Casă inteligentă pe bază de controlere Arduino: proiectarea și organizarea unui spațiu gestionat

Dezvoltarea mijloacelor de automatizare a dus la crearea unor sisteme complexe care îmbunătățesc calitatea vieții umane. Mulți producători cunoscuți de electronice și medii software oferă soluții standard gata făcute pentru diverse obiecte.

Chiar și un utilizator fără experiență poate dezvolta proiecte independente și poate construi o “casă inteligentă” pe Arduino, adaptată nevoilor sale. Principalul este să înțelegi elementele de bază și să nu-ți fie teamă să experimentezi.

În acest articol, vom examina principiul creării și funcțiile principale ale unei case automatizate bazate pe dispozitive Arduino. De asemenea, vom examina tipurile de plăci utilizate și modulele principale ale sistemului.

Crearea sistemelor pe platforma Arduino

Arduino este o platformă pentru dezvoltarea dispozitivelor electronice cu control automat, semi-automat sau manual. Este concepută după principiul unui set de construcție, cu reguli clar definite de interacțiune între elemente. Sistemul este deschis, permițând producătorilor terți să participe la dezvoltarea sa.

“Casa inteligentă” clasică este formată din blocuri automatizate care îndeplinesc următoarele funcții:

• colectează informațiile necesare prin senzori;
• analizează datele și iau decizii cu ajutorul unui microprocesor programabil;
• implementează deciziile luate, dând comenzi diferitelor dispozitive.

Platforma Arduino este bună tocmai pentru că nu se limitează la un anumit producător, ci permite consumatorului să aleagă singur componentele potrivite. Gama lor este uriașă, astfel încât se pot realiza aproape orice idei.

Vă recomandăm să vă familiarizați cu cele mai bune dispozitive inteligente pentru casă.

Pentru învățarea lucrului cu Arduino, puteți achiziționa un set de pornire (Starter Kit) de pe site-ul producătorului. Cunoașterea limbii engleze tehnice este obligatorie, deoarece documentația nu este tradusă în limba rusă.

Pe lângă diversitatea dispozitivelor conectabile, varietatea este completată de mediul de programare implementat în limbajul C++. Utilizatorul poate nu doar să utilizeze bibliotecile create, ci și să programeze el însuși reacția componentelor sistemului la evenimentele care apar.

Elementele principale ale plăcilor

Elementul principal al “casei inteligente” este una sau mai multe plăci centrale (master). Ele răspund de interacțiunea tuturor elementelor. Numai după stabilirea sarcinilor care trebuie rezolvate, se poate trece la alegerea nodului principal al sistemului.

Placa de bază (master) include următoarele elemente:

• Microcontroler (procesor). Scopul său principal este de a furniza și măsura tensiunea în porturi în intervalul 0-5 sau 0-3.3 V, de a memora date și de a efectua calcule.
• Programator (nu este prezent la toate plăcile). Cu ajutorul acestui dispozitiv se scrie în memoria microcontrolerului programul conform căruia va funcționa “casa inteligentă”. Se conectează la calculator, tabletă, smartphone sau alt dispozitiv prin interfața USB.
• Stabilizator de tensiune. Este necesar un dispozitiv de 5 volți, necesar pentru alimentarea întregului sistem.

Sub marca Arduino sunt fabricate mai multe modele de plăci. Ele diferă între ele prin factorul de formă (dimensiune), numărul de porturi și memoria. Tocmai după aceste caracteristici trebuie ales dispozitivul potrivit.

Plăcile Arduino și shield-urile pentru ele este mai bine să le achiziționați de la producător, deoarece sunt de o calitate superioară dispozitivelor compatibile fabricate în China.

Există două tipuri de porturi:

• digitale, care sunt marcate pe placă cu literele “d”;
• analogice, care sunt marcate cu litera “a”.

