Nhà thông minh dựa trên bộ điều khiển Arduino: thiết kế và tổ chức không gian được kiểm soát

Sự phát triển của tự động hóa đã dẫn đến việc tạo ra các hệ thống tích hợp giúp cải thiện chất lượng cuộc sống của con người. Nhiều nhà sản xuất nổi tiếng về môi trường điện tử và phần mềm cung cấp các giải pháp tiêu chuẩn làm sẵn cho các đối tượng khác nhau.

Ngay cả một người dùng thiếu kinh nghiệm cũng có thể phát triển các dự án độc lập và lắp ráp một ngôi nhà thông minh, trên nền tảng Arduino phù hợp với nhu cầu của anh ta. Điều chính là để hiểu những điều cơ bản và không ngại thử nghiệm.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét nguyên tắc sáng tạo và các chức năng cơ bản của một ngôi nhà tự động dựa trên các thiết bị Arduino. Cũng xem xét các loại bảng được sử dụng và các mô-đun chính của hệ thống.

Tạo các hệ thống trên nền tảng Arduino

Arduino là một nền tảng để phát triển các thiết bị điện tử với điều khiển tự động, bán tự động hoặc thủ công. Nó được thực hiện theo nguyên tắc của một nhà xây dựng với các quy tắc được xác định rõ ràng cho sự tương tác giữa các yếu tố. Hệ thống này mở, cho phép các nhà sản xuất bên thứ ba tham gia vào sự phát triển của nó.

Cổ điểnnhà thông minhCung bao gồm các đơn vị tự động thực hiện các chức năng sau:

• thu thập thông tin cần thiết thông qua các cảm biến;
• phân tích dữ liệu và đưa ra quyết định bằng bộ vi xử lý có thể lập trình;
• thực hiện các quyết định được thực hiện bằng cách ban hành lệnh cho các thiết bị khác nhau.

Nền tảng Arduino tốt chính xác vì nó không gần với một nhà sản xuất cụ thể, nhưng cho phép người tiêu dùng lựa chọn các thành phần phù hợp với mình. Sự lựa chọn của họ là rất lớn, vì vậy bạn có thể thực hiện hầu hết mọi ý tưởng.

Chúng tôi khuyên bạn nên làm quen với điều tốt nhất thiết bị thông minh cho gia đình.

Để tìm hiểu cách làm việc với Arduino, bạn có thể mua Starter Kit trên trang web của nhà sản xuất. Kiến thức về tiếng Anh kỹ thuật là bắt buộc, vì tài liệu không được phổ biến

Ngoài sự đa dạng của các thiết bị được kết nối, môi trường lập trình được triển khai trong C ++ còn thêm tính biến đổi.Người dùng không chỉ có thể tận dụng các thư viện đã tạo mà còn lập trình phản hồi của các thành phần hệ thống đối với các sự kiện mới nổi.

Thành phần bảng chính

Yếu tố chính của một ngôi nhà thông minh là một hoặc nhiều bảng trung tâm (bo mạch chủ). Họ chịu trách nhiệm cho sự tương tác của tất cả các yếu tố. Chỉ khi đã xác định các nhiệm vụ sẽ cần phải giải quyết, chúng ta có thể tiến hành lựa chọn nút hệ thống chính.

Bo mạch chủ kết hợp các yếu tố sau:

• Vi điều khiển (bộ xử lý). Mục đích chính của nó là phát hành và đo điện áp trong các cổng trong phạm vi 0-5 hoặc 0-3.3 V, lưu trữ dữ liệu và thực hiện tính toán.
• Lập trình viên (không phải tất cả các bảng có nó). Sử dụng thiết bị này, một chương trình được ghi vào bộ nhớ của vi điều khiển, theo đó, nhà thông minh của nhà điều hành sẽ làm việc. Nó được kết nối với máy tính, máy tính bảng, điện thoại thông minh hoặc thiết bị khác bằng giao diện USB.
• Ổn áp. Một thiết bị 5 volt là cần thiết, cần thiết để cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống.

Dưới thương hiệu Arduino, một số mô hình bo mạch chủ có sẵn. Chúng khác nhau về yếu tố hình thức (kích thước), số lượng cổng và kích thước bộ nhớ. Chính vì những chỉ số này mà bạn cần chọn đúng thiết bị.

Các bo mạch Arduino và khiên cho chúng được mua tốt nhất từ ​​nhà sản xuất, vì chúng tốt hơn các thiết bị tương thích được phát hành tại Trung Quốc

Có hai loại cổng:

• kỹ thuật sốđược đánh dấu trên bảng bằng các chữ cái Ăn trưa;
• tương tựđánh dấu bằng một chữ cái Ăn mặc.

Nhờ có chúng, vi điều khiển giao tiếp với các thiết bị được kết nối. Bất kỳ cổng nào cũng có thể hoạt động cả khi nhận tín hiệu và đầu ra. Các cổng kỹ thuật số được đánh dấu là Wap pwmv dành cho đầu vào và đầu ra của tín hiệu loại PWM (điều chế độ rộng xung).

Do đó, trước khi mua một bảng, ít nhất bạn phải đánh giá mức độ tải của nó trên các thiết bị khác nhau. Điều này sẽ xác định số lượng cổng mong muốn của tất cả các loại.

Cần phải hiểu rằng hệ thống nhà thông minh của nhà cung cấp không phải gắn với một bộ điều khiển dựa trên một bo mạch chủ. Các chức năng như, ví dụ, bật đèn chiếu sáng nhân tạo của khu vực địa phương tùy thuộc vào thời gian trong ngày và duy trì lượng nước dự trữ trong bể chứa độc lập với nhau.

Từ quan điểm đảm bảo độ tin cậy của hệ thống điện tử, tốt hơn là tách các nhiệm vụ không liên quan thành các khối khác nhau, mà khái niệm Arduino giúp dễ dàng thực hiện. Nếu bạn kết hợp nhiều thiết bị ở một nơi, có thể bộ vi xử lý quá nóng, thư viện phần mềm xung đột và khó khăn trong việc tìm và sửa lỗi phần mềm và phần cứng.

Việc kết nối nhiều loại thiết bị khác nhau với một bảng thường được sử dụng trong chế tạo robot, trong đó tính gọn nhẹ là quan trọng. Đối với một ngôi nhà thông minh của người Viking, bạn nên sử dụng nền tảng riêng của mình cho từng nhiệm vụ

Mỗi bộ vi xử lý được trang bị ba loại bộ nhớ:

• Bộ nhớ flash Bộ nhớ chính nơi lưu trữ mã chương trình quản lý hệ thống. Một phần nhỏ của nó (3-12%) bị chiếm bởi bộ tải khởi động có dây.
• SRAM RAM, lưu trữ dữ liệu tạm thời cần thiết cho chương trình. Khác nhau về tốc độ làm việc cao.
• EEPROM. Bộ nhớ chậm hơn, nơi dữ liệu cũng có thể được lưu trữ.

Sự khác biệt chính giữa các loại bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu là khi tắt nguồn, thông tin được ghi trong SRAM sẽ bị mất, nhưng vẫn còn trong EEPROM. Nhưng loại không bay hơi cũng có một nhược điểm - một số lượng hạn chế của chu kỳ ghi. Điều này phải được ghi nhớ khi tạo các ứng dụng của riêng bạn.

Không giống như việc sử dụng Arduino trong chế tạo robot, đối với hầu hết các nhiệm vụ của nhà thông minh, bạn không cần nhiều bộ nhớ cho các chương trình hoặc để lưu trữ thông tin.

Các loại bảng để xây dựng một ngôi nhà thông minh

Hãy xem xét các loại bảng chính thường được sử dụng nhất khi lắp ráp một hệ thống nhà thông minh.

Xem # 1 - Arduino Uno và các dẫn xuất của nó

Các hệ thống nhà thông minh phổ biến nhất sử dụng bo mạch Arduino Uno và Arduino Nano. Họ có đủ chức năng để giải quyết các vấn đề điển hình.

Khả năng cung cấp năng lượng cho các bảng định dạng đầy đủ từ điện áp 7-12 volt cung cấp nhiều lợi thế. Trước hết, đó là khả năng hoạt động tự chủ lâu dài từ pin tiêu chuẩn hoặc ắc quy

Các thông số chính của Arduino Uno Rev3:

• bộ xử lý: ATMega328P (8 bit, 16 MHz);
• số lượng cổng kỹ thuật số: 14;
• trong đó có chức năng PWM: 6;
• số lượng cổng tương tự: 6;
• bộ nhớ flash: 32 KB;
• SRAM: 2 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Cách đây không lâu, một sửa đổi đã xuất hiện - Uno Wi-Fi, có chứa mô-đun tích hợp ESP8266, cho phép bạn trao đổi thông tin với các thiết bị khác theo tiêu chuẩn 802.11 b / g / n.

Sự khác biệt giữa Arduino Nano và tương tự lớn hơn của nó là thiếu ổ cắm điện riêng từ 12 V. Điều này được thực hiện để đạt được một thiết bị nhỏ hơn, giúp dễ dàng ẩn trong một không gian nhỏ. Cũng với những mục đích này, kết nối USB tiêu chuẩn được thay thế bằng chip bằng cáp mini-USB. Arduino Nano có thêm 2 cổng analog so với Uno.

Có một sửa đổi khác của bảng Uno - Arduino Mini. Nó thậm chí còn nhỏ hơn Nano, và làm việc với nó khó khăn hơn nhiều. Thứ nhất, việc thiếu cổng USB tạo ra vấn đề với phần sụn, vì điều này bạn sẽ phải sử dụng USB-serial Converter. Thứ hai, bo mạch này cầu kỳ hơn về mặt công suất - cần phải cung cấp dải điện áp đầu vào 7-9 V.

Vì những lý do được mô tả ở trên, bo mạch Arduino Mini hiếm khi được sử dụng để vận hành một nhà thông minh trên nhà. Thông thường nó được sử dụng hoặc trong chế tạo robot, hoặc trong việc thực hiện các dự án làm sẵn.

Xem # 2 - Arduino Leonardo và Micro

Bảng mạch Arduino Leonardo tương tự Uno, nhưng mạnh hơn một chút. Một tính năng thú vị khác của mô hình này là định nghĩa của nó khi được kết nối với máy tính dưới dạng bàn phím, chuột hoặc cần điều khiển. Do đó, nó thường được sử dụng để tạo các thiết bị và mô phỏng chơi trò chơi gốc.

Một bảng kích thước và kích thước của các mô hình Uno, Leonardo và các tương tự thu nhỏ của chúng. Các nhà phát triển đã không tuân theo logic trong các tên - nên nano nano phải là nhỏ nhất

Các thông số chính của Arduino Leonardo như sau:

• bộ xử lý: ATMega32u4 (8 bit, 16 MHz);
• số lượng cổng kỹ thuật số: 20;
• trong đó có chức năng PWM: 7;
• số lượng cổng tương tự: 12;
• bộ nhớ flash: 32 KB;
• SRAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Như bạn có thể thấy từ danh sách các tham số, Leonardo có nhiều cổng hơn, cho phép tải mô hình này với số lượng lớn cảm biến.

Ngoài ra đối với Leonardo còn có một chất tương tự thu nhỏ hoàn toàn giống hệt nhau, được gọi là Micro. Nó không có nguồn từ 12 V và thay vì đầu vào USB đầy đủ, có một chip cho cáp mini-USB.

Sửa đổi Leonardo được gọi là Esplora là một mô hình trò chơi thuần túy và không phù hợp với nhu cầu của một ngôi nhà thông minh của nhà vua.

Xem # 3 - Arduino 101, Arduino Zero và Arduino MKR1000

Đôi khi, đối với hoạt động của các hệ thống nhà thông minh của nhà cung cấp được thực hiện trên cơ sở Arduino, cần phải có một khả năng tính toán lớn, mà các bộ vi điều khiển 8 bit không thể cung cấp. Các tác vụ như nhận dạng giọng nói hoặc hình ảnh đòi hỏi bộ xử lý nhanh và dung lượng RAM đáng kể cho các thiết bị đó.

Để giải quyết các vấn đề cụ thể này, các bo mạch mạnh được sử dụng hoạt động theo khái niệm Arduino. Số lượng cổng họ có tương đương với số lượng bảng Uno hoặc Leonardo.

Arduino 101 có kích thước tương tự Uno hoặc Leonardo, nhưng nặng gần gấp đôi. Lý do cho điều này là sự hiện diện của hai đầu vào USB và chip bổ sung.

Một trong những bo mạch dễ sử dụng nhất nhưng mạnh mẽ - Arduino 101 có các đặc điểm sau:

• bộ xử lý: Intel Curie (32 bit, 32 MHz);
• bộ nhớ flash: 196 KB;
• SRAM: 24 KB;
• EEPROM: không.

Ngoài ra, bo mạch được trang bị chức năng BLE (Bluetooth Low Energy) với khả năng dễ dàng kết nối các giải pháp làm sẵn, như cảm biến nhịp tim, nhận thông tin thời tiết bên ngoài cửa sổ, gửi tin nhắn văn bản, v.v. Một con quay hồi chuyển và gia tốc kế cũng được tích hợp vào thiết bị, nhưng chúng được sử dụng chủ yếu trong chế tạo robot.

Một bảng tương tự khác - Arduino Zero có các chỉ số sau:

• bộ xử lý: SAM-D21 (32 bit, 48 MHz);
• bộ nhớ flash: 256 KB;
• SRAM: 32 KB;
• EEPROM: không.

Một tính năng đặc biệt của mô hình này là sự hiện diện của trình gỡ lỗi tích hợp (EDBG). Sử dụng nó dễ dàng hơn nhiều để tìm kiếm lỗi khi lập trình bảng.

Khi viết mã volum, ngay cả các lập trình viên có trình độ cao cũng có lỗi. Để tìm thấy chúng, hãy sử dụng trình gỡ lỗi (trình gỡ lỗi)

Arduino MKR1000 là một mô hình khác phù hợp cho điện toán mạnh mẽ.Nó có bộ vi xử lý và bộ nhớ tương tự như Zero. Sự khác biệt chính của nó là sự hiện diện của chip Wi-Fi tích hợp với giao thức 802.11 b / g / n và chip mật mã có hỗ trợ thuật toán SHA-256 để bảo vệ dữ liệu truyền đi.

Xem # 4 - Mô hình gia đình Mega

Đôi khi cần phải sử dụng một số lượng lớn cảm biến và điều khiển một số lượng đáng kể các thiết bị. Ví dụ, điều này là cần thiết cho hoạt động tự động của các hệ thống điều hòa không khí phân tán, duy trì nhiệt độ nhất định cho từng vùng riêng biệt.

Đối với từng khu vực địa phương, cần theo dõi số đọc của hai cảm biến nhiệt độ (cái thứ hai được sử dụng làm điều khiển) và, theo thuật toán, điều chỉnh vị trí của van điều tiết, xác định lượng không khí ấm.

Nếu có hơn 10 khu vực như vậy trong ngôi nhà, thì cần hơn 30 cổng để kiểm soát toàn bộ hệ thống. Tất nhiên, bạn có thể sử dụng một số bảng Uno dưới sự kiểm soát chung của một trong số chúng, nhưng điều này tạo thêm khó khăn khi chuyển đổi. Trong trường hợp này, nên sử dụng các mô hình của gia đình Mega.

Kích thước của bảng gia đình Mega (101,5 x 53,4 cm) lớn hơn so với các mô hình đã được xem xét trước đó. Đây là một điều cần thiết về kỹ thuật - nếu không bạn không thể đặt quá nhiều cổng

Arduino Mega dựa trên bộ vi xử lý aTMega1280 8 bit khá đơn giản.

Nó có một lượng lớn bộ nhớ:

• bộ nhớ flash: 128 KB;
• SRAM: 8 KB;
• EEPROM: 4 KB.

Nhưng lợi thế chính của nó là sự hiện diện của nhiều cổng:

• số lượng cổng kỹ thuật số: 54;
• trong đó có chức năng PWM: 15;
• số lượng cổng tương tự: 16.

Ban này có hai loại hiện đại:

• Mega 2560 dựa trên bộ vi xử lý aTMega2560, có bộ nhớ flash lớn - 256 KB;
• Ngoài bộ vi xử lý aTMega2560, Mega ADK còn được trang bị giao diện USB với khả năng kết nối với các thiết bị dựa trên hệ điều hành Android.

Mô hình Arduino Mega ADK có một tính năng. Khi kết nối điện thoại với đầu vào USB, có thể xảy ra trường hợp sau: nếu điện thoại cần sạc, nó sẽ bắt đầu rút điện thoại ra khỏi bảng. Do đó, có một yêu cầu bổ sung cho một nguồn điện - nó phải cung cấp cường độ hiện tại là 1,5 ampe. Khi cung cấp pin, điều kiện này phải được xem xét.

Bạn có thể tạo năng lượng tự động cho Arduino với sự trợ giúp của pin hoặc pin được kết nối. Bằng cách kết hợp kết nối nối tiếp và song song, bạn có thể đạt được điện áp mong muốn và thời gian hoạt động dài

Do là một mô hình Arduino khác kết hợp sức mạnh của bộ vi xử lý và một số lượng lớn các cổng.

Đặc điểm của nó là như sau:

• bộ xử lý: Atmel SAM3X8E (32 bit, 84 MHz);
• số lượng cổng kỹ thuật số: 54;
• trong đó có chức năng PWM: 12;
• số lượng cổng tương tự: 14;
• bộ nhớ flash: 512 KB;
• SRAM: 96 KB;
• EEPROM: không.

Các tiếp điểm tương tự của bo mạch này có thể hoạt động cả ở độ phân giải 10 bit thông thường cho Arduino, được thực hiện để tương thích với các mẫu trước đó và ở độ phân giải 12 bit, cho phép bạn có được tín hiệu chính xác hơn.

Các tính năng của sự tương tác của các mô-đun thông qua các cổng

Tất cả các mô-đun sẽ được kết nối với bảng có ít nhất ba đầu ra. Hai trong số đó là dây nguồn, tức là Dây nối đất, cũng như điện áp 5 hoặc 3,3 V. Dây thứ ba là dây hợp lý. Nó đang truyền dữ liệu đến cổng. Để kết nối các mô-đun, sử dụng các dây đặc biệt được nhóm thành 3 mảnh, đôi khi được gọi là bộ nhảy.

Vì các mô hình Arduino thường chỉ có 1 cổng có điện áp và 1-2 cổng nối đất, để kết nối một số thiết bị, bạn sẽ cần phải hàn dây hoặc sử dụng bảng mạch bánh mì.

Bạn có thể kết nối không chỉ nguồn và cổng của bo mạch Arduino với bảng mạch, mà còn các yếu tố khác, chẳng hạn như điện trở, thanh ghi, v.v.

Hàn đáng tin cậy hơn và được sử dụng trong các thiết bị chịu tác động vật lý, ví dụ, bảng điều khiển cho robot và quadrocopters. Đối với một ngôi nhà thông minh, tốt hơn là sử dụng bảng mạch, vì điều này dễ dàng hơn cả trong quá trình cài đặt và khi tháo mô-đun.

Đối với một số kiểu máy (ví dụ: Arduino Zero và MKR1000), điện áp hoạt động là 3,3 V, vì vậy nếu giá trị cao hơn được áp dụng cho các cổng, thì bo mạch có thể bị hỏng. Tất cả thông tin năng lượng có sẵn trong tài liệu kỹ thuật cho thiết bị.

Thẻ bổ sung (Khiên)

Để tăng khả năng của bo mạch chủ, hãy sử dụng khiên (Khiên) - mở rộng chức năng của các thiết bị bổ sung. Chúng được tạo cho một yếu tố hình thức cụ thể, giúp phân biệt chúng với các mô đun kết nối với cổng. Khiên đắt hơn các mô-đun, nhưng làm việc với chúng dễ dàng hơn. Họ cũng được trang bị các thư viện làm sẵn với mã, giúp tăng tốc độ phát triển các chương trình điều khiển của riêng họ cho nhà thông minh của nhà vua.

Khiên Proto và cảm biến

Hai tấm khiên tiêu chuẩn này không mang lại bất kỳ tính năng đặc biệt nào. Chúng được sử dụng cho một kết nối nhỏ gọn và thuận tiện hơn của một số lượng lớn các mô-đun.

Proto Shield là một bản sao gần như hoàn chỉnh của bản gốc về các cổng và ở giữa mô-đun, bạn có thể dán một bảng mạch. Điều này làm cho lắp ráp dễ dàng hơn. Các tiện ích bổ sung như vậy tồn tại cho tất cả các bo mạch Arduino có chiều dài đầy đủ.

Proto Shield được đặt trên đỉnh của bo mạch chủ. Điều này làm tăng một chút chiều cao của cấu trúc, nhưng tiết kiệm rất nhiều không gian trong mặt phẳng

Nhưng nếu có nhiều thiết bị (hơn 10), thì tốt hơn là sử dụng bảng vá Sens Shield đắt tiền hơn.

Họ không có bradboard, tuy nhiên, tất cả các kết luận của các cổng đều được cung cấp riêng với nguồn điện và mặt đất. Điều này cho phép bạn không bị lẫn lộn trong dây và nhảy.

Diện tích bề mặt của bo mạch chủ và bo mạch cảm biến là như nhau, nhưng chip không có chip, tụ điện hoặc các yếu tố khác. Do đó, rất nhiều không gian được giải phóng cho các kết nối đầy đủ

Ngoài ra trên bảng này còn có các miếng đệm để dễ dàng kết nối một số mô-đun: Bluetoots, thẻ SD, RS232 (cổng COM), radio và siêu âm.

Kết nối chức năng phụ trợ

Khiên với chức năng tích hợp được thiết kế để giải quyết các nhiệm vụ phức tạp, nhưng điển hình. Nếu bạn cần thực hiện các ý tưởng ban đầu, tốt hơn là chọn mô-đun phù hợp.

Khiên bảo vệ động cơ. Nó được thiết kế để kiểm soát tốc độ và vòng quay của động cơ công suất thấp. Model ban đầu được trang bị một chip L298 và có thể hoạt động đồng thời với hai động cơ DC hoặc với một ổ servo. Có một phần tương thích từ nhà sản xuất bên thứ ba, có hai chip L293D với khả năng kiểm soát gấp đôi số ổ đĩa.

Rơle tiếp sức. Một mô-đun được sử dụng thường xuyên với các hệ thống nhà thông minh. Hội đồng quản trị với bốn rơle điện cơ, mỗi rơle cho phép dòng điện đi qua với lực lên tới 5A. Điều này đủ để tự động bật và tắt các thiết bị kilowatt hoặc đường chiếu sáng, được thiết kế cho dòng điện xoay chiều 220 V.

Khiên LCD. Cho phép bạn hiển thị thông tin trên màn hình tích hợp, có thể nâng cấp lên thiết bị TFT. Phần mở rộng này thường được sử dụng để tạo các trạm thời tiết với thông số nhiệt độ trong các khu dân cư khác nhau, nhà phụ, nhà để xe, cũng như nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió trên đường phố.

Các nút được tích hợp trong LCD Shield cho phép bạn lập trình phân trang thông tin và lựa chọn hành động để ban hành lệnh cho bộ vi xử lý

Khiên ghi nhật ký dữ liệu. Nhiệm vụ chính của mô-đun là ghi dữ liệu từ các cảm biến trên thẻ SD định dạng đầy đủ lên đến 32 Gb với sự hỗ trợ cho hệ thống tệp FAT32. Để ghi vào thẻ micro SD, bạn cần mua bộ chuyển đổi. Tấm khiên này có thể được sử dụng làm kho lưu trữ thông tin, ví dụ như khi ghi dữ liệu từ một DVR. Sản xuất của công ty Mỹ Adafbean Industries.

Lá chắn thẻ SD. Một phiên bản đơn giản và rẻ hơn của mô-đun trước đó. Các phần mở rộng như vậy được phát hành bởi nhiều nhà sản xuất.

Khiên EtherNet. Các mô-đun chính thức để kết nối Arduino với Internet mà không cần máy tính. Có một khe cắm thẻ micro SD, cho phép bạn ghi và gửi dữ liệu qua mạng toàn cầu.

Khiên Wi-Fi. Cho phép bạn trao đổi thông tin không dây với sự hỗ trợ cho mã hóa. Phục vụ để kết nối với Internet và các thiết bị có thể được điều khiển qua Wi-Fi.

Khiên GPRS. Mô-đun này, theo quy định, được sử dụng để liên lạc với nhà thông minh, nhà mạng thông minh với chủ sở hữu bằng điện thoại di động thông qua tin nhắn SMS.

Mô-đun nhà thông minh

Kết nối các mô-đun từ các nhà sản xuất bên thứ ba và khả năng làm việc với họ bằng ngôn ngữ lập trình tích hợp là lợi thế chính của hệ thống Arduino mở so với các giải pháp độc quyền của Drake cho nhà thông minh của nhà vua. Điều chính là các mô-đun có một mô tả về các tín hiệu nhận hoặc truyền.

Cách lấy thông tin

Thông tin có thể được nhập qua cổng kỹ thuật số hoặc analog. Nó phụ thuộc vào loại nút hoặc cảm biến nhận thông tin và truyền nó đến bảng.

Đối với chương trình máy tính, tín hiệu kỹ thuật số tương ứng với các khoảng từ từ 0 0 và 1 1, trong khi tín hiệu tương tự xác định phạm vi của các giá trị theo kích thước của nó

Tín hiệu đến bộ vi xử lý có thể được gửi bởi một người sử dụng hai phương thức này:

• Nhấn một nút (phím). Dây logic trong trường hợp này đi đến cổng kỹ thuật số, nhận giá trị CẠNH 0, trong trường hợp nút được phát hành và cách 1 1 trong trường hợp nhấn nó.
• Xoay nắp của chiết áp xoay (điện trở) hoặc trượt cần số. Trong trường hợp này, dây logic đi đến cổng analog. Điện áp đi qua một bộ chuyển đổi tương tự sang số, sau đó dữ liệu đi đến bộ vi xử lý.

Các nút được sử dụng để bắt đầu một sự kiện, ví dụ, bật và tắt đèn, sưởi ấm hoặc thông gió. Các núm xoay được sử dụng để thay đổi cường độ - tăng hoặc giảm độ sáng của ánh sáng, âm lượng âm thanh hoặc tốc độ quay của cánh quạt.

Chiết áp là thiết bị đơn giản nhất, vì vậy nó rất rẻ. Đặc điểm chính của nó là điện trở và góc quay

Các cảm biến được sử dụng để tự động xác định các tham số môi trường hoặc nguồn gốc của một sự kiện.

Các giống sau đây đang có nhu cầu cao nhất cho hoạt động của một ngôi nhà thông minh trên đường cao tốc:

• Cảm biến âm thanh. Các phiên bản kỹ thuật số của thiết bị này được sử dụng để kích hoạt một sự kiện bằng cách sử dụng nhạc pop hoặc giọng nói. Các mô hình tương tự cho phép bạn nhận ra và xử lý âm thanh.
• Cảm biến ánh sáng. Các thiết bị này có thể hoạt động cả trong tầm nhìn và trong phạm vi hồng ngoại. Cái sau có thể được sử dụng như một hệ thống cảnh báo cháy.
• Cảm biến nhiệt độ. Đối với ngôi nhà và đường phố, họ sử dụng các mô hình khác nhau, vì những người ngoài trời được bảo vệ tốt hơn khỏi độ ẩm. Ngoài ra còn có các thiết bị từ xa trên dây.
• Cảm biến độ ẩm. Mô hình DHT11 phù hợp để sử dụng trong nhà, và DHT22 đắt hơn khi sử dụng ngoài trời. Cả hai thiết bị cũng có thể cho đọc nhiệt độ. Kết nối với một cổng kỹ thuật số.
• Cảm biến áp suất không khí. Để làm việc với các bảng Arduino, áp kế tương tự Bosh đã tự chứng minh: bmp180, bmp280. Họ cũng đo nhiệt độ. Mô hình bme280 có thể được gọi là trạm thời tiết, vì nó cũng cung cấp giá trị độ ẩm.
• Cảm biến chuyển động và hiện diện. Chúng được sử dụng cho mục đích bảo mật hoặc để tự động bật đèn.
• Cảm biến mưa. Phản ứng với nước xâm nhập vào bề mặt của nó. Nó cũng có thể được sử dụng để kích hoạt báo động về rò rỉ trong nước hoặc mạch sưởi ấm.
• Cảm biến hiện tại. Chúng được sử dụng để phát hiện các thiết bị điện bị hỏng (đèn bị cháy) hoặc để phân tích điện áp để ngăn ngừa quá tải.
• Cảm biến rò rỉ gas. Nó được sử dụng để phát hiện và đáp ứng với nồng độ propan tăng.
• Cảm biến carbon dioxide. Nó được sử dụng để xác định nồng độ carbon dioxide trong phòng khách và trong các phòng đặc biệt như hầm rượu nơi diễn ra quá trình lên men.

Có nhiều cảm biến khác nhau cho các nhiệm vụ cụ thể, ví dụ, để đo trọng lượng, tốc độ dòng nước, khoảng cách, độ ẩm của đất, v.v.

Một số cảm biến, như máy đo gió được thiết kế để đo tốc độ và hướng gió, là các dụng cụ cơ điện phức tạp

Nhiều cảm biến và cảm biến có thể được thực hiện độc lập bằng cách sử dụng các thành phần đơn giản hơn. Nó sẽ có giá thấp hơn.Nhưng, không giống như việc sử dụng các thiết bị nối tiếp, bạn sẽ phải dành thời gian cho việc hiệu chuẩn.

Công cụ và quản lý hệ thống

Ngoài việc thu thập và phân tích thông tin, một ngôi nhà thông minh của người Hồi giáo phải đáp ứng với các sự kiện mới nổi. Sự hiện diện của thiết bị điện tử tiên tiến trên các thiết bị gia dụng hiện đại cho phép bạn truy cập trực tiếp vào chúng bằng Wi-Fi, GPRS hoặc EtherNet. Thông thường, đối với các hệ thống Arduino, họ thực hiện chuyển đổi một bộ vi xử lý và các thiết bị công nghệ cao thông qua Wi-Fi.

Để sử dụng Arduino để bật điều hòa ở nhiệt độ cao trong nhà, hãy chặn TV và Internet vào ban đêm trong phòng trẻ em hoặc khởi động lò hơi sưởi ấm khi có chủ sở hữu, phải thực hiện ba bước:

1. Cài đặt mô-đun Wi-Fi trên bo mạch chủ.
2. Tìm các kênh tần số không có người để tránh xung đột hệ thống.
3. Hiểu các lệnh công cụ và hành động chương trình (hoặc sử dụng các thư viện làm sẵn).

Ngoài truyền thông trực tiếp, với các thiết bị được vi tính hóa, các tác vụ thường phát sinh liên quan đến hiệu suất của bất kỳ hành động cơ học nào. Ví dụ: bạn có thể kết nối ổ đĩa servo hoặc hộp số nhỏ với bảng, sẽ được cấp nguồn từ nó.

Ổ đĩa servo bao gồm một động cơ và một số hộp số. Do đó, mặc dù dòng điện thấp (5 V), nó có thể phát triển một sức mạnh khá, ví dụ, đủ để mở cửa sổ

Nếu cần kết nối các thiết bị mạnh hoạt động từ nguồn điện bên ngoài, hãy sử dụng hai tùy chọn:

1. Bao gồm trong một mạch chuyển tiếp.
2. Kết nối phím nguồn và triac.

Mạch điện điện từ hoặc rơle trạng thái rắn đóng và mở một trong các dây theo lệnh từ bộ vi xử lý. Đặc tính chính của chúng là dòng điện tối đa cho phép (ví dụ 40 A), có thể đi qua thiết bị này.

Đối với việc kết nối công tắc nguồn (mosfet) cho dòng điện trực tiếp và triac cho dòng điện xoay chiều, chúng có giá trị thấp hơn của dòng điện cho phép (5-15 A), nhưng có thể tăng tải một cách trơn tru. Đó là vì lý do này mà các cổng PWM được cung cấp trên bảng. Thuộc tính này được sử dụng để kiểm soát độ sáng của ánh sáng, tốc độ quạt, v.v.

Sử dụng rơle và công tắc nguồn, bạn hoàn toàn có thể tự động hóa tất cả các mạch điện trong nhà và khởi động máy phát điện khi không có dòng điện. Do đó, trên cơ sở Arduino, thực tế có thể cung cấp độc lập một căn hộ hoặc tòa nhà, bao gồm tất cả các chức năng đặc biệt quan trọng - sưởi ấm, cấp nước, thoát nước, thông gió và hệ thống an ninh.

Bạn có muốn ngôi nhà của mình thông minh hơn, nhưng với việc lập trình cho bạn, bạn không? Trong trường hợp này, chúng tôi khuyên bạn nên xem các giải pháp được tạo sẵn từ Xiaomi và Apple, rất dễ cài đặt và định cấu hình ngay cả đối với người mới bắt đầu. Và bạn thậm chí có thể ra lệnh và kiểm soát việc thực hiện chúng ngay cả từ điện thoại thông minh của bạn.

Thông tin thêm về nhà thông minh của Xiaomi và Apple trong các bài viết sau:

• Nhà thông minh Xiaomi: tính năng thiết kế, tổng quan về các thành phần chính và các yếu tố công việc
• Nhà thông minh của Apple: sự phức tạp của việc tổ chức các hệ thống điều khiển nhà từ công ty apple

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Một ví dụ về một ô trống cấp nhập cảnh tự lắp ráp cho một ngôi nhà thông minh trên sàn gỗ:

Sự mở của nền tảng Arduino cho phép sử dụng các thành phần từ các nhà sản xuất khác nhau. Điều này giúp bạn dễ dàng thiết kế một ngôi nhà thông minh của nhà cung cấp cho các yêu cầu của người dùng. Do đó, nếu có ít nhất kiến ​​thức không đáng kể trong lĩnh vực lập trình và kết nối các thiết bị điện tử, thì đáng để chú ý đến hệ thống này.

Bạn có quen thuộc với nền tảng Arduino trong thực tế và muốn chia sẻ kinh nghiệm của bạn với những người mới đến với doanh nghiệp này? Có lẽ bạn muốn bổ sung các tài liệu trên với các khuyến nghị hoặc ý kiến ​​hữu ích? Viết bình luận của bạn dưới bài viết này.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về việc thiết kế một hệ thống nhà tự động dựa trên Arduino, hãy hỏi các chuyên gia của chúng tôi và các khách truy cập khác vào trang web trong khối bên dưới.