštę. Tai palengvina konstrukcijos surinkimą. Tokie priedai egzistuoja visoms pilno ilgio Arduino plokštėms.

„Proto Shield“ yra pagrindinės plokštės viršuje. Tai šiek tiek padidina konstrukcijos aukštį, tačiau sutaupo daug vietos plokštumoje

Bet jei įrenginių yra daug (daugiau nei 10), tuomet geriau naudoti brangesnes Sensor Shield perjungimo plokštes.

Jie neturi bradboard, bet visi prievado kaiščiai atskirai tiekiami maitinimu ir įžeminimu. Tai leidžia išvengti įsipainiojimo į laidus ir džemperius.

Pagrindinės plokštės ir jutiklių plokščių paviršiaus plotas yra toks pat, tačiau ant skydo nėra lustų, kondensatorių ir kitų elementų. Tai atlaisvina daug vietos pilniems ryšiams.

Ši plokštė taip pat turi jungtis, leidžiančias lengvai sujungti kelis modulius: Bluetoots, SD korteles, RS232 (COM-port), radiją ir ultragarsą.

Pagalbinės funkcijos prijungimas

Skydai su į juos integruotu funkcionalumu yra skirti sudėtingoms, bet tipinėms problemoms spręsti. Jei reikia įgyvendinti originalias idėjas, geriau pasirinkti tinkamą modulį.

Variklio skydas. Jis skirtas mažos galios variklių greičiui ir sukimuisi valdyti. Originalus modelis turi vieną L298 lustą ir vienu metu gali valdyti du nuolatinės srovės variklius arba vieną servosistemą. Taip pat yra suderinama trečiosios šalies dalis, turinti du L293D lustus su galimybe valdyti dvigubai daugiau diskų.

Relės skydas. Dažnai naudojamas modulis išmaniųjų namų sistemose. Plokštė su keturiomis elektromechaninėmis relėmis, kurių kiekviena leidžia praeiti iki 5A jėgos srovę. To pakanka automatiškai įjungti ir išjungti kilovatinius įrenginius ar apšvietimo linijas, skirtas 220 V kintamajai srovei.

LCD ekranas. Leidžia rodyti informaciją integruotame ekrane, kurį galima atnaujinti į TFT įrenginį. Šis priestatas dažnai naudojamas kuriant meteorologines stotis su temperatūros rodmenimis įvairiose gyvenamosiose patalpose, ūkiniuose pastatuose, garažuose, taip pat lauko temperatūrą, drėgmę ir vėjo greitį.

LCD ekrane yra įmontuoti mygtukai, leidžiantys programuoti informacijos slinkimą ir pasirinkti veiksmus komandoms siųsti į mikroprocesorių.

Duomenų registravimo skydas. Pagrindinė modulio užduotis – įrašyti duomenis iš jutiklių į viso formato SD kortelę iki 32 Gb su FAT32 failų sistemos palaikymu. Norėdami įrašyti į „micro SD“ kortelę, turite įsigyti adapterį.Šis skydas gali būti naudojamas kaip informacijos saugykla, pavyzdžiui, įrašant duomenis iš DVR. Pagaminta Amerikos kompanijos Adafruit Industries.

SD kortelės skydas. Paprastesnė ir pigesnė ankstesnio modulio versija. Daugelis gamintojų gamina tokius plėtinius.

Ethernet skydas. Oficialus modulis, skirtas Arduino prijungti prie interneto be kompiuterio. Yra micro SD kortelės lizdas, leidžiantis įrašyti ir siųsti duomenis per World Wide Web.

Wi-Fi skydas. Leidžia belaidžiu būdu keistis informacija su šifravimo režimu. Skirta prisijungti prie interneto ir įrenginių, kuriuos galima valdyti per Wi-Fi.

GPRS skydas. Šis modulis dažniausiai naudojamas išmaniojo namo ir jo savininko bendravimui mobiliuoju telefonu SMS žinutėmis.

Išmaniųjų namų moduliai

Trečiųjų šalių gamintojų modulių prijungimas ir galimybė dirbti su jais naudojant integruotą programavimo kalbą yra pagrindinis atviros Arduino sistemos pranašumas, palyginti su „firminiais“ išmaniųjų namų sprendimais. Svarbiausia, kad moduliuose būtų gautų ar perduodamų signalų aprašymas.

Informacijos gavimo būdai

Informaciją galima įvesti per skaitmeninius arba analoginius prievadus. Tai priklauso nuo mygtuko ar jutiklio tipo, kuris priima informaciją ir perduoda ją į plokštę.

Kompiuterio programai skaitmeninis signalas atitinka periodus su „0“ ir „1“, o analoginis signalas nustato verčių diapazoną pagal jo matmenis.

Signalą į mikroprocesorių gali siųsti asmuo, kuris tam naudoja du būdus:

• Paspaudus mygtuką (klavišą). Loginis laidas šiuo atveju eina į skaitmeninį prievadą, kuris gauna reikšmę „0“, jei mygtukas atleidžiamas, ir „1“, jei jis paspaudžiamas.
• Sukamojo potenciometro (rezistoriaus) dangtelio sukimas arba variklio svirties perjungimas. Šiuo atveju loginis laidas eina į analoginį prievadą. Įtampa praeina per analoginį-skaitmeninį keitiklį, po kurio duomenys patenka į mikroprocesorių.

Mygtukai naudojami įvykiui pradėti, pavyzdžiui, įjungti ir išjungti šviesas, šildymą ar vėdinimą. Sukamomis rankenėlėmis galima keisti intensyvumą – padidinti arba sumažinti šviesos ryškumą, garso stiprumą arba ventiliatoriaus menčių sukimosi greitį.

Potenciometras yra paprastas prietaisas, todėl jis yra labai pigus. Pagrindinės jo charakteristikos yra elektrinė varža ir sukimosi kampas

Jutikliai naudojami automatiškai nustatyti aplinkos parametrus arba įvykio kilmę.

Šie tipai yra paklausiausi išmaniųjų namų valdymui:

• Garso jutiklis. Skaitmeninės šio įrenginio versijos naudojamos įvykiui suaktyvinti plojimais ar balsu. Analoginiai modeliai leidžia atpažinti ir apdoroti garsą.
• Šviesos sensorius. Šie įrenginiai gali veikti tiek matomame, tiek infraraudonųjų spindulių diapazone. Pastaroji gali būti naudojama kaip įspėjimo apie gaisrą sistema.
• Temperatūros jutiklis. Viduje ir lauke naudojami skirtingi modeliai, nes išoriniai yra geriau apsaugoti nuo drėgmės. Taip pat laidoje yra nuotolinių įrenginių.
• Oro drėgmės jutiklis. DHT11 modelis tinka patalpoms, o brangesnis DHT22 – lauke. Abu įrenginiai taip pat gali pateikti temperatūros rodmenis. Prijunkite prie skaitmeninio prievado.
• Oro slėgio jutiklis. „Bosh“ analoginiai barometrai puikiai veikia su „Arduino“ plokštėmis: bmp180, bmp280. Jie taip pat matuoja temperatūrą.Modelis bme280 gali būti vadinamas oro stotimi, nes jis taip pat suteikia papildomą drėgmės vertę.
• Judesio ir buvimo jutikliai. Jie naudojami saugumo sumetimais arba automatiškai įjungti šviesas.
• Lietaus jutiklis. Reaguoja į vandens patekimą į jo paviršių. Jis taip pat gali būti naudojamas pavojaus signalui įjungti dėl nuotėkio vandentiekio arba šildymo kontūre.
• Srovės jutiklis. Jie naudojami aptikti neveikiančius elektros prietaisus (perdegusias lempas) arba analizuoti įtampą, kad būtų išvengta perkrovos.
• Dujų nuotėkio jutiklis. Naudojamas padidėjusiai propano koncentracijai aptikti ir į ją reaguoti.
• Anglies dioksido jutiklis. Jis naudojamas anglies dvideginio koncentracijai nustatyti gyvenamosiose patalpose ir specialiose patalpose, pavyzdžiui, vyno rūsiuose, kur vyksta fermentacija.

Yra daug daugiau skirtingų jutiklių konkrečioms užduotims, pavyzdžiui, svoriui, vandens tėkmės greičiui, atstumui, dirvožemio drėgmei matuoti ir kt.

Kai kurie jutikliai, pavyzdžiui, anemometras, matuojantis vėjo greitį ir kryptį, yra sudėtingi elektromechaniniai instrumentai

Daugelis jutiklių ir jutiklių gali būti pagaminti atskirai, naudojant paprastesnius komponentus. Tai kainuos mažiau. Tačiau, skirtingai nei naudojant serijinius įrenginius, turėsite skirti laiko kalibravimui.