Datorită lor, microcontrolerul realizează comunicarea cu dispozitivele conectate. Orice port poate funcționa atât pentru recepția semnalului, cât și pentru transmiterea acestuia. Porturile digitale marcate cu “pwm” sunt destinate intrării și ieșirii semnalului de tip PWM (modulație în lățime a impulsurilor).

Prin urmare, înainte de a achiziționa o placă, este necesar să se evalueze cel puțin aproximativ nivelul de încărcare a acesteia cu diferite dispozitive. Acest lucru va permite determinarea numărului necesar de porturi de toate tipurile.

Totuși, trebuie înțeles că sistemul “casă inteligentă” nu trebuie neapărat să fie legat de un bloc de comandă bazat pe o singură placă de bază. Funcții precum, de exemplu, aprinderea iluminatului artificial al teritoriului adiacent casei în funcție de ora din zi și menținerea rezervei de apă în rezervorul de acumulare sunt independente una de alta.

Din punctul de vedere al asigurării fiabilității funcționării sistemului electronic, este mai bine să distribuiți sarcinile nelegate între ele pe diferite blocuri, ceea ce conceptul Arduino permite să realizăm cu ușurință. Dacă într-un singur loc se combină multe dispozitive, atunci este posibilă supraîncălzirea microprocesorului, conflict între bibliotecile software și dificultăți în găsirea și eliminarea defecțiunilor software și hardware.

Conectarea mai multor dispozitive de tipuri diferite la o singură placă se aplică de obicei în robotică, unde compactitatea este importantă. Pentru “casă inteligentă”, este mai bine să utilizați o bază separată pentru fiecare sarcină.

Fiecare microprocesor este echipat cu trei tipuri de memorie:

• Flash Memory. Memoria principală, unde se păstrează codul programului de comandă al sistemului. O parte nesemnificativă a acesteia (3-12 %) este ocupată de programul de încărcare (bootloader) încorporat.
• SRAM. Memoria operativă, unde se stochează datele temporare necesare în timpul funcționării programului. Se caracterizează printr-o viteză mare de operare.
• EEPROM. O memorie mai lentă, unde se pot stoca, de asemenea, date.

Diferența principală dintre tipurile de memorie pentru stocarea datelor constă în faptul că, la întreruperea curentului electric, informația înregistrată în SRAM se pierde, iar cea din EEPROM rămâne. Dar tipul nevolatil are și un dezavantaj – un număr limitat de cicluri de scriere. Acest lucru trebuie reținut atunci când creați propriile aplicații.

Spre deosebire de utilizarea Arduino în robotică, pentru majoritatea sarcinilor “casei inteligente” nu este necesară multă memorie nici pentru programe, nici pentru stocarea informațiilor.

Tipuri de plăci pentru asamblarea unei case inteligente

Să examinăm principalele tipuri de plăci care sunt cel mai des utilizate la construirea unui sistem de casă inteligentă.

Tip #1 — Arduino Uno și derivatele sale

Cel mai frecvent, în sistemele “casă inteligentă” se utilizează plăcile Arduino Uno și Arduino Nano. Acestea posedă un funcțional suficient pentru rezolvarea sarcinilor tipice.

Prezența alimentării plăcilor cu format complet de la o tensiune de 7-12 Volți oferă multiple avantaje. În primul rând, aceasta este posibilitatea unei funcționări autonome îndelungate de la baterii standard sau acumulatori.

Parametrii principali ai Arduino Uno Rev3:

• procesor: ATMega328P (8 biți, 16 MHz);
• numărul de porturi digitale: 14;
• dintre care cu funcție PWM: 6;
• numărul de porturi analogice: 6;
• memorie flash: 32 KB;
• SRAM: 2 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Nu demult a apărut o modificare – Uno Wi-Fi, care conține un modul integrat ESP8266, permițând schimbul de informații cu alte dispozitive conform standardului 802.11 b/g/n.

Diferența dintre Arduino Nano și omologul său mai voluminos constă în absența propriului soclu de alimentare de 12 V. Acest lucru a fost făcut pentru a obține o dimensiune mai mică a dispozitivului, ceea ce permite ascunderea ușoară într-un spațiu mic. De asemenea, în acest scop, conexiunea USB standard a fost înlocuită cu un cip cu cablu mini-USB. Arduino Nano, în comparație cu Uno, are cu 2 porturi analogice în plus.

Există încă o modificare a plăcii Uno – Arduino Mini. Este și mai mică decât Nano și este mult mai dificil de lucrat cu ea. În primul rând, lipsa portului USB creează o problemă la programare, deoarece pentru aceasta va trebui să utilizați un convertor USB-Serial. În al doilea rând, această placă este mai pretențioasă la alimentare – este necesar să asigurați un interval de tensiune de intrare de 7-9 V.

Din motivele descrise mai sus, placa Arduino Mini este rar folosită pentru funcționarea “casei inteligente”. De obicei, este utilizată fie în robotică, fie în implementarea proiectelor deja finalizate.

Tip #2 — Arduino Leonardo și Micro

Placa Arduino Leonardo este similară cu Uno, dar puțin mai puternică. De asemenea, o caracteristică interesantă a acestui model este recunoașterea sa atunci când este conectată la computer ca tastatură, mouse sau joystick. De aceea, este adesea folosită pentru crearea de dispozitive de joc originale și simulatoare.

Tabelul dimensiunilor și gabaritelor modelelor Uno, Leonardo și a analogurilor lor miniaturale. Dezvoltatorii nu au respectat logica în denumiri – “nano” ar trebui să fie cea mai mică.

Parametrii principali ai Arduino Leonardo sunt următorii:

• procesor: ATMega32u4 (8 biți, 16 MHz);
• numărul de porturi digitale: 20;
• dintre acestea cu funcție PWM: 7;
• numărul de porturi analogice: 12;
• memorie flash: 32 KB;
• SRAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 KB.

După cum se vede din lista de parametri prezentată, Leonardo are mai multe porturi, ceea ce permite încărcarea acestui model cu un număr mai mare de senzori.

De asemenea, pentru Leonardo există un analog miniatural absolut identic din punct de vedere al caracteristicilor, numit Micro. Acestuia îi lipsește alimentarea de la 12 V și, în locul unui port USB complet, are un cip pentru cablu mini-USB.

Modificarea Leonardo numită Esplora este un model pur de joc și nu este potrivită pentru nevoile “casei inteligente”.

Tip #3 — Arduino 101, Arduino Zero și Arduino MKR1000

Uneori, pentru funcționarea sistemelor “casei inteligente”, implementate pe bază de Arduino, este necesară o putere de calcul mai mare, pe care microcontrolerele pe 8 biți nu o pot asigura. Sarcini precum recunoașterea vocală sau a imaginilor necesită un procesor rapid și o cantitate semnificativă de memorie RAM pentru astfel de dispozitive.

Pentru rezolvarea unor astfel de sarcini specifice, se utilizează plăci puternice, care funcționează conform conceptului Arduino. Numărul de porturi este aproximativ același ca la plăcile Uno sau Leonardo.

Arduino 101 are aceleași dimensiuni ca Uno sau Leonardo, dar cântărește aproape de două ori mai mult. Motivul pentru aceasta este prezența a două porturi USB și a cipurilor suplimentare.

Una dintre cele mai ușor de utilizat, dar puternice plăci – Arduino 101 are următoarele caracteristici:

• procesor: Intel Curie (32 biți, 32 MHz);
• memorie flash: 196 KB;
• SRAM: 24 KB;
• EEPROM: nu.

În plus, placa este echipată cu funcționalitate BLE (Bluetooth Low Energy) cu posibilitatea de conectare simplă a soluțiilor gata făcute, cum ar fi senzorul de bătăi ale inimii, obținerea de informații despre vremea de afară, trimiterea de mesaje text etc. De asemenea, în dispozitiv sunt integrate un giroscop și un accelerometru, dar acestea sunt utilizate în principal în robotică.

O altă placă similară – Arduino Zero are următoarele caracteristici:

• procesor: SAM-D21 (32 de biți, 48 MHz);
• memorie flash: 256 KB;
• SRAM: 32 KB;
• EEPROM: nu.

O caracteristică distinctivă a acestui model este prezența unui depanator încorporat (EDBG). Cu ajutorul acestuia, este mult mai ușor să depistați erorile la programarea plăcii.

La scrierea unui cod voluminos, chiar și un programator cu înaltă calificare poate face greșeli. Pentru depistarea acestora se utilizează un depanator (debugger).

Arduino MKR1000 este un alt model potrivit pentru calcule puternice. Are un microprocesor și o memorie similare cu Zero. Principala sa diferență este prezența unui cip Wi-Fi integrat cu protocolul 802.11 b/g/n și a unui cip criptografic cu suport pentru algoritmul SHA-256 pentru protejarea datelor transmise.

Tip #4 — modelele din familia Mega

Uneori este necesar să se utilizeze un număr mare de senzori și să se controleze un număr semnificativ de dispozitive. De exemplu, acest lucru este necesar pentru funcționarea automată a sistemelor de climatizare distribuite, care mențin o anumită temperatură pentru zone separate.

Pentru fiecare zonă locală, este necesar să se monitorizeze citirile a doi senzori de temperatură (al doilea este utilizat ca senzor de control) și, conform algoritmului, să se regleze poziția clapetei care determină volumul de aer cald introdus.

Dacă în cabană există mai mult de 10 astfel de zone, atunci pentru controlul întregului sistem sunt necesare mai mult de 30 de porturi. Desigur, se pot folosi mai multe plăci de tip Uno sub controlul comun al uneia dintre ele, însă acest lucru creează dificultăți suplimentare de comutare. În acest caz, este recomandabil să se utilizeze modelele din familia Mega.

Dimensiunile plăcilor din familia Mega (101,5 x 53,4 cm) sunt mai mari decât cele ale modelelor analizate anterior. Aceasta este o necesitate tehnică – altfel, un număr atât de mare de porturi nu ar putea fi amplasat.

Placa Arduino Mega este construită pe baza unui microprocesor destul de simplu, pe 8 biți, de 16 megaherți, aTMega1280.

Dispune de o capacitate mare de memorie:

• memorie flash: 128 KB;
• SRAM: 8 KB;
• EEPROM: 4 KB.

Dar principalul său avantaj este prezența a numeroase porturi:

• numărul de porturi digitale: 54;
• dintre acestea, cu funcție PWM: 15;
• numărul de porturi analogice: 16.

Această placă are două variante moderne:

• Mega 2560 se bazează pe microprocesorul aTMega2560, care se remarcă printr-o capacitate mare de memorie flash – 256 KB;
• Mega ADK, pe lângă microprocesorul aTMega2560, este echipată cu o interfață USB cu posibilitatea de conectare la dispozitive bazate pe sistemul de operare Android.

Modelul Arduino Mega ADK are o particularitate. La conectarea telefonului la intrarea USB, poate apărea următoarea situație: dacă telefonul are nevoie de încărcare, acesta va începe să o “tragă” din placă. Prin urmare, există o cerință suplimentară pentru sursa de alimentare – aceasta trebuie să asigure un curent de 1,5 amperi. Atunci când alimentarea se face prin baterii, această condiție trebuie luată în considerare.

Se poate realiza o alimentare autonomă pentru Arduino prin intermediul acumulatoarelor sau bateriilor conectate. Combinând conexiunile în serie și în paralel, se poate obține tensiunea necesară și un timp de funcționare îndelungat.

Due – încă un model de la Arduino, care îmbină puterea microprocesorului cu un număr mare de porturi.

Caracteristicile sale sunt următoarele:

• procesor: Atmel SAM3X8E (32 de biți, 84 MHz);
• numărul de porturi digitale: 54;
• dintre acestea cu funcție PWM: 12;
• număr de porturi analogice: 14;
• memorie flash: 512 KB;
• SRAM: 96 KB;
• EEPROM: nu.

Contactele analogice ale acestei plăci pot funcționa atât în rezoluția obișnuită de 10 biți pentru Arduino, realizată pentru compatibilitate cu modelele anterioare, cât și în cea de 12 biți, care permite obținerea unui semnal mai precis.

Particularitățile interacțiunii modulelor prin porturi

Toate modulele care vor fi conectate la placă au cel puțin trei ieșiri. Două dintre ele sunt firele de alimentare, adică “pământul”, precum și tensiunea de 5 sau 3,3 V. Al treilea fir este logic. Prin el se transmite datele către port. Pentru conectarea modulelor se folosesc fire speciale grupate câte trei, numite uneori jumperi.

Deoarece pe modelele Arduino există de obicei doar un port cu tensiune și 1-2 porturi cu “pământul”, pentru a conecta mai multe dispozitive va fi necesar fie să lipiți firele, fie să utilizați plăci de testare (breadboard).

La placa de testare se pot conecta nu numai alimentarea și porturile plăcii Arduino, ci și alte elemente, cum ar fi, de exemplu, rezistențe, registre etc.

Lipirea este mai fiabilă și se aplică în dispozitivele care sunt supuse unor impacturi fizice, de exemplu, plăcile de control pentru roboți și quadcoptere. Pentru casa inteligentă, este mai bine să folosiți plăci de testare, deoarece este mai simplu atât la instalare, cât și la scoaterea modulului.

La unele modele (de exemplu, Arduino Zero și MKR1000) tensiunea de funcționare este de 3,3 V, prin urmare, dacă se aplică o valoare mai mare porturilor, este posibilă deteriorarea plăcii. Toate informațiile privind alimentarea sunt disponibile în documentația tehnică a dispozitivului.

Plăci de extensie (shield-uri)

Pentru a spori capacitățile plăcilor de bază se folosesc shield-uri (Shields) – dispozitive suplimentare care extind funcționalitatea. Ele sunt fabricate pentru un anumit factor de formă, ceea ce le deosebește de modulele care se conectează la porturi. Shield-urile sunt mai scumpe decât modulele, dar lucrul cu ele este mai simplu. De asemenea, sunt dotate cu biblioteci gata făcute cu cod, ceea ce accelerează dezvoltarea propriilor programe de control pentru “casa inteligentă”.

Shield-uri Proto și Sensor

Aceste două shield-uri standard nu aduc funcții speciale. Ele sunt folosite pentru o conectare mai compactă și mai convenabilă a unui număr mare de module.

Proto Shield este o copie aproape completă a originalului în ceea ce privește porturile, iar în mijlocul modulului se poate lipi o placă de prototipare. Acest lucru facilitează asamblarea construcției. Astfel de completări există pentru toate plăcile Arduino de dimensiuni complete.

Proto Shield se plasează deasupra plăcii de bază. Acest lucru crește ușor înălțimea construcției, dar economisește mult spațiu în plan.

Dar dacă sunt foarte multe dispozitive (peste 10), este mai bine să folosiți plăci de comutare Sensor Shield mai scumpe.

Acestea nu au un breadboard prevăzut, dar la toate pinurile porturilor sunt conectate individual alimentarea și masa. Acest lucru permite evitarea confuziei în fire și jumper-e.

Suprafața plăcii de bază și a plăcii senzor este aceeași, dar pe shield lipsesc cipurile, condensatoarele și alte elemente. Astfel, se eliberează mult spațiu pentru conexiuni complete.

De asemenea, pe această placă există conectori pentru conectarea simplă a mai multor module: Bluetooth, card SD, RS232 (COM-port), radio și ultrasunet.

Conectarea funcționalității auxiliare

Shield-urile cu funcționalitate integrată sunt concepute pentru rezolvarea unor sarcini complexe, dar tipice. Dacă este necesară implementarea unor idei originale, este mai bine să alegeți un modul potrivit.

Motor Shield. Este destinat controlului vitezei și rotației motoarelor de putere redusă. Modelul original este echipat cu un singur cip L298 și poate funcționa simultan cu două motoare de curent continuu sau cu un servomotor. Există, de asemenea, o piesă compatibilă de la un producător terț, care are două cipuri L293D cu posibilitatea de a controla de două ori mai multe acționări.

Relay Shield. Un modul frecvent utilizat în sistemele de “casă inteligentă”. O placă cu patru relee electromecanice, fiecare permițând trecerea unui curent de până la 5A. Acest lucru este suficient pentru pornirea și oprirea automată a aparatelor de kilowați sau a liniilor de iluminat proiectate pentru curent alternativ de 220 V.

LCD Shield. Permite afișarea informațiilor pe un ecran încorporat, care poate fi actualizat la un dispozitiv TFT. Această extensie este adesea folosită pentru a crea stații meteorologice cu citiri de temperatură în diverse încăperi locuite, anexe, garaj, precum și temperatură, umiditate și viteză a vântului în exterior.

În LCD Shield sunt integrate butoane care permit programarea derulării informațiilor și selectarea acțiunilor pentru transmiterea comenzilor către microprocesor.

Data Logging Shield. Sarcina principală a modulului este de a înregistra date de la senzori pe un card SD de dimensiune completă de până la 32 GB, cu suport pentru sistemul de fișiere FAT32. Pentru înregistrarea pe un card micro-SD, este necesar să achiziționați un adaptor. Acest shield poate fi folosit ca dispozitiv de stocare a informațiilor, de exemplu, la înregistrarea datelor de la un DVR. Produs de compania americană Adafruit Industries.

SD-card Shield. O versiune mai simplă și mai ieftină a modulului anterior. Astfel de extensii sunt produse de mulți producători.

EtherNet Shield. Modulul oficial pentru conectarea Arduino la Internet fără ajutorul unui computer. Are un slot pentru card micro-SD, ceea ce permite înregistrarea și trimiterea datelor prin rețeaua globală.

Wi-Fi Shield. Permite schimbul de informații fără fir cu suport pentru modulul de criptare. Servește pentru conectarea la Internet și la dispozitive care pot fi controlate prin Wi-Fi.

GPRS Shield. Acest modul este, de obicei, utilizat pentru comunicarea “casei inteligente” cu proprietarul prin telefon mobil, prin mesaje SMS.

Modulele “casei inteligente”

Conectarea modulelor de la producători terți și posibilitatea de a lucra cu acestea, utilizând limbajul de programare încorporat – acesta este principalul avantaj al sistemului deschis Arduino față de soluțiile “de marcă” pentru “casă inteligentă”. Este important ca modulele să aibă descrierea semnalelor primite sau transmise.

Modalități de obținere a informațiilor

Introducerea informațiilor poate fi realizată prin porturi digitale sau analogice. Aceasta depinde de tipul de buton sau senzor care primește informațiile și le transmite către placă.

Pentru un program de calculator, semnalul digital corespunde perioadelor cu “0” și ”1“, iar semnalul analogic determină un interval de valori în funcție de dimensiunea sa.

Semnalul către microprocesor poate fi trimis de o persoană, care folosește două metode:

• Apăsarea butonului (tastei). În acest caz, firul logic merge la portul digital, care primește valoarea “0” când butonul este eliberat și ”1“ când este apăsat.
• Rotirea capacului potențiometrului rotativ (reostatului) sau deplasarea pârghiei cursorului. În acest caz, firul logic merge la portul analogic. Tensiunea trece printr-un convertor analog-digital, după care datele ajung la microprocesor.

Butoanele sunt utilizate pentru a iniția un eveniment, de exemplu, pornirea și oprirea luminii, încălzirii sau ventilației. Mânerele rotative sunt folosite pentru a modifica intensitatea – creșterea sau scăderea luminozității luminii, volumului sunetului sau vitezei de rotație a palelor ventilatorului.

Potențiometrul reprezintă un dispozitiv extrem de simplu, motiv pentru care costă foarte puțin. Principalele sale caracteristici sunt rezistența electrică și unghiul de rotație.

Pentru determinarea automată a parametrilor mediului sau a originii unui eveniment, se folosesc senzori.

Pentru funcționarea “casei inteligente”, cele mai solicitate sunt următoarele varietăți ale acestora:

• Senzor de sunet. Variantele digitale ale acestui dispozitiv sunt utilizate pentru activarea unui eveniment prin baterea din palme sau prin comanda vocală. Modelele analogice permit recunoașterea și procesarea sunetului.
• Senzor de lumină. Aceste dispozitive pot funcționa atât în domeniul vizibil, cât și în infraroșu. Ultimele pot fi utilizate ca sistem de alertă în caz de incendiu.
• Senzor de temperatură. Pentru interior și exterior se folosesc modele diferite, deoarece cele exterioare sunt mai bine protejate împotriva umidității. Există, de asemenea, dispozitive externe cu fir.
• Senzor de umiditate a aerului. Pentru interior este potrivit modelul DHT11, iar pentru exterior – modelul mai scump DHT22. Ambele dispozitive pot indica și temperatura. Se conectează la portul digital.
• Senzor de presiune a aerului. Pentru lucrul împreună cu plăcile Arduino s-au dovedit a fi buni barometrele analogice ale firmei Bosh: bmp180, bmp280. Acestea măsoară și temperatura. Modelul bme280 poate fi numit stație meteorologică, deoarece furnizează suplimentar și valoarea umidității.
• Senzori de mișcare și prezență. Aceștia sunt utilizați în scopuri de securitate sau pentru aprinderea automată a luminii.
• Senzor de ploaie. Reacționează la pătrunderea apei pe suprafața sa. Poate fi folosit și pentru declanșarea alarmei în caz de scurgeri ale circuitului de apă sau de încălzire.
• Senzor de curent. Aceștia sunt utilizați pentru depistarea aparatelor electrice nefuncționale (becuri arse) sau pentru analiza tensiunii, pentru a evita suprasarcina.
• Senzor de scurgere a gazului. Este utilizat pentru detectarea și reacția la concentrația crescută de propan.
• Senzor de dioxid de carbon. Este utilizat pentru determinarea concentrației de dioxid de carbon în camerele de locuit și în încăperi speciale, cum ar fi pivnițele de vin, unde are loc fermentația.

Există încă mulți senzori diferiți pentru sarcini specifice, de exemplu pentru măsurarea greutății, vitezei de curgere a apei, distanței, umidității solului etc.

Unii senzori, cum ar fi anemometrul, destinat măsurării vitezei și direcției vântului, reprezintă dispozitive electromecanice complexe

Mulți senzori pot fi realizați manual, folosind componente mai simple. Acest lucru va costa mai puțin. Însă, spre deosebire de utilizarea dispozitivelor de serie, va trebui să alocați timp pentru calibrare.

Gestionarea aparatelor și sistemelor

Pe lângă colectarea și analiza informațiilor, “casa inteligentă” trebuie să reacționeze la evenimentele care apar. Prezența electronicii avansate pe aparatele electrocasnice moderne permite accesarea directă a acestora, utilizând Wi-Fi, GPRS sau EtherNet. De obicei, pentru sistemele Arduino, comutarea microprocesorului și a dispozitivelor de înaltă tehnologie se realizează prin Wi-Fi.

Pentru a activa cu ajutorul Arduino aerul condiționat la temperatură ridicată în casă, a bloca televizorul și internetul pe timp de noapte în camera copiilor sau a porni boilerul de încălzire până la sosirea proprietarilor, este necesar să efectuați trei acțiuni:

1. Instalați modulul Wi-Fi pe placa de bază.
2. Găsiți canalele de frecvență neocupate pentru a evita conflictul sistemelor.
3. Înțelegeți comenzile aparatelor și programați acțiunile (sau utilizați bibliotecile gata făcute).

Pe lângă “comunicarea” cu aparatele computerizate, apar adesea sarcini legate de executarea unor acțiuni mecanice. De exemplu, la placă se poate conecta un servomotor sau un reductor mic care va fi alimentat de la aceasta.

Servomecanismul este format dintr-un motor mic și mai multe reductoare. Prin urmare, în ciuda curentului mic (5 V), acesta poate dezvolta o putere considerabilă, suficientă, de exemplu, pentru deschiderea unei ferestre.

În cazul necesității de conectare a dispozitivelor puternice care funcționează de la o sursă externă de alimentare, se utilizează două variante:

1. Includerea unui releu în circuit.
2. Conectarea unui comutator de putere și a unui triac.

Releul electromagnetic sau solid-state inclus în circuitul electric închide și deschide unul dintre fire la comanda primită de la microprocesor. Caracteristica lor principală este intensitatea maximă admisibilă a curentului (de exemplu, 40 A) care poate trece prin acest dispozitiv.

În ceea ce privește conectarea comutatorului de putere (MOSFET) pentru curent continuu și a triacului pentru curent alternativ, acestea au o valoare mai mică a intensității admisibile (5-15 A), dar pot crește treptat sarcina. Tocmai în acest scop, pe plăci sunt prevăzute porturi PWM. Această proprietate este utilizată la reglarea luminozității iluminatului, vitezei de rotație a ventilatoarelor etc.

Cu ajutorul releelor și al comutatoarelor de putere se pot automatiza complet toate circuitele electrice ale casei și se poate porni generatorul în lipsa curentului. Prin urmare, pe baza Arduino este posibilă realizarea unei alimentări autonome a apartamentului sau clădirii, incluzând toate funcțiile deosebit de importante – încălzirea, alimentarea cu apă, evacuarea apei, ventilația și sistemul de securitate.

Doriți ca locuința dumneavoastră să devină mai inteligentă, dar nu vă descurcați cu programarea? În acest caz, vă recomandăm să aruncați o privire asupra soluțiilor gata făcute de la Xiaomi și Apple, care sunt ușor de instalat și configurat chiar și de către un începător. Iar comenzi puteți da și controla executarea lor chiar de pe propriul smartphone.

Mai multe detalii despre casa inteligentă de la Xiaomi și Apple în articolele următoare:

• Casă inteligentă Xiaomi: particularități de proiectare, prezentare generală a componentelor principale și a elementelor de lucru
• Casă inteligentă Apple: subtilități ale organizării sistemelor de control al casei de la compania "măr"

Concluzii și material video util pe această temă

Exemplu de semifabricat asamblat manual la nivel de începător pentru “casă inteligentă”:

Deschiderea platformei Arduino permite utilizarea componentelor de la diferiți producători. Acest lucru facilitează proiectarea unei “case inteligente” în funcție de cerințele utilizatorului. Așadar, dacă aveți cunoștințe măcar elementare în domeniul programării și al conectării dispozitivelor electronice, merită să acordați atenție acestui sistem.

Sunteți familiarizați în practică cu platforma Arduino și doriți să vă împărtășiți experiența cu începătorii în acest domeniu? Poate doriți să completați materialul prezentat mai sus cu recomandări sau observații utile? Scrieți comentariile dumneavoastră sub această publicație.

Dacă aveți întrebări referitoare la proiectarea unui sistem de casă automatizată pe bază de Arduino, adresați-le experților noștri și celorlalți vizitatori ai site-ului în blocul de mai jos.