Умный дом на Arduino: проектирование и устройство своими силами

Что такое «умный дом» на базе Arduino?

В последнее время все чаще инновационные технологии проникают в различные сферы нашей жизни. Их использование позволяет существенно повысить комфорт и экономит время человека на выполнении различных задач. Сегодня мы коснемся темы так называемых «умных домов» и расскажем об их особенностях, преимуществах, минусах и технологии создания.

Описание системы

Если разбираться в термине «умный дом», то наиболее близким аналогом, который будет понятен большинству людей, является фраза «домашняя автоматизация». Смысл таких вещей состоит в обеспечении автоматического осуществления разных процессов, которые происходят в помещении. Использовать такой механизм можно не только в жилых домах, но и в офисах, а также на различных объектах специализированного назначения.

Если говорить конкретно о таких процессах, то можно привести пример автоматического включения освещения в момент, когда кто-то заходит в комнату. Теперь поговорим детальнее об особенностях такой системы.

Особенности

Первой особенностью, о которой следует сказать, будет возможность сбора системы наподобие конструктора. Она представляет собой наличие центрального элемента на платформе Arduino, представленного центральным контроллером, куда стекается вся информация от различных систем, установленных в доме. И по мере возможности допустимо добавлять новые компоненты в систему – управлять светом в различных комнатах, оповещать владельца о возникновении различных непредвиденных ситуаций, контролировать климатические условия, следить за инженерными механизмами.

Но следует понимать, что четких представлений, какие компоненты и механизмы должны быть в подобной системе – нет. То есть, это концепция, а не определенный продукт. При необходимости можно поставить какую-то одну систему, а остальные нет. То есть начинаем с чего-то малого и по мере необходимости наращиваем функционал дома, получая новые возможности в сфере управления жилищем. Одной из самых значимых особенностей является возможность интеллектуального управления освещением. Применение подобной системы в быту позволяет серьезно сэкономить ресурсы, ведь освещение включается исключительно тогда, когда человек находится в каком-то помещении.

А учитывая, что большинство европейцев обитают в коттеджах, где источников света должно быть существенно больше, чем в квартире, то этот вопрос является крайне важным. Да и не будет лишним иметь контроль за всеми световыми приборами в доме из любой его точки.

Следующая особенность – контроль микроклимата в помещении. Описываемый механизм имеет не меньшую важность. Например, автоматизация отопления будет крайне важной не только для экономии в холодное время года, но и чтобы включить отопление в нужный момент, ведь не всегда есть возможность сделать его активным при резком понижении температурного режима. Если у вас имеется автономное отопление на основе котла, то при наличии термодатчиков и механизма контроля газоутечек в случае внештатной ситуации владелец будет оповещен и сможет оперативно отреагировать на нее в режиме реального времени.

Еще одно преимущество – техническая оснащенность различных систем. С установкой автоматики владелец дома получает возможность выполнять различные действия: опускать жалюзи, включать экран телевизора или медиапроигрывателя. Подключив эти и другие системы к общему механизму, можно реально создать условия для активации того или иного устройства при помощи нажатия всего одной клавиши.

Следующая особенность – система безопасности. Механизм «умного дома» поднимает на новый уровень защиту от проникновения в дом непрошенных гостей в отсутствие хозяев. Дом просто трансформируется практически в неприступный объект. Более того, система может имитировать эффект присутствия в доме путем включения и выключения света, а камеры наблюдения передают хозяину актуальную информацию об активности в доме или прилегающей территории, что позволяет сэкономить на охране. Система имеет еще целый ряд средств, которые позволят обезвредить нарушителя, если в этом есть необходимость.

И последняя особенность, о которой хочется сказать – простое и доступное управление. Несмотря на свой огромный функционал, описываемой системой может управлять даже ребенок. Обычно для этого используется небольшой пульт дистанционного управления с традиционными переключателями и специальными панелями. Кроме того, управлять механизмами можно с ПК или мобильного устройства. А в последние годы внедряются и так решения, как управление голосом. Как можно убедиться, у такой системы есть масса особенностей, которые делают ее отличным комплексным решением для дома или любого другого объекта.

Составные части

Сегодня появилось большое количество модификаций и комплектаций на базе Arduino, где рассматриваемая система может быть реализована. Большое количество компаний, производящих такие механизмы, делают контроллеры уже со встроенными системами Wi-Fi и Bluetooth, что позволяет управлять системой в пределах помещения через мобильный. Существуют и решения, где управление осуществляется по интерфейсу типа Ethernet, речь идет о проводном способе при помощи оптоволоконных кабелей через домашнюю сеть локального типа. В подобные решения обычно добавляются коммутаторы, а также роутеры типа Wi-Fi, что позволяет осуществлять беспроводное подключение, если иное не предусмотрено самим контроллером.

Подключение обычных ручных выключателей можно осуществляться на центральный контроллер двумя методами:

• при помощи электрической проводки;
• по беспроводной технологии.

Как можно убедиться, существует большое количество составных частей «умного дома».

Обычно система состоит из следующих узлов, которые могут быть представлены разного рода устройствами:

• центральный системный контроллер, обычно представленный главным узлом, а также дискретными выводо-вводными модуляторами;
• устройства расширения и связи, куда входят роутеры, различные коммутаторы, а также модули GPS и GPRS;
• приборы, отвечающие за коммутацию электроцепи – реле, диммеры и блоки питания;
• приборы исполнения – различного рода клапаны (воды, газа);
• части системного управления – сенсорные панели, планшеты, карманные персональные компьютеры, а также пульты;
• различные измерительные части – приборы, датчики и сенсоры (речь идет о датчиках света, температуры и движения).

Умный дом на базе Arduino своими руками: подключаемые модули и настройка системы

Умный дом представляет собой специальную систему, которая автоматизирует многие процессы в доме. Например, можно управлять системами отопления, включения освещения в определенные моменты времени, слежение за обстановкой, выполнять контроль состояния инженерных коммуникаций и прочее.

На потребительском рынке предлагается много систем подобного рода, которые имеют широкий набор функций и поддерживают работу с разными датчиками и исполнительными приспособлениями. Правда, есть еще возможность самостоятельно создать умный дом своими руками на базе Arduino.

Принцип работы умного дома на базе Ардуино

Система на платформе Ардуино работает аналогично обычной заводской. Она должна включать в свой состав контроллер с процессором, который будет обрабатывать входящие сигналы, и формировать импульсы для управления внешними устройствами.

В качестве устройств, генерирующих входные сигналы, выступают разного рода датчики, которые контролируют те или иные параметры в помещении. После обработки этих сигналов контроллером, по установленному алгоритму, будет сформирован исполнительный сигнал, передаваемый к внешним устройствам, которые управляют включением электричества, работой отопительной системы, системой безопасности и пр.

Созданный на Arduino умный дом, управляется через Web интерфейс, что позволит удаленно контролировать работу системы с любого устройства, подключенного к интернету. Также поддерживает Arduino GSM управление с помощью обычных мобильных телефонов или смартфонов.

Какие датчики и контролеры можно подключать и как они работают

Основу умного дома на базе Ардуино составляет процессорная плата, представляющая микроконтроллер. Она владеет процессором, который с помощью созданного программного обеспечения обрабатывает данные от датчиков и управляет работой исполнительных устройств.

Чтобы к контроллеру можно было подключить разные функциональные датчики, используются шилды – платы расширения, которые подключают к процессорному модулю, а уже к шилдам подсоединяют требуемое число датчиков. Система из контроллера, расширительных плат и датчиков может функционировать как автономно, так и работать в связке с компьютером посредством проводной или беспроводной связи.

Через шилды к контроллеру можно подключить разные по функциональности датчики.

1. Сенсоры, которые контролирую параметры и характеристики окружающей среды внутри или вне помещения. Это могут быть датчики температуры, влажности, давления, уровня освещенности наличия осадков.
2. Сенсоры, которые контролируют пространственную ориентацию объекта, к которому они прикреплены. К ним относятся гироскопы, компасы, акселерометры.
3. Сенсоры, которые регистрируют наличие подвижных объектов. К ним относятся датчики движения, тепловые датчики УЗ-сенсоры.
4. Сенсоры контроля аварийных ситуаций. К ним относятся устройства, которые позволяют контролировать целостность инженерных коммуникаций в доме. Датчики выявляют утечку газа, воды, отключения электричества, появления задымленности, открытого огня.

Многие из этих устройств входят в набор Ардуино умный дом, предлагаемый производителями для тех, кто собрался самостоятельно автоматизировать свой дом.

Процесс сборки умного дома

Создание умного дома на базе Arduino чем-то напоминает работу с конструктором Лего. Оно предусматривает подключение нужных датчиков к микропроцессорному контроллеру, программирование созданной системы и подключение ее к средствам управления через глобальную сеть интернет. Рассмотрим более детально каждый из этих процессов.

Подключение всей периферии

Процесс подключения всех модулей и датчиков Arduino очень простой и с ним разберется даже тот человек, который слабо знаком с электроникой. Он представляет собой последовательное подключение к центральному контроллеру датчиков и исполнительных устройств, используя для этого расширительные платы и соединительные проводники.

Чтобы не запутаться в процессе подключения, нужно предварительно составить детальную схему будущей системы и предусмотреть места, где будет размещен в доме контроллер, функциональные датчики и исполнительные устройства. Наличие такого плана исключит ошибки в подключении и некорректной работы умного дома.

Программирование и отладка

Чтобы умный дом на Ардуино своими руками запрограммировать, нужно знать язык программирования С++ или использовать специальную оболочку Arduino IDE. Первый вариант подходит для продвинутых пользователей, которые знают и могут программировать на этом языке. Второй вариант подойдет для тех, кто только делает первые шаги в программировании алгоритмов для устройств, созданных на платформе Ардуино.

Оболочка Arduino IDE представляет собой упрощенную версию С++. Она имеет встроенный текстовый редактор, менеджер проектов, предпроцессор, компилятор и инструменты, нужные для того, чтобы залить программный код в микропроцессор платы Arduino.

Версии Arduino IDE доступны пользователям для разных операционных систем. Это могут быть Windows, Mac OS X или Linux.

После того, как созданный код залит в микропроцессор можно выполнить отладку системы и проверить насколько эффективно работает взаимодействие между датчиками, контроллером и исполнительными устройствами.

Чтобы система умный дом всегда была под контролем, существуют разные приложения, которые можно установить на свой смартфон. Например, можно закачать и настроить приложение SmartHome.apk. С его помощью можно в любое время получать данные от контроллера умного дома, а также выполнять управление его функциями.

Использование этого приложения позволит контролировать состояние охранной сигнализации, получать от нее уведомления о срабатывании. Настроив частоту опроса датчиков движения, информацию о текущем состоянии помещения можно получать в режиме реального времени.

Сопряжение с интернетом

Умный дом, созданный своими руками на Arduino, может настраиваться и контролироваться через интернет. Для этого сначала следует настроить роутер, который обеспечивает раздачу интернета в доме.

Изначально нужно зайти в раздел настроек роутера и прописать в нем IP-адрес для системы Arduino. Затем выполняется открывание порта 80.

Если есть необходимость в том, чтобы присвоить доменное имя адресу системы умный дом, можно воспользоваться возможностями сервиса https://www.noip.com. После регистрации на этой платформе следует воспользоваться функцией «Add host» и прописать там IP-адрес созданной системы умного дома. После этого доступ можно будет получать, как по IP-адресу, так и по доменному имени.

Чтобы управлять развернутым на Arduino умным домом можно было с любого места, где есть интернет нужно провести несложную настройку используемого браузера. Для этого в его адресной строке следует набрать следующий код «xxx.xxx.xxx.xxx/all».

Здесь под xxx.xxx.xxx.xxx подразумевают IP-адрес, используемый системой умный дом. После этой процедуры пользователь будет иметь возможность получать информацию от созданной системы автоматизации дома, а также задавать параметры ее работы.

Заключение

На сегодня существует много готовых Ардуино проектов умный дом, которые можно найти в сети интернет. Также можно создать свой собственный проект, который будет максимально подходить под конкретный объект. Системы, построенные на Ардуино, отличаются тем преимуществом, что их всегда можно модернизировать и масштабировать.

Например, можно начать с управления освещением Ардуино, а затем добавлять функциональные датчики, которые будут контролировать движение в помещении, следить за утечкой воды, газа. Чтобы упростить процедуру создания автоматизированной системы в интернет-магазинах можно найти много готовых наборов умный дом Arduino. Они обеспечивают создание базовой конфигурации системы, которую позже можно усовершенствовать под свои требования.

Видео: Умный дом на Arduino

​Arduino Home, умный дом на Arduino, Часть #2

Делаем умный дом на Arduino: с чего начать?

Создание умного дома своей головой и своими руками – это очень занимательный процесс. Пока вы будете заниматься его разработкой и настройкой, вам предстоит пополнить свою копилку знаний во многих областях: электронике, схемотехнике, программировании и многих других.

Первую часть из цикла статей читайте здесь

Если вы мастер на все руки и отличный самоучка, то процесс пойдет быстрее, если же нет – то придется немножко попотеть.

Сама идея базирования умного дома на платформе микроконтроллера не нова и не так сложна, как может показаться на первый взгляд. Данный цикл статей не призван научить вас повторить такой же проект у себя дома, а имеет цель рассказать основные принципы на которых строится умный дом со всеми его составляющими: контроллером, исполнительными устройствами, модулями коммутации и т.д.

Все существующие системы умного дома имеют собственные контроллеры и собственные функции, подчеркивающие их отличие от конкурентов, но принцип работы всегда остается примерно одинаковым.

Таким образом вы сможете самостоятельно повторить данный проект, а в дальнейшем сделаете это на другой платформе, так как часто мощностей одной только Arduino вам будет не хватать, и вы начнете рассматривать иные варианты.

В зависимости от выбранного вами контроллера будет меняться уровень необходимых знаний для настройки и взаимодействия между собой всех компонентов системы (имеется ввиду язык программирования, на котором будет написан код для загрузки в контроллер).

Официально самые первые умные дома появились еще в 1978 году и самой первой их функцией была возможность управлять освещением: плавно менять уровень освещенности в лампочках в зависимости от времени суток или рода деятельности. Все это производилось при помощи регуляторов напряжения – диммеров. Благодаря их повсеместному использованию росла энергоэффективность в домах (экономия электроэнергии достигала уровня в 20-30%).

Уже в дальнейшем появилось множество датчиков, которые позволяли контролировать различные величины и процессы в доме, например, температуру, влажность, содержание вредных веществ (пыли или углекислого газа).

Датчики выполняют роль мониторинга. Сигналы с них передаются на контроллер, где происходит обработка полученной информации и отправка соответствующих команд исполнительным устройствам (клапаны, таймеры, модули реле, приводы).

Простым примером здесь служит система “климат-контроль”: датчик температуры зафиксировал, что показатель температуры и влажности воздуха в помещении превышает допустимое значение – сигнал с этой информацией передается на контроллер, который решает включить исполнительное устройство, отвечающее за включение/выключение вентилятора. Вентилятор будет работать до тех пор, пока данные с датчика температуры не будут приведены в норму.

Умный дом имеет очень много возможностей и функций, и только от вас зависит, что именно будет в вашей собственной системе.

Отвечая на вопрос “С чего начать?” нужно определиться с тем, каков набор функций, который вы будете использовать для своих нужд и целей.

После этого нужно составить список компонентов, которые необходимо приобрести.

Для удобства разделим их на несколько групп:

1. Контроллер

С этим мы уже определились – будем использовать Arduino. Для новичков это идеальный вариант: открытая среда разработки, множество примеров и исходников в открытом доступе, библиотеки, упрощающие разработку, и несложный язык программирования (в Arduino используется wiring, представляющий собой упрощенный C++ . О том, насколько легко его понять говорит тот факт, что Arduino занимаются даже ученики начальных классов в школах робототехники).

2. Сервер

О том, что это такое уже рассказывалось в первой части цикла. Повторимся – сервер связывает контроллер с исполнительными устройствами, обеспечивая обмен сигналами между ними. Конечно, сервер может и не понадобиться, если вы используете проводной способ связи между всеми модулями системы.

Сервер необходим для управления умным домом посредством удаленного доступа.

Платформа Arduino напрямую работать удаленно с другими устройствами не может (иными словами не может передавать информацию на расстоянии), поэтому ей необходимо дополнение, работающее с интернетом.

Отличный вариант – подключение к плате Arduino платы расширения Ethernet Shield (интернет шилд). Подключение происходит через UART интерфейс. Начинающим с ним будет работать довольно просто, поскольку в него встроена библиотека, упрощающая написание кода и работу с шилдом. Другим, но чуть более сложным вариантом будет взаимодействие Arduino с отдельным Wi-Fi модулем на базе ESP8266.

3. Устройства мониторинга и анализа

Как уже было сказано ранее, количество данного типа устройств зависит от того, какие именно задачи будет выполнять ваш умный дом. Разберем несколько примеров.

• Контроль за оптимальным режимом температуры

Для этой цели вам понадобятся хорошие датчики температуры. Могу порекомендовать датчики Dallas DS18B20. Они обладают достаточной для комнатных условий точностью (точнее, чем датчики семейства DHT), быстродействием и способны показывать температуру как в фаренгейтах, так и в цельсиях. Они будут считывать информацию о текущей температуре и передавать данные на Arduino.

• Содержание углекислого газа в помещении.

Используйте датчики газа, чтобы мониторить состояние качества воздуха.

4. Исполнительные устройства

Название говорит само за себя. В умных домах они предназначаются для выполнения полученных от контроллера команд. Пример также приводил на страницах этой статьи: если температура превысит норму, то Arduino (в нашем случае) отдает команду исполнительному устройству (в данном случае им может быть твердотельное реле) включить кондиционер или вентилятор для ее установления на заданном уровне.

Также в зависимости от того, какие задачи вы хотите поручить вашему умному дому, зависит и приобретение вами соответствующих исполнительных устройств. Опять же напишу для примера: различные приводы можно использовать для автоматического открытия окон, а клапаны для регулирования уровня подачи воды.

5. Компоненты для коммутации (обеспечивают взаимодействие всех составляющих умного дома)

К таковым можно отнести различные провода, перемычки, предохранители, выключатели и многое другое.

Поэтому прежде, чем начинать разработку умного дома, внимательно продумайте какие компоненты вам нужны, на базе какого контроллера вы будете реализовывать это и уложитесь ли вы в бюджет.

На этом вторая часть нашего цикла статей про умный дом подошла к концу. Всем спасибо за внимание, продолжение следует.

Умный дом на Аrduino своими руками

Сложно представить себе современную жизнь без использования технологий: интернета, смартфона, кухонной техники и системы «Умный дом». Если с последним вы еще не знакомы или хотите установить такую систему своими руками, то информация далее — для вас.

Управление «Умным домом» с планшета

Мнение специалиста

Система от «Ардуино» идеально подходит для начинающих пользователей, не знакомых с тонкостями программирования. Впрочем, опытные пользователи тоже могут оценить ее за удобство и простоту при создании собственных программ. Ее выгодное отличие от других подобных систем – открытый исходный код. Именно с этой системы можно рекомендовать начинать тем, кто желает освоить технологию «умного дома».

Что такое «Умный дом»

Приобрести подобный проект не по карману большинству людей. Но, усвоив принцип работы «Умного дома», можно разработать такой проект самостоятельно и установить через специальное приложение своими руками.

Понятие Smart Homes или «Умный дом» можно охарактеризовать как простой набор контроллеров и датчиков. Эти приспособления могут срабатывать как на тепловую энергию, так и на движения. Как правило, такие наборы контролируют работу техники внутри дома, коммуникации, системы безопасности. Есть и более «умные» проекты: системы по расписанию включают отопление, запускают работу бытовой техники и т. д. Только представьте себе: вы приходите домой, где вас уже ждет разогретый обед в микроволновке и горячая ванная. Интересно? Тогда есть смысл сделать это своими руками.

“Умный дом” можно охарактеризовать как простой набор контроллеров и датчиков

Как работают датчики и контроллеры?

Такое оборудование считывает информацию, обрабатывает ее при помощи специальной программы и передает команду. Датчики могут реагировать на движение, резкий звук или температуру.

Самый простой и всем известный пример системы движения можно видеть в многоквартирных домах, где при открытии двери на лестничной клетке автоматически включается свет. Также контроллеры или датчики можно видеть в каждом здании в комплексе пожарной сигнализации — при резком повышении температуры срабатывает сигнализация.

Прежде чем начать устанавливать систему Smart Homes для своего дома, нужно разработать проект, согласно которому эти датчики и будут размещаться. Так как многие системы этого плана требуют определенного опыта и знаний в области программирования и электроники, выбирать следует оборудование максимально простого плана. Другими словами — адаптированное под начинающего пользователя. Именно таковыми можно назвать системы «Ардуино». Компания поставляет простые в плане установки и надежные в эксплуатации системы для Smart Homes.

Обратите внимание, что универсальную «умную» систему под проекты Smart Homes не предоставляет ни одна компания, в том числе и «Ардуино».

Полный проект Arduino для “Умного дома”

Преимущество систем

«Ардуино» пользуется большим спросом среди людей, далеких от программирования, прежде всего, благодаря понятному интерфейсу. Также не лишним будет выделить такие преимущества системы для Smart Homes:

• возможность создавать свои программы, так как открыт исходный код;
• простой язык программирования;
• все нужные программы можно перенести при помощи usb-кабеля.

Таким образом, приобретая только одну программу со стандартным набором функций, можно максимально удобно подстроить ее под себя.

Дополнительный софт для «Ардуино» Uno всегда можно скачать через интернет, причем бесплатно. Управлять системой можно как обычным ПК, так и при помощи смартфона, установив специальное приложение.

Принцип работы системы

При помощи беспроводной передачи данных датчики передают команды и другую информацию на компьютер или смартфон (планшет). Посредством специальной программы данные обрабатываются, и выполняется нужная команда. Центральный датчик, который является главным в системе «Ардуино», можно купить или собрать своими руками. Разъемы на платах — стандартного типа. Это значительно облегчает подбор комплектующих в системе «Ардуино» Uno.

Принцип работы системы «Ардуино»

Необходимые материалы для сборки

Если вы решили собрать проект «Умного дома» своими руками, понадобится следующее:

• датчик Arduino Uno;
• Ethernet-модуль ENC28J60;
• нужные датчики и контроллеры;
• датчик движения;
• кабель типа витая пара;
• переключатель;
• реле;
• резистор;
• кабель для Ethernet-модуля.

Также не забудьте про необходимые инструменты: паяльники, отвертки и т. д.

Обратите внимание, что наборы для системы «Умный дом» на Arduino лучше приобретать в сертифицированных точках продажи. В связи с тем, что работа таких проектов связана с электричеством, применение подделки может быть небезопасно. Все нужные программы для адаптации системы можно скачать с интернета.

Что касается датчиков, то здесь вы выбираете набор того, что должно быть в вашей «умной» системе — контроль температуры в доме, включение/выключение освещения и т. д.

Необходимые материалы для сборки «Умного дома» своими руками

Процесс установки

Примите к сведенью, что «Умный дом» на Arduino Uno должен иметь только светодиодные лампы. Использовать обычные лампы накалывания не рекомендуется — они не выдерживают нагрузки.

После того как проект готов, можно начать подсоединение необходимых контроллеров и датчиков к Arduino. Делать это нужно строго по чертежу или схеме, которую вы будете использовать. Все контакты нужно хорошо изолировать.

«Умный дом» на Arduino Uno должен иметь только светодиодные лампы

Условно дальнейший этап работ можно представить в виде такого алгоритма:

• установка программного кода;
• конфигурация приложения под используемый гаджет;
• переадресация портов на роутере;
• тестирование;
• внесение правок (если понадобиться).

На используемое оборудование с интернета скачивается и устанавливается архив с необходимым софтом. Качать его лучше с проверенного источника. После того как все файлы будут разархивированы, следует обновить страницу в приложении или перезапустить сам девайс.

Приложение отображает информацию с установленных датчиков. При необходимости можно менять настройки ip-адреса и включать/отключать сигнализацию. Это же приложение будет передавать вам данные.

Программа Ардуино для Windows

Работа с роутером

На роутере нужно открыть порт. Для этого следует выполнить следующие действия:

• открыть конфигурацию роутера;
• прописать адрес arduino ip;
• открыть порт 80.

После этого — присвоить новому адресу доменное имя. Теперь можно приступать к тестированию проекта, который вы сделали своими руками.

Правильно настроить роутер – залог успеха

Следует отметить, что для такого рода проектов нельзя использовать открытый ip-адрес, так как система легко взламывается через интернет.

Дома с «умной» системой на базе arduino могут не просто контролировать работу коммуникаций, но и существенно экономить электричество. Главное — подобрать набор сертифицированного типа, иначе вся система будет плохо работать.

Также следует отметить и то, что «Ардуино» — это одна из немногих систем подобного рода, которая имеет огромное количество библиотек с разными программными кодами. Поэтому собрать ее своими руками через интернет несложно. Вам достаточно только приобрести все составляющие и выбрать уже готовые протестированные программные коды.

Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.

Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.

«Умный» дом на платформе Arduino – как сделать своими руками?

Arduino — популярная платформа для создания автоматики своими руками. Она подходит для изготовления автоматики в сельском хозяйстве, в рекламной деятельности, в сфере игровых развлечений и других видах деятельности.

Можно ли изготовить на платформе Arduino систему «умного» дома своими руками? Стоит рассмотреть и этот вопрос подробно, на примере одного проекта.

Начальные условия

Умный дом на Ардуино

Необходимо сделать автоматику в однокомнатном доме. Всего в доме пять зон: крыльцо, прихожая, санузел, кухня и комната проживания. На крыльце есть свет, который хозяева включают в тёмное время суток при входе или выходе из дома. В прихожей свет включается, когда хозяева приходят или уходят из дома. В санузле находится бойлер для нагрева воды, а также система вентиляции и освещения.

На кухне и в комнате в зимнее время включаются нагревательные приборы — электрические конвекторы. На кухне есть вытяжка, которая включается при приготовлении пищи. Также в доме установлена пара рекуператоров: на кухне и в комнате.

Составление проекта Arduino

• Крыльцо. Здесь необходимо сделать включение света при приближении хозяина к дому в тёмное время суток. Также необходимо сделать автоматическое включение света при открывании входной двери при выходе из дома.
• Прихожая. Автоматическое включение света при наступлении тёмного времени суток и обнаружения движения. В ночное время включаться должна маломощная лампочка, чтобы резким светом не будить других проживающих.
• Санузел. Нагревание воды в бойлере происходит в зависимости от того, обнаруживает ли автоматика нахождение в доме хозяина. Сам бойлер снабжён внутренним выключателем электричества — при достижении водой предельной температуры он отключается. Когда заходит человек в санузел, то необходимо автоматически включать вытяжку и свет.
• Кухня. Свет на кухне включается и выключается вручную. Но имеется возможность выключения света при фиксации длительного отсутствия движения. При готовке пищи автоматически включается вытяжка.
• Комната. В комнате, как и на кухне свет включается вручную, но при фиксации отсутствия движения есть возможность автоматического выключения света.

Отопительные приборы и рекуперация воздуха. Отопительные приборы работают на поддержание заданной температуры в доме. При фиксации отсутствия хозяина, минимальная поддерживаемая температура снижается на определённое количество градусов. Как только происходит фиксация присутствия хозяина в доме, автоматически нижний порог переключается в нормальный режим поддержки температуры. Рекуперация воздуха происходит при фиксации присутствия хозяина, но не реже чем 10 минут в час.

Какие решения предлагает Arduino

Как видно из данной постановки задач нам, кроме платы Arduino, понадобятся: датчики движения, датчики открывания двери, датчики температуры и освещённости. Для включения электрических приборов нам могут понадобиться реле. В качестве датчика фиксации открытия двери может быть применён обычный геркон. Все датчики можно купить для платы Arduino.

Так как количество датчиков достаточно большое для такого маленького дома, то для платформы Arduino существуют платы расширения. Всё, что необходимо, это правильно подключить датчики к прибору и написать программу, которая будет являться «сердцем» «умного» дома.

Прошить плату Arduino легко с помощью специальной программы, которая выпускается для любой операционной системы, а также кабеля USB. Не нужно никаких программаторов, как в случае разработки автоматики на микроконтроллерах.

Программа, которая прошивается в Arduino, пишется на языке Си. Безусловно, есть ограничения на количество байт этой программы. Для реализации поставленной задачи объёма памяти вполне хватит.

Визуализация «умного дома» и расширение возможностей на Ардуино

Безусловно, для визуализации процессов «умного» дома можно было бы использовать ЖК-дисплей, любые цифровые табло. Но всё-таки, для «умного» дома это не является хорошим решением.

Для визуализации процессов и состояний автоматики на платформе Arduino лучше всего использовать отдельный сервер обработки состояний. Этот сервер может быть реализован на программной технологии Node.js, позволяющей реализовать любой сервер, в том числе и для обработки состояний платы Arduino.

Node.js используется для решения задач Интернета вещей, поэтому для визуализации автоматики «умного» дома он точно подойдёт. Достаточно создать сервер и обработчик на языке JavaScript, и можно будет отображать результат в браузере компьютера или планшета.

Микрокомпьютер одноплатный Raspberry Pi

В качестве «железа» сервера можно использовать микрокомпьютер Raspberry Pi или обычный стационарный компьютер или ноутбук. При этом расширяются возможности самой системы автоматизации.

Если на плате Arduino ограниченный объём физической памяти, то на сервере этот объём ничем не ограничен. Саму программу сервера можно написать так, что она будет полностью управлять платформой Arduino.

Например, можно расширить функционал нашего «умного» дома и приблизить его к умному дому без кавычек. Есть возможность написать такой алгоритм, который будет вести статистику нахождения хозяина в доме и его возвращение домой. Если хозяин обычно возвращается домой в районе 17:30, то за час можно включить бойлер для нагрева воды. Также, ориентируясь на это время, можно заранее включить отопительные приборы, чтобы возвращение было уже в тёплый дом, а не в тот, где температура ниже на 10 градусов из-за экономии электричества в отсутствии хозяев. Программа может понять когда хозяева обычно ложатся спать и заранее переставать греть воду, так как ею уже никто не будет пользоваться до утра. И таких нюансов может быть множество. Именно внешний компьютер может дать продвинутые «мозги» контроллеру на Arduino, который превратится больше в исполнительный механизм.

Дистанционное управление «умным» домом

Как уже упоминалось выше, с помощью сервера на Node.js можно связать вещи друг с другом. Это касается и визуализации процессов автоматики дома в Интернете через облачные сервисы. Это один способ управления своим домом через Интернет. Можно включить бойлер или отопительные приборы вручную заранее перед приездом в дом.

Другой способ — это получение данных и управление «умным» домом на платформе Arduino с помощью SMS и MMS сообщений. Ведь далеко не всегда может быть Интернет под рукой. И, если включение какого-либо прибора может быть не критичным, то получение сообщения о протечке воды может оказаться просто необходимым. И здесь, на помощь в разработке своими руками полнофункционального «умного» дома на платформе Arduino может прийти плата Edison компании Intel.

И что же мы получаем?

Как видно, Arduino — это не просто плата для разработки каких-то простых устройств автоматики. На платформе Arduino можно легко создать своими руками даже автоматику «умного» дома. При этом нет необходимости переплачивать деньги за устройства от компании Simens, которые дороги и обойдутся в 5-10 раз дороже Arduino.

Arduino можно подключить к компьютеру и получить визуализацию процессов на экране монитора или планшета. Автоматикой «умного» дома на платформе Arduino можно управлять через Интернет или с помощью SMS и MMS сообщений. На Arduino можно создавать своими руками достаточно сложные устройства.

Умный дом с Arduino

В данном проекте я покажу, как построить умный дом. Он может контролировать температуру снаружи и внутри помещения, фиксировать открыто или закрыто окно, показывать, идет ли дождь, а также подавать тревожный сигнал, когда сработает датчик движения PIR. Я создал приложение на ОС Android для отображения всех данных (данные можно также просматривать через браузер). Вы сможете видеть температуру в вашем доме и другую информацию с любой точки мира! Приложение переведено на английский и польский язык. Я создал данное устройство, поскольку хотел иметь свой собственный умный дом, которым можно управлять. Вы также сможете построить умный дом из компонентов, рекомендованных ниже. Тогда приступим.

Объяснение сокращений для начинающих:

GND – земля
VCC – питание
PIR – датчик движения

Шаг 1: Компоненты

Стоимость всех компонентов не превышает $90

Шаг 2: Соединения

Схема соединений показана выше.

Шаг 3: Программный код

Сначала вам необходимо загрузить, разархивировать и импортировать данную библиотеку в среду разработки Arduino IDE. Далее потребуется загрузить данную программу в Arduino. В комментариях объясняется программный код.

Шаг 4: Принцип работы

Если вы нажмете на кнопке refresh (обновить) в вашем приложении или в браузере, то Arduino отправит данные в смартфон/браузер. Приложение получает программный код с каждой страницы ( /tempin, /tempout, /rain, /window, /alarm) и отображает его на вашем смартфоне.

Шаг 5: Приложения для Android.

Для установки приложения на вашем смартфоне под управлением ОС Android вам необходимо выполнить следующее (это видно на картинках выше):

1. Сначала загрузите файл smartHome.apk
2. Отправьте файл apk на ваш телефон
3. Откройте файловый менеджер и разместите файл smarthHome.apk
4. Щелкните на нем и нажмите установить (вам необходимо установить галочку, которая разрешает устанавливать приложения вне маркета google play)
5. После установки вам необходимо активировать приложение

Шаг 6: Конфигурирование приложения

Я кратко объясню, как работает приложение. Оно отображает все данные из вашего дома. Вы можете нажать на иконку настроек для редактирования вашего IP адреса, и включать и выключать тревожную сигнализацию. Когда вы включаете сигнализацию, то приложение получает данные от активного датчика движения PIR. Если датчик определяет постороннее движение в доме, он посылает уведомление. Приложение получает данные от датчика каждую минуту. В поле IP введите ваш IP-адрес.

Шаг 7: Браузер

Введите в адресной строке браузера ваш ip адрес / all. При этом вы увидите все данные и сможете включать и выключать свет.

Для этих функций вы также можете использовать приложение на Android.

Шаг 8: Переадресация портов

Вам нужно открыть порт на вашем роутере. Войдите в конфигурацию роутера, установите адрес arduino ip и откройте порт 80. Процедура показана на картинке выше.

Шаг 9: Присвоение доменного имени NO IP (опция)

Вы можете настроить учетную запись на no ip, но это не обязательно. На картинке выше показан процесс конфигурации.

Шаг 10: Тестирование

Если вы хотите видеть данные на вашем компьютере, то в адресной строке браузера введите ваш ip адрес / all (напр., 12.345.678.901/all) или используйте приложение Android.

Шаг 11: Редактирование: исходная программа приложения Android app

Ниже указан исходный программный код для Android.

Приложение переведено на английский и польский язык. Вы можете через браузер включать и выключать свет, но не можете через приложение, поскольку данная функция еще не реализована.