Įrenginių ir sistemų valdymas

Be informacijos rinkimo ir analizės, „protingas namas“ turi reaguoti į kylančius įvykius. Pažangios elektronikos buvimas šiuolaikiniuose buitiniuose prietaisuose leidžia juos pasiekti tiesiogiai naudojant „Wi-Fi“, GPRS arba „EtherNet“. Paprastai Arduino sistemos per Wi-Fi perjungia mikroprocesorių į aukštųjų technologijų įrenginius.

Norint naudoti Arduino įjungti oro kondicionierių, kai namuose aukšta temperatūra, užblokuoti televizorių ir internetą naktį vaikų kambaryje arba įjungti šildymo katilą, kai atvyksta šeimininkai, reikia atlikti tris veiksmus:

1. Įdiekite „Wi-Fi“ modulį pagrindinėje plokštėje.
2. Raskite neužimtus dažnio kanalus, kad išvengtumėte sistemos konflikto.
3. Suprasti įrenginio komandas ir programos veiksmus (arba naudoti paruoštas bibliotekas).

Be „bendravimo“ su kompiuterizuotais įrenginiais, dažnai atsiranda užduočių, susijusių su kai kurių mechaninių veiksmų atlikimu. Pavyzdžiui, prie plokštės galite prijungti servo pavarą arba nedidelę pavarų dėžę, kuri bus maitinama iš jos.

Servo pavara susideda iš variklio ir kelių pavarų dėžių. Todėl, nepaisant mažos srovės (5 V), jis gali sukurti tinkamą galią, kurios pakanka, pavyzdžiui, atidaryti langą

Jei reikia prijungti galingus įrenginius, veikiančius iš išorinio maitinimo šaltinio, naudojamos dvi parinktys:

1. Įtraukimas į relės grandinę.
2. Maitinimo jungiklio ir triako prijungimas.

Įtraukta į elektros grandinę elektromagnetinis arba kietojo kūno relė uždaro ir atidaro vieną iš laidų pagal komandą, gaunamą iš mikroprocesoriaus. Pagrindinė jų charakteristika yra didžiausia leistina srovė (pavyzdžiui, 40 A), kuri gali praeiti per šį įrenginį.

Kalbant apie nuolatinės srovės maitinimo jungiklio (mosfeto) ir kintamos srovės triako prijungimą, jie turi mažesnę leistiną srovę (5–15 A), tačiau gali sklandžiai padidinti apkrovą. Būtent šiuo tikslu plokštėse yra numatyti PWM prievadai. Ši savybė naudojama reguliuojant apšvietimo ryškumą, ventiliatoriaus greitį ir kt.

Naudodami reles ir maitinimo jungiklius galite visiškai automatizuoti visas elektros grandines namuose ir paleisti generatorių, jei nėra srovės. Todėl Arduino pagrindu galima įgyvendinti autonominį buto ar pastato aprūpinimą, apimantį visas ypač svarbias funkcijas - šildymas, vandentiekio, kanalizacijos, vėdinimo ir apsaugos sistema.

Ar norite, kad jūsų namai taptų išmanesni, bet su programavimu „tau“? Tokiu atveju rekomenduojame pažvelgti į paruoštus Xiaomi ir Apple sprendimus, kuriuos lengva įdiegti ir konfigūruoti net pradedantiesiems. O jūs galite nustatyti komandas ir valdyti jų įgyvendinimą net iš savo išmaniojo telefono.

Skaitykite daugiau apie išmaniuosius namus iš „Xiaomi“ ir „Apple“ šiuose straipsniuose:

• Xiaomi išmanieji namai: dizaino ypatybės, pagrindinių komponentų ir darbo elementų apžvalga
• „Apple Smart Home“: „Apple“ kompanijos namų valdymo sistemų organizavimo subtilybės

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Savarankiškai surinkto pradinio lygio ruošinio, skirto „protingam namui“, pavyzdys:

Arduino platformos atvirumas leidžia naudoti įvairių gamintojų komponentus. Tai leidžia lengvai sukurti „protingą namą“, kuris atitiktų vartotojo poreikius. Todėl, jei turite bent menkų žinių elektroninių prietaisų programavimo ir prijungimo srityje, verta atkreipti dėmesį į šią sistemą.

Ar esate susipažinę su Arduino platforma praktiškai ir norite pasidalinti savo patirtimi su naujokais šiuo klausimu? Galbūt norėsite aukščiau pateiktą medžiagą papildyti naudingomis rekomendacijomis ar komentarais? Rašykite savo pastabas po šiuo leidiniu.

Jei turite klausimų apie automatizuotos namų sistemos, pagrįstos Arduino, kūrimą, užduokite juos mūsų ekspertams ir kitiems svetainės lankytojams žemiau esančiame bloke.