Intelligens otthon Arduino vezérlőkön alapuló: irányított tér tervezése és szervezése

Az automatizálási eszközök fejlődése olyan komplex rendszerek létrehozásához vezetett, amelyek javítják az emberi élet minőségét.Számos jól ismert elektronikai és szoftverkörnyezet gyártó kínál kész szabványos megoldásokat különféle objektumokhoz.

Még egy tapasztalatlan felhasználó is fejleszthet önálló projekteket és összeállíthat egy „okos otthont” az Arduino segítségével, hogy megfeleljen az igényeinek. A lényeg az, hogy megértsük az alapokat, és ne féljünk kísérletezni.

Ebben a cikkben megvizsgáljuk az Arduino eszközökön alapuló automatizált otthon létrehozásának elvét és főbb funkcióit. Figyelembe vesszük a használt táblák típusait és a rendszer fő moduljait is.

Rendszerek létrehozása Arduino platformon

Az Arduino automata, félautomata vagy kézi vezérlésű elektronikus eszközök fejlesztésének platformja. A tervező elve szerint készült, az elemek közötti interakció világosan meghatározott szabályaival. A rendszer nyitott, így külső gyártók is részt vehetnek a fejlesztésében.

Klasszikus «okos Ház» automatizált blokkokból áll, amelyek a következő funkciókat látják el:

• szenzorokon keresztül összegyűjti a szükséges információkat;
• programozható mikroprocesszor segítségével elemzi az adatokat és hoz döntéseket;
• végrehajtani a meghozott döntéseket parancsok kiadásával különböző eszközökhöz.

Az Arduino platform éppen azért jó, mert nincs konkrét gyártóhoz kötve, hanem lehetővé teszi a fogyasztó számára, hogy a neki megfelelő alkatrészeket válassza ki. A választékuk óriási, így szinte bármilyen ötletet megvalósíthat.

Javasoljuk, hogy nézze meg a legjobbakat otthoni okoseszközök.

Az Arduino használatának megismeréséhez vásárolhat egy Starter Kit-et a gyártó webhelyén. Műszaki angol nyelvtudás szükséges, mivel a dokumentáció nem oroszosított

A csatlakoztatott eszközök sokfélesége mellett a C++ nyelven megvalósított programozási környezet is változatossá teszi. A felhasználó nem csak a létrehozott könyvtárakat használhatja, hanem programozhatja a rendszerkomponensek reakcióját a felmerülő eseményekre.

Fő tábla elemei

Az „okosotthon” fő eleme egy vagy több központi (anya)tábla. Ők felelősek az összes elem kölcsönhatásáért. Csak a megoldandó feladatok azonosítása után kezdheti meg a rendszer fő csomópontjának kiválasztását.

Az alaplap a következő elemeket egyesíti:

• Mikrokontroller (processzor). Fő célja, hogy a portokban 0-5 vagy 0-3,3 V tartományban feszültséget adjon ki és mérjen, adatokat tároljon és számításokat végezzen.
• Programozó (nem minden táblán van). Ezzel az eszközzel egy program íródik a mikrokontroller memóriájába, amely szerint az „okos otthon” fog működni. USB interfészen keresztül számítógéphez, táblagéphez, okostelefonhoz vagy más eszközhöz csatlakozik.
• Feszültségszabályozó. A teljes rendszer táplálásához 5 voltos eszköz szükséges.

Számos táblamodellt gyártanak az Arduino márkanév alatt.Formában (méretben), portszámban és memóriakapacitásban különböznek egymástól. Ezen mutatók alapján kell kiválasztania a megfelelő eszközt.

Arduino táblákat és pajzsokat érdemesebb a gyártótól vásárolni hozzájuk, mert jobb minőségűek, mint a Kínában gyártott kompatibilis készülékek

Kétféle port létezik:

• digitális, amelyek a táblán betűkkel vannak megjelölve "d";
• analóg, amelyek a betűvel vannak megjelölve "a".

Nekik köszönhetően a mikrokontroller kommunikál a csatlakoztatott eszközökkel. Bármely port képes jel fogadására és kiküldésére egyaránt. A „pwm” jelzésű digitális portok PWM (impulzusszélesség-moduláció) jel be- és kimenetére szolgálnak.

Ezért a tábla vásárlása előtt legalább megközelítőleg meg kell becsülni a terhelés szintjét a különböző eszközökön. Ez lehetővé teszi, hogy meghatározza az összes típusú portok szükséges számát.

Meg kell érteni, hogy az okosotthon rendszert nem feltétlenül kell egyetlen alaplapon alapuló vezérlőegységhez csatlakoztatni. Az olyan funkciók, mint például a mesterséges világítás bekapcsolása a helyi területen a napszaktól függően, és a víztartalék fenntartása a tárolótartályban, egymástól függetlenek.

Az elektronikus rendszer megbízhatóságának biztosítása szempontjából érdemesebb a nem összefüggő feladatokat különböző blokkokra szétválasztani, amit az Arduino koncepció egyszerűvé tesz. Ha sok eszközt kombinál egy helyen, akkor a mikroprocesszor túlmelegedhet, a szoftverkönyvtárak ütközhetnek, és nehézségekbe ütközhet a szoftver- és hardverhibák megtalálása és kiküszöbölése.

A különböző típusú eszközök egy táblához való csatlakoztatását általában a robotikában használják, ahol fontos a kompaktság. Egy „okos otthon” számára jobb, ha minden feladathoz saját alapot használ

Minden mikroprocesszor három típusú memóriával van felszerelve:

• Flashmemória. Fő memória, ahol a rendszerfelügyeleti program kódja tárolódik. Ennek egy kis részét (3-12%) egy beépített bootloader program foglalja el.
• SRAM. RAM, ahol a program futtatásához szükséges ideiglenes adatok tárolódnak. Magas működési sebességgel rendelkezik.
• EEPROM Lassabb memória, ahol adatok is tárolhatók.

Az adattárolásra szolgáló memóriatípusok közötti fő különbség az, hogy a tápellátás kikapcsolásakor az SRAM-ban rögzített információ elveszik, de az EEPROM-ban marad. De a nem felejtő típusnak van egy hátránya is - korlátozott számú írási ciklus. Ezt szem előtt kell tartani, amikor saját alkalmazásait készíti.

Az Arduino robotikában való használatától eltérően a legtöbb intelligens otthoni feladat nem igényel sok memóriát sem a programokhoz, sem az információk tárolásához.

Deszkák típusai okosotthon összeszereléséhez

Nézzük meg az intelligens otthoni rendszerek összeszerelésekor leggyakrabban használt táblák fő típusait.

1. nézet – Arduino Uno és származékai

Az intelligens otthoni rendszerekben leggyakrabban használt táblák az Arduino Uno és az Arduino Nano. Elegendő funkcionalitással rendelkeznek a tipikus problémák megoldásához.

A 7-12 V-os teljes hosszúságú táblák számos előnnyel járnak. Először is, ez a hosszú távú autonóm működés lehetősége szabványos akkumulátorokról vagy újratölthető akkumulátorokról

Az Arduino Uno Rev3 fő paraméterei:

• processzor: ATMega328P (8 bit, 16 MHz);
• digitális portok száma: 14;
• ebből PWM funkcióval: 6;
• analóg portok száma: 6;
• flash memória: 32 KB;
• SRAM: 2 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Nem sokkal ezelőtt megjelent egy módosítás - az Uno Wi-Fi, amely egy integrált ESP8266 modult tartalmaz, amely lehetővé teszi az információcserét más eszközökkel a 802.11 b/g/n szabványt használva.

Az Arduino Nano és a nagyobbik társa között az a különbség, hogy nincs saját 12 V-os konnektora.Ez azért történik, hogy kisebb készülékméretet érjünk el, amivel kis helyen is könnyen elrejthető. Szintén erre a célra a szabványos USB-csatlakozást egy mini-USB-kábellel ellátott chip váltja fel. Az Arduino Nano 2-vel több analóg porttal rendelkezik, mint az Uno.

Az Uno táblának van egy másik módosítása - az Arduino Mini. Még kisebb, mint a Nano, és sokkal nehezebb vele dolgozni. Először is, az USB-port hiánya problémát okoz a firmware-rel, mivel ehhez USB-soros átalakítót kell használnia. Másodszor, ez a kártya válogatósabb a tápellátás terén - 7-9 V bemeneti feszültségtartományt kell biztosítani.

A fent leírt okok miatt az Arduino Mini kártyát ritkán használják intelligens otthoni működésre. Általában vagy a robotikában, vagy kész projektek megvalósításában használják.

2. nézet – Arduino Leonardo és Micro

Az Arduino Leonardo tábla hasonló az Uno-hoz, de egy kicsit erősebb. A modell másik érdekessége, hogy számítógéphez csatlakoztatva billentyűzetként, egérként vagy joystickként azonosítható. Ezért gyakran használják eredeti játékeszközök és szimulátorok létrehozására.

Az Uno, Leonardo és miniatűr analógjaik méreteinek és méreteinek táblázata. A fejlesztők nem követték a logikát a nevekben - a „nano” legyen a legkisebb

Az Arduino Leonardo fő paraméterei a következők:

• processzor: ATMega32u4 (8 bit, 16 MHz);
• digitális portok száma: 20;
• ebből PWM funkcióval: 7;
• analóg portok száma: 12;
• flash memória: 32 KB;
• SRAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Amint az a paraméterek listájából látható, a Leonardo több porttal rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy ezt a modellt nagyobb számú érzékelővel töltsük fel.

A Leonardo számára is létezik egy miniatűr analóg teljesen azonos jellemzőkkel, Micro néven. Nincs 12V-os tápegysége és a teljes USB bemenet helyett egy chip van a mini-USB kábelhez.

Az Esplora nevű Leonardo-módosítás tisztán játékmodell, és nem alkalmas egy „okosotthon” igényeire.

3. nézet – Arduino 101, Arduino Zero és Arduino MKR1000

Az Arduino alapon megvalósított intelligens otthoni rendszerek működése időnként nagy számítási teljesítményt igényel, amit a 8 bites mikrokontrollerek nem képesek biztosítani. Az olyan feladatokhoz, mint a hang- vagy képfelismerés, gyors processzorra és jelentős mennyiségű RAM-ra van szükség az ilyen eszközökhöz.

Az ilyen speciális problémák megoldására nagy teljesítményű, Arduino koncepció szerint működő táblákat használnak. A portok száma megközelítőleg ugyanannyi, mint az Uno vagy Leonardo tábláké.

Az Arduino 101 méretei megegyeznek az Uno-val vagy a Leonardo-val, de majdnem kétszer akkora a súlya. Ennek oka két USB bemenet és további chipek jelenléte

Az egyik legkönnyebben használható, de nagy teljesítményű tábla, az Arduino 101 a következő jellemzőkkel rendelkezik:

• processzor: Intel Curie (32 bit, 32 MHz);
• flash memória: 196 KB;
• SRAM: 24 KB;
• EEPROM: nem.

Ezenkívül a tábla BLE funkcióval (Bluetooth Low Energy) van felszerelve, amely kész megoldások, például pulzusmérő, ablakon kívüli időjárási információk fogadása, szöveges üzenetek küldése stb. Giroszkóp és gyorsulásmérő is be van építve a készülékbe, de ezeket elsősorban a robotikában használják.

Egy másik hasonló tábla, az Arduino Zero a következő mutatókkal rendelkezik:

• processzor: SAM-D21 (32 bit, 48 MHz);
• flash memória: 256 KB;
• SRAM: 32 KB;
• EEPROM: nem.

Ennek a modellnek a megkülönböztető jellemzője a beépített hibakereső (EDBG) jelenléte. Segítségével sokkal könnyebb megtalálni a hibákat a tábla programozása során.

Terjedelmes kód írásakor még egy magasan képzett programozó is hibákat tapasztal. Megkereséséhez használjon hibakeresőt

Az Arduino MKR1000 egy másik modell, amely nagy teljesítményű számítástechnikára alkalmas. A Zerohoz hasonló mikroprocesszorral és memóriával rendelkezik. A fő különbség a 802.11 b/g/n protokollal rendelkező integrált Wi-Fi chip és az SHA-256 algoritmust támogató kriptochip jelenléte a továbbított adatok védelmére.

Nézet #4 - Mega családi modellek

Néha nagyszámú érzékelő használatára és jelentős számú eszköz vezérlésére van szükség. Például ez szükséges az elosztott légkondicionáló rendszerek automatikus működéséhez, amelyek bizonyos hőmérsékletet tartanak fenn az egyes zónákban.

Minden helyi területen ellenőrizni kell két hőmérséklet-érzékelő leolvasását (a másodikat vezérlőként használják), és az algoritmusnak megfelelően be kell állítani a csappantyú helyzetét, amely meghatározza a belépő meleg levegő mennyiségét.

Ha egy házban több mint 10 ilyen zóna van, akkor több mint 30 portra van szükség a teljes rendszer vezérléséhez. Természetesen több Uno típusú kártyát is használhat az egyik közös vezérlése alatt, de ez további kapcsolási nehézségeket okoz. Ebben az esetben tanácsos a Mega család modelljeit használni.

A Mega család tábláinak mérete (101,5 x 53,4 cm) nagyobb, mint a korábban áttekintett modelleké. Ez technikai szükségszerűség – különben nem lehet ilyen számú portot elhelyezni

Az Arduino Mega kártya egy meglehetősen egyszerű, 8 bites 16 MHz-es aTMega1280 mikroprocesszoron alapul.

Nagy mennyiségű memóriával rendelkezik:

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

De fő előnye a sok port jelenléte:

• digitális portok száma: 54;
• ebből PWM funkcióval: 15;
• analóg portok száma: 16.

Ennek a táblának két modern fajtája van:

• A Mega 2560 az aTMega2560 mikroprocesszoron alapul, amelyet nagy mennyiségű flash memória jellemez - 256 KB;
• A Mega ADK az aTMega2560 mikroprocesszoron kívül USB interfésszel van felszerelve, amely képes Android operációs rendszeren alapuló eszközökhöz csatlakozni.

Az Arduino Mega ADK modell egy funkcióval rendelkezik. Amikor egy telefont USB bemenethez csatlakoztat, a következő helyzet lehetséges: ha a telefont tölteni kell, akkor elkezdi „lehúzni” a kártyáról. Ezért van egy további követelmény az áramforrásra vonatkozóan - 1,5 amperes áramot kell biztosítania. Akkumulátorról történő táplálásnál ezt a feltételt figyelembe kell venni.

Önálló tápegységet készíthet az Arduino számára csatlakoztatott elemek vagy akkumulátorok használatával.A soros és párhuzamos csatlakozások kombinálásával elérheti a kívánt feszültséget és hosszú üzemidőt

A Due az Arduino egy másik modellje, amely a mikroprocesszor teljesítményét számos porttal egyesíti.

Jellemzői a következők:

• processzor: Atmel SAM3X8E (32 bit, 84 MHz);
• digitális portok száma: 54;
• ebből PWM funkcióval: 12;
• analóg portok száma: 14;
• flash memória: 512 KB;
• SRAM: 96 KB;
• EEPROM: nem.

Ennek az alaplapnak analóg érintkezői működhetnek az Arduino esetében szokásos 10 bites felbontásban, amely a korábbi modellekkel való kompatibilitás érdekében készült, és 12 bitesben, amely lehetővé teszi a pontosabb jel vételét.

A modulok interakciójának jellemzői a portokon keresztül

A kártyához csatlakoztatott összes modulnak legalább három kimenete van. Közülük kettő tápvezeték, i.e. „föld”, valamint 5 vagy 3,3 V feszültség. A harmadik vezeték logikus. Adatokat továbbít a portra. A modulok csatlakoztatásához speciális, 3-as csoportokba csoportosított vezetékeket használnak, amelyeket néha jumpereknek neveznek.

Mivel az Arduino modellek általában csak 1 feszültségporttal és 1-2 földelőporttal rendelkeznek, több eszköz csatlakoztatásához vagy vezetékeket kell forrasztania, vagy kenyérsütőtáblát kell használnia.

Nem csak az Arduino tábla tápellátását és portjait csatlakoztathatja a kenyérsütőