Arduino-ohjaimiin perustuva älykäs koti: ohjatun tilan suunnittelu ja organisointi

Automaatiotyökalujen kehitys on johtanut monimutkaisten järjestelmien luomiseen, jotka parantavat ihmisten elämänlaatua.Monet tunnetut elektroniikka- ja ohjelmistoympäristöjen valmistajat tarjoavat valmiita vakioratkaisuja erilaisiin esineisiin.

Jopa kokematon käyttäjä voi kehittää itsenäisiä projekteja ja koota "älykkään kodin" Arduinolla tarpeidensa mukaan. Tärkeintä on ymmärtää perusasiat eikä pelätä kokeilla.

Tässä artikkelissa tarkastellaan Arduino-laitteisiin perustuvan automatisoidun kodin luomisperiaatetta ja päätoimintoja. Käsittelemme myös käytetyt levytyypit ja järjestelmän päämoduulit.

Järjestelmien luominen Arduino-alustalle

Arduino on alusta elektronisten laitteiden kehittämiseen automaattisella, puoliautomaattisella tai manuaalisella ohjauksella. Se on tehty suunnittelijan periaatteen mukaan, jossa on selkeästi määritellyt elementtien väliset vuorovaikutussäännöt. Järjestelmä on avoin, minkä ansiosta kolmannen osapuolen valmistajat voivat osallistua sen kehittämiseen.

Klassikko "älykäs talo» koostuu automaattisista lohkoista, jotka suorittavat seuraavat toiminnot:

• kerätä tarvittavat tiedot antureiden kautta;
• analysoida tietoja ja tehdä päätöksiä ohjelmoitavan mikroprosessorin avulla;
• toteuttaa päätökset antamalla komentoja eri laitteille.

Arduino-alusta on hyvä juuri siksi, että se ei ole sidottu tiettyyn valmistajaan, vaan antaa kuluttajalle mahdollisuuden valita itselleen sopivat komponentit. Heidän valikoimansa on valtava, joten voit toteuttaa melkein minkä tahansa idean.

Suosittelemme katsomaan parhaat kodin älylaitteita.

Jos haluat oppia työskentelemään Arduinon kanssa, voit ostaa aloituspaketin valmistajan verkkosivustolta. Teknisen englannin kielen taito vaaditaan, koska dokumentaatiota ei ole venäläistetty

Liitettävien laitteiden monipuolisuuden lisäksi C++:ssa toteutettu ohjelmointiympäristö lisää vaihtelua. Käyttäjä ei voi vain käyttää luotuja kirjastoja, vaan myös ohjelmoida järjestelmän komponenttien reaktion uusiin tapahtumiin.

Päälevyn elementit

"Älykkään kodin" pääelementti on yksi tai useampi keskuslevy (emolevy). He ovat vastuussa kaikkien elementtien vuorovaikutuksesta. Vasta ratkaistavien tehtävien tunnistamisen jälkeen voit alkaa valita järjestelmän pääsolmua.

Emolevy yhdistää seuraavat elementit:

• Mikro-ohjain (prosessori). Sen päätarkoitus on tuottaa ja mitata jännitettä porteissa välillä 0-5 tai 0-3,3 V, tallentaa tietoja ja suorittaa laskelmia.
• Ohjelmoija (ei saatavilla kaikilla levyillä). Tällä laitteella mikro-ohjaimen muistiin kirjoitetaan ohjelma, jonka mukaan "älykäs koti" toimii. Se liitetään tietokoneeseen, tablettiin, älypuhelimeen tai muuhun laitteeseen USB-liitännän avulla.
• Jännitteensäädin. Koko järjestelmän virransyöttöön tarvitaan 5 voltin laite.

Arduino-tuotemerkillä valmistetaan useita levymalleja.Ne eroavat toisistaan ​​muototekijän (koon), porttien lukumäärän ja muistikapasiteetin suhteen. Näiden indikaattoreiden perusteella sinun on valittava sopiva laite.

Arduino-levyt ja -suojat kannattaa ostaa niille valmistajalta, koska ne ovat laadukkaampia kuin Kiinassa valmistetut yhteensopivat laitteet

Portteja on kahden tyyppisiä:

• digitaalinen, jotka on merkitty taululle kirjaimilla "d";
• analoginen, jotka on merkitty kirjaimella "a".

Niiden ansiosta mikro-ohjain kommunikoi kytkettyjen laitteiden kanssa. Mikä tahansa portti voi toimia sekä signaalin vastaanottamisessa että sen lähettämisessä. Digitaaliset portit, joissa on merkintä "pwm", on tarkoitettu PWM-signaalin (pulssinleveysmodulaatio) sisään- ja ulostuloon.

Siksi ennen levyn ostamista on tarpeen ainakin arvioida sen kuormitustaso eri laitteissa. Tämän avulla voit määrittää tarvittavan määrän kaikenlaisia ​​portteja.

On ymmärrettävä, että älykkään kodin järjestelmän ei välttämättä tarvitse olla kytkettynä yhteen emolevyyn perustuvaan ohjausyksikköön. Toiminnot, kuten esimerkiksi lähialueen keinovalon sytyttäminen kellonajasta riippuen ja vesivarannon ylläpito varastosäiliössä ovat toisistaan ​​riippumattomia.

Sähköisen järjestelmän luotettavuuden kannalta on parempi erottaa toisistaan ​​riippumattomat tehtävät eri lohkoiksi, mikä Arduino-konseptin avulla on helppo toteuttaa. Jos yhdistät useita laitteita samaan paikkaan, mikroprosessori voi ylikuumentua, ohjelmistokirjastojen ristiriitoja ja ohjelmisto- ja laitteistovikojen löytämisen ja poistamisen vaikeuksia.

Useiden erityyppisten laitteiden liittämistä yhdelle levylle käytetään yleensä robotiikassa, jossa kompaktisuus on tärkeää. "Älykkään kodin" kannalta on parempi käyttää omaa tukikohtaansa jokaiseen tehtävään

Jokainen mikroprosessori on varustettu kolmen tyyppisellä muistilla:

• Flash-muisti. Päämuisti, johon järjestelmänhallintaohjelman koodi on tallennettu. Pienen osan siitä (3-12%) käyttää sisäänrakennettu käynnistyslatausohjelma.
• SRAM. RAM, johon tallennetaan ohjelman suorittamiseen tarvittavat väliaikaiset tiedot. Siinä on korkea toimintanopeus.
• EEPROM Hitaampi muisti, johon voidaan myös tallentaa tietoja.

Suurin ero tietojen tallentamiseen tarkoitettujen muistityyppien välillä on, että kun virta katkaistaan, SRAM-muistiin tallennetut tiedot katoavat, mutta jäävät EEPROM-muistiin. Mutta haihtumattomalla tyypillä on myös haittapuoli - rajoitettu määrä kirjoitusjaksoja. Tämä on hyvä pitää mielessä, kun luot omia sovelluksiasi.

Toisin kuin Arduinon käyttö robotiikassa, useimmat älykkään kodin tehtävät eivät vaadi paljon muistia ohjelmille tai tiedon tallentamiseen.

Lautatyypit älykodin kokoamiseen

Katsotaanpa tärkeimpiä levytyyppejä, joita käytetään useimmiten älykotijärjestelmien kokoonpanossa.

Näkymä #1 - Arduino Uno ja sen johdannaiset

Älykodin järjestelmissä yleisimmin käytetyt levyt ovat Arduino Uno ja Arduino Nano. Niissä on riittävästi toimintoja tyypillisten ongelmien ratkaisemiseksi.

Täyspitkien levyjen käyttöjännite 7-12 volttia tarjoaa monia etuja. Ensinnäkin tämä on mahdollisuus pitkäaikaiseen itsenäiseen toimintaan tavallisista akuista tai ladattavista akuista

Arduino Uno Rev3:n pääparametrit:

• prosessori: ATMega328P (8 bittiä, 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 kauan sitten julkaistiin muunnos - Uno Wi-Fi, joka sisältää integroidun ESP8266-moduulin, jonka avulla voit vaihtaa tietoja muiden laitteiden kanssa käyttämällä 802.11 b/g/n -standardia.

Erona Arduino Nanon isompaan vastineeseen on se, että siinä ei ole omaa 12 V pistorasiaa.Tämä tehdään pienemmän laitekoon saavuttamiseksi, jolloin se on helppo piilottaa pieneen tilaan. Myös näitä tarkoituksia varten tavallinen USB-liitäntä korvataan sirulla, jossa on mini-USB-kaapeli. Arduino Nanossa on 2 enemmän analogista porttia Unoon verrattuna.

Uno-levystä on toinenkin muunnos - Arduino Mini. Se on jopa pienempi kuin Nano, ja sen kanssa on paljon vaikeampi työskennellä. Ensinnäkin USB-portin puute aiheuttaa ongelman laiteohjelmistoon, koska sinun on käytettävä USB-sarjamuunninta tätä varten. Toiseksi tämä kortti on nirsompi virtalähteen suhteen - on tarpeen tarjota tulojännitealue 7-9 V.

Yllä kuvatuista syistä Arduino Mini -korttia käytetään harvoin älykkään kodin käyttöön. Sitä käytetään yleensä joko robotiikassa tai valmiiden projektien toteutuksessa.

Näkymä #2 - Arduino Leonardo ja Micro

Arduino Leonardo -levy on samanlainen kuin Uno, mutta hieman tehokkaampi. Toinen tämän mallin mielenkiintoinen ominaisuus on, että se tunnistetaan näppäimistöksi, hiireksi tai ohjaussauvaksi, kun se on liitetty tietokoneeseen. Siksi sitä käytetään usein alkuperäisten pelilaitteiden ja simulaattoreiden luomiseen.

Taulukko Unon, Leonardon ja niiden pienoisanalogien kooista ja mitoista. Kehittäjät eivät noudattaneet nimien logiikkaa - "nano" pitäisi olla pienin

Arduino Leonardon pääparametrit ovat seuraavat:

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

Kuten parametriluettelosta voidaan nähdä, Leonardossa on enemmän portteja, mikä mahdollistaa tämän mallin lataamisen suuremmalla määrällä antureita.

Myös Leonardolle on olemassa miniatyyri analogi, jolla on täysin identtiset ominaisuudet, nimeltään Micro. Siinä ei ole 12V virtalähdettä ja täyden USB-sisääntulon sijaan on siru mini-USB-kaapelille.

Leonardo-muunnos nimeltä Esplora on puhtaasti pelimalli, eikä se sovi "älykodin" tarpeisiin.

Näkymä #3 - Arduino 101, Arduino Zero ja Arduino MKR1000

Joskus Arduinon pohjalta toteutettujen älykotijärjestelmien toiminta vaatii paljon laskentatehoa, jota 8-bittiset mikro-ohjaimet eivät pysty tarjoamaan. Tehtävät, kuten äänen tai kuvan tunnistus, vaativat tällaisilta laitteilta nopean prosessorin ja huomattavan määrän RAM-muistia.

Tällaisten erityisongelmien ratkaisemiseksi käytetään tehokkaita Arduino-konseptin mukaan toimivia levyjä. Niiden porttien määrä on suunnilleen sama kuin Uno- tai Leonardo-levyillä.

Arduino 101 on samat mitat kuin Uno tai Leonardo, mutta painaa melkein kaksi kertaa enemmän. Syynä tähän on kahden USB-sisääntulon ja lisäsirujen läsnäolo

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

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

Lisäksi taulu on varustettu BLE-toiminnallisuudella (Bluetooth Low Energy), johon on helppo liittää valmiita ratkaisuja, kuten sykesensori, säätietojen vastaanottaminen ikkunan ulkopuolella, tekstiviestien lähettäminen jne. Laitteeseen on integroitu myös gyroskooppi ja kiihtyvyysanturi, mutta niitä käytetään pääasiassa robotiikassa.

Toisella samankaltaisella levyllä, Arduino Zerolla, on seuraavat indikaattorit:

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

Tämän mallin erottuva piirre on sisäänrakennettu debuggeri (EDBG). Sen avulla on paljon helpompi löytää virheitä levyä ohjelmoitaessa.

Kun kirjoitat laajaa koodia, jopa erittäin pätevä ohjelmoija kokee virheitä. Löydä ne käyttämällä debuggeria

Arduino MKR1000 on toinen malli, joka sopii suuritehoiseen tietokoneeseen. Siinä on Zeroa vastaava mikroprosessori ja muisti. Sen tärkein ero on integroidun Wi-Fi-sirun läsnäolo 802.11 b/g/n-protokollalla ja salaussirussa, joka tukee SHA-256-algoritmia lähetettyjen tietojen suojaamiseksi.

Näytä #4 - Mega-perhemallit

Joskus on tarpeen käyttää suurta määrää antureita ja ohjata huomattavaa määrää laitteita. Tämä on tarpeen esimerkiksi hajautettujen ilmastointijärjestelmien automaattiselle toiminnalle, joka ylläpitää tiettyä lämpötilaa yksittäisille vyöhykkeille.

Jokaisella paikallisella alueella on tarpeen seurata kahden lämpötila-anturin lukemia (toista käytetään ohjausyksikkönä) ja säätää algoritmin mukaisesti pellin asentoa, joka määrittää sisään tulevan lämpimän ilman määrän.

Jos mökissä on enemmän kuin 10 tällaisia ​​vyöhykkeitä, tarvitaan yli 30 porttia koko järjestelmän ohjaamiseen. Tietenkin voit käyttää useita Uno-tyyppisiä kortteja yhden niistä yhteisen ohjauksen alaisena, mutta tämä aiheuttaa lisävaikeutta kytkentään. Tässä tapauksessa on suositeltavaa käyttää Mega-perheen malleja.

Mega-perhelevyjen koko (101,5 x 53,4 cm) on suurempi kuin aiemmin tarkasteltujen mallien. Tämä on tekninen välttämättömyys - muuten niin montaa porttia ei voida sijoittaa

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

Siinä on paljon muistia:

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

Mutta sen tärkein etu on monien porttien läsnäolo:

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

Tällä levyllä on kaksi modernia lajiketta:

• Mega 2560 perustuu aTMega2560-mikroprosessoriin, jolle on ominaista suuri määrä flash-muistia - 256 KB;
• Mega ADK on aTMega2560-mikroprosessorin lisäksi varustettu USB-liitännällä, jolla on mahdollisuus muodostaa yhteys Android-käyttöjärjestelmään perustuviin laitteisiin.

Arduino Mega ADK -mallissa on yksi ominaisuus. Kun puhelin kytketään USB-tuloon, seuraava tilanne on mahdollinen: jos puhelin tarvitsee latausta, se alkaa "vetää" sitä kortilta. Siksi sähkölähteelle on lisävaatimus - sen on tarjottava 1,5 ampeerin virta. Käytettäessä virtaa paristoilla tämä ehto on otettava huomioon.

Voit tehdä Arduinolle itsenäisen virtalähteen käyttämällä kytkettyjä paristoja tai akkuja.Yhdistämällä sarja- ja rinnakkaisliitännät saavutat halutun jännitteen ja pitkän käyttöajan

Due on toinen Arduinon malli, joka yhdistää mikroprosessorin tehon suureen määrään portteja.

Sen ominaisuudet ovat seuraavat:

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

Tämän levyn analogiset koskettimet voivat toimia sekä Arduinolle tavallisessa 10-bittisessä resoluutiossa, joka on tehty yhteensopivuutta aikaisempien mallien kanssa, että 12-bittisessä, jonka avulla voit vastaanottaa tarkemman signaalin.

Porttien kautta tapahtuvan moduulivuorovaikutuksen ominaisuudet

Kaikilla korttiin liitettävillä moduuleilla on vähintään kolme lähtöä. Kaksi niistä on virtajohtoja, ts. "maa" sekä 5 tai 3,3 V:n jännite. Kolmas johto on looginen. Se siirtää tiedot porttiin. Moduulien kytkemiseen käytetään erityisiä 3 ryhmiin ryhmiteltyjä johtoja, joita kutsutaan joskus jumpperiksi.

Koska Arduino-malleissa on yleensä vain 1 jänniteportti ja 1-2 maadoitusporttia, useiden laitteiden yhdistämiseksi joudut joko juottamaan johtoja tai käyttämään leipälevyjä.

Voit yhdistää Arduino-levyn virran ja porttien lisäksi leipälevyyn myös muita elementtejä, kuten vastuksen, rekisterit jne.

Juotos on luotettavampaa ja sitä käytetään laitteissa, jotka ovat alttiina fyysisille vaikutuksille, kuten robottien ja nelikoptereiden ohjauskorteissa. Älykkään kodin tapauksessa on parempi käyttää kehityslevyjä, koska se on helpompaa sekä moduulin asennuksessa että irrotuksessa.

Joidenkin mallien (esim. Arduino Zero ja MKR1000) käyttöjännite on 3,3 V, joten jos portteihin käytetään korkeampaa arvoa, kortti voi vaurioitua. Kaikki tiedot virtalähteestä löytyvät laitteen teknisistä asiakirjoista.

Lisälevyt (kilvet)

Emolevyjen ominaisuuksien lisäämiseksi käytetään Shieldejä - lisälaitteita, jotka laajentavat toimintoja. Ne on valmistettu tiettyä muotoa varten, mikä erottaa ne portteihin kytketyistä moduuleista. Kilvet ovat kalliimpia kuin moduulit, mutta niiden kanssa työskentely on helpompaa. Ne on varustettu myös valmiilla kirjastoilla koodilla, mikä nopeuttaa omien ohjausohjelmien kehitystä älykkään kodin käyttöön.

Proto- ja anturisuojat

Nämä kaksi vakiosuojaa eivät lisää mitään erityisiä toimintoja. Niitä käytetään useiden moduulien kompaktimpaan ja kätevämpään liittämiseen.

Proto Shield on porttien suhteen lähes täydellinen kopio alkuperäisestä, ja moduulin keskelle voi liimata kehityslevyn. Tämä helpottaa rakenteen kokoamista. Tällaisia ​​lisäosia on olemassa kaikille täyspitkille Arduino-levyille.

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

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

Niissä ei ole bradboardia, mutta kaikki portin nastat toimitetaan erikseen teholla ja maadolla. Näin vältyt sotkeutumasta johtoihin ja jumpperiin.

Emolevyn ja anturilevyjen pinta-ala on sama, mutta suojassa ei ole siruja, kondensaattoreita ja muita elementtejä. Tämä vapauttaa paljon tilaa täydellisille yhteyksille.

Tällä kortilla on myös liittimet useiden moduulien helppoon liittämiseen: Bluetooth, SD-kortit, RS232 (COM-portti), radio ja ultraääni.

Aputoimintojen liittäminen

Kilvet, joihin on integroitu toiminnallisuus, on suunniteltu ratkaisemaan monimutkaisia ​​mutta tyypillisiä ongelmia. Jos haluat toteuttaa alkuperäisiä ideoita, on parempi valita sopiva moduuli.

Moottorin suoja. Se on suunniteltu ohjaamaan pienitehoisten moottoreiden nopeutta ja pyörimisnopeutta. Alkuperäinen malli on varustettu yhdellä L298-sirulla ja voi käyttää kahta tasavirtamoottoria tai yhtä servoa samanaikaisesti. Siellä on myös yhteensopiva kolmannen osapuolen osa, jossa on kaksi L293D-sirua, jotka voivat ohjata kaksi kertaa niin monta asemaa.

Relekilpi. Älykodin järjestelmissä usein käytetty moduuli. Levy, jossa on neljä sähkömekaanista relettä, joista jokainen sallii virran kulkemisen jopa 5A voimalla. Tämä riittää kytkemään automaattisesti päälle ja pois päältä kilowattilaitteet tai 220 V vaihtovirralle suunnitellut valaistuslinjat.

LCD-suoja. Mahdollistaa tietojen näyttämisen sisäänrakennetulla näytöllä, joka voidaan päivittää TFT-laitteeseen. Tämän laajennuksen avulla luodaan usein sääasemia, joissa on lämpötilalukemat erilaisiin asuintiloihin, ulkorakennuksiin, autotalliin sekä ulkotiloihin lämpötila, kosteus ja tuulen nopeus.

LCD Shieldissä on sisäänrakennetut painikkeet, joiden avulla voit ohjelmoida tietojen vierityksen ja valita toimintoja komentojen lähettämiseksi mikroprosessorille

Data Logging Shield. Moduulin päätehtävänä on tallentaa dataa antureista täysimuotoiselle SD-kortille 32 Gt asti FAT32-tiedostojärjestelmän tuella. Jos haluat tallentaa microSD-kortille, sinun on ostettava sovitin.Tätä suojusta voidaan käyttää tiedon tallennusvälineenä esimerkiksi tallennettaessa tietoja DVR:stä. Valmistaja amerikkalainen Adafruit Industries.

SD-kortin suoja. Yksinkertaisempi ja halvempi versio edellisestä moduulista. Monet valmistajat valmistavat tällaisia ​​laajennuksia.

Ethernet-suoja. Virallinen moduuli Arduinon yhdistämiseen Internetiin ilman tietokonetta. Siinä on paikka micro SD -kortille, jonka avulla voit tallentaa ja lähettää tietoja World Wide Webin kautta.

Wi-Fi Shield. Mahdollistaa langattoman tiedonvaihdon salaustilan tuella. Toimii yhteyden muodostamiseen Internetiin ja laitteisiin, joita voidaan ohjata Wi-Fin kautta.

GPRS-suoja. Tätä moduulia käytetään yleensä kommunikoimaan älykodin ja sen omistajan välillä matkapuhelimella tekstiviesteillä.

Älykodin moduulit

Kolmannen osapuolen valmistajien moduulien yhdistäminen ja kyky työskennellä niiden kanssa sisäänrakennetulla ohjelmointikielellä on avoimen Arduino-järjestelmän tärkein etu verrattuna "brändättyihin" älykotiratkaisuihin. Tärkeintä on, että moduuleilla on kuvaus vastaanotetuista tai lähetetyistä signaaleista.

Tapoja saada tietoa

Tietojen syöttö voidaan tehdä digitaalisten tai analogisten porttien kautta. Se riippuu painikkeen tai anturin tyypistä, joka vastaanottaa tiedot ja lähettää sen piirilevylle.

Tietokoneohjelmassa digitaalinen signaali vastaa jaksoja "0" ja "1" ja analoginen signaali määrittää arvoalueen sen mitan mukaan.

Signaalin mikroprosessorille voi lähettää henkilö, joka käyttää tähän kahta menetelmää:

• Painikkeen (näppäimen) painaminen. Looginen johto menee tässä tapauksessa digitaaliporttiin, joka saa arvon “0”, jos painike vapautetaan ja “1”, jos sitä painetaan.
• Pyörivän potentiometrin (vastuksen) kannen kääntäminen tai vaihtamalla moottorin vipua. Tässä tapauksessa looginen johto menee analogiseen porttiin. Jännite kulkee analogia-digitaalimuuntimen läpi, jonka jälkeen tiedot siirtyvät mikroprosessorille.

Painikkeita käytetään tapahtuman käynnistämiseen, esimerkiksi valojen, lämmityksen tai ilmanvaihdon kytkemiseen päälle ja pois. Pyöriviä nuppeja käytetään intensiteetin muuttamiseen - lisäämään tai vähentämään valon kirkkautta, äänenvoimakkuutta tai tuulettimen siipien pyörimisnopeutta.

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

Antureilla määritetään automaattisesti ympäristöparametrit tai tapahtuman alkuperä.

Seuraavat tyypit ovat eniten kysyttyjä älykkään kodin käyttöön:

• Äänen anturi. Tämän laitteen digitaalisia versioita käytetään tapahtuman aktivoimiseen taputuksen tai äänen avulla. Analogisten mallien avulla voit tunnistaa ja käsitellä ääntä.
• Valotunnistin. Nämä laitteet voivat toimia sekä näkyvällä että infrapuna-alueella. Jälkimmäistä voidaan käyttää palovaroitusjärjestelmänä.
• Lämpösensori. Sisä- ja ulkokäyttöön käytetään erilaisia ​​malleja, koska ulkoiset ovat paremmin suojattuja kosteudelta. Johdossa on myös etälaitteita.
• Ilmankosteusanturi. Malli DHT11 sopii sisäkäyttöön ja kalliimpi DHT22 ulkokäyttöön. Molemmat laitteet voivat myös antaa lämpötilalukemia. Yhdistä digitaaliseen porttiin.
• Ilmanpaineanturi. Boshin analogiset barometrit ovat osoittaneet toimivansa hyvin Arduino-levyjen kanssa: bmp180, bmp280. Ne mittaavat myös lämpötilaa.Bme280-mallia voidaan kutsua sääasemaksi, koska se tarjoaa myös ylimääräisen kosteusarvon.
• Liike- ja läsnäolotunnistimet. Niitä käytetään turvasyistä tai valojen automaattiseen sytyttämiseen.
• Sadetunnistin. Reagoi sen pinnalle pääsevään veteen. Sitä voidaan käyttää myös hälyttämään putkiston tai lämmityspiirin vuodoista.
• Virta-anturi. Niitä käytetään havaitsemaan ei-toimivia sähkölaitteita (palaneet lamput) tai analysoimaan jännitettä ylikuormituksen estämiseksi.
• Kaasuvuodon anturi. Käytetään havaitsemaan lisääntyneet propaanipitoisuudet ja reagoimaan niihin.
• Hiilidioksidin anturi. Sitä käytetään hiilidioksidipitoisuuden määrittämiseen olohuoneissa ja erityishuoneissa, kuten viinikellareissa, joissa käyminen tapahtuu.

Erilaisia ​​antureita on paljon enemmän tiettyihin tehtäviin, esimerkiksi painon, veden virtausnopeuden, etäisyyden, maaperän kosteuden jne.

Jotkut anturit, kuten tuulen nopeutta ja suuntaa mittaava tuulimittari, ovat monimutkaisia ​​sähkömekaanisia laitteita

Monet anturit ja anturit voidaan valmistaa itsenäisesti käyttämällä yksinkertaisempia komponentteja. Se maksaa vähemmän. Mutta toisin kuin sarjalaitteiden käytössä, sinun on käytettävä aikaa kalibrointiin.

Laitteiden ja järjestelmien ohjaus

Tiedon keräämisen ja analysoinnin lisäksi "älykodin" on reagoitava esiin nouseviin tapahtumiin. Nykyaikaisten kodinkoneiden kehittyneen elektroniikan ansiosta voit käyttää niitä suoraan Wi-Fi:n, GPRS:n tai EtherNetin avulla. Tyypillisesti Arduino-järjestelmät toteuttavat vaihdon mikroprosessorin ja huipputeknisten laitteiden välillä Wi-Fi:n kautta.

Jotta voit käyttää Arduinoa käynnistämään ilmastointilaitteen, kun talon lämpötila on korkea, estääksesi television ja Internetin yöllä lastenhuoneessa tai käynnistääksesi lämmityskattilan, kun omistajat saapuvat, sinun on suoritettava kolme vaihetta:

1. Asenna Wi-Fi-moduuli emolevylle.
2. Etsi käyttämättömät taajuuskanavat välttääksesi järjestelmäristiriidat.
3. Ymmärrä laitekomentoja ja ohjelmatoimintoja (tai käytä valmiita kirjastoja).

Tietokoneistettujen laitteiden kanssa "kommunikoinnin" lisäksi usein syntyy tehtäviä, joihin liittyy joidenkin mekaanisten toimien suorittaminen. Voit esimerkiksi kytkeä servokäytön tai pienen vaihteiston korttiin, joka saa virtaa siitä.

Servokäyttö koostuu moottorista ja useista vaihteistoista. Siksi pienestä virrasta (5 V) huolimatta se voi kehittää kunnollista tehoa, joka riittää esimerkiksi ikkunan avaamiseen

Jos on tarpeen kytkeä tehokkaita laitteita, jotka toimivat ulkoisesta virtalähteestä, käytetään kahta vaihtoehtoa:

1. Sisällytys relepiiriin.
2. Virtakytkimen ja triakin liittäminen.

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

Mitä tulee tasavirtakytkimen (mosfet) ja vaihtovirran triakin kytkemiseen, niillä on pienempi sallittu virta (5-15 A), mutta ne voivat lisätä kuormitusta tasaisesti. Tätä tarkoitusta varten korteissa on PWM-portit. Tätä ominaisuutta käytetään säädettäessä valaistuksen kirkkautta, tuulettimen nopeutta jne.

Releiden ja virtakytkimien avulla voit täysin automatisoida kaikki sähköpiirit kotona ja käynnistää generaattorin virran puuttuessa. Siksi Arduinon pohjalta on mahdollista toteuttaa asunnon tai rakennuksen autonominen toimittaminen, mukaan lukien kaikki erityisen tärkeät toiminnot - lämmitys, vesihuolto, viemäröinti, ilmanvaihto ja turvajärjestelmä.

Haluatko kodistasi älykkäämmän, mutta ohjelmoinnin "sinulle"? Tässä tapauksessa suosittelemme tutustumaan Xiaomin ja Applen valmiisiin ratkaisuihin, jotka on helppo asentaa ja konfiguroida jopa aloittelijalle. Ja voit asettaa komentoja ja ohjata niiden toteutusta jopa älypuhelimellasi.

Lue lisää Xiaomin ja Applen älykodista seuraavista artikkeleista:

• Xiaomi älykäs koti: suunnitteluominaisuudet, yleiskatsaus pääkomponenteista ja työelementeistä
• Applen älykäs koti: Apple-yhtiön kodinohjausjärjestelmien organisoinnin hienouksia

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Esimerkki itse kootusta lähtötason työkappaleesta "älykkään kotiin":

Arduino-alustan avoimuus mahdollistaa eri valmistajien komponenttien käytön. Näin "älykäs koti" on helppo suunnitella käyttäjän tarpeiden mukaan. Siksi, jos sinulla on ainakin vähäistä tietoa elektronisten laitteiden ohjelmoinnista ja kytkemisestä, tämä järjestelmä kannattaa kiinnittää huomiota.

Oletko perehtynyt Arduino-alustaan ​​käytännössä ja haluat jakaa kokemuksesi tämän asian uusien kanssa? Ehkä haluat täydentää yllä olevaa materiaalia hyödyllisillä suosituksilla tai kommenteilla? Kirjoita kommenttisi tämän julkaisun alle.

Jos sinulla on kysyttävää Arduinoon perustuvan automatisoidun kotijärjestelmän suunnittelusta, kysy ne asiantuntijoiltamme ja muille sivuston vierailijoille alla olevasta lohkosta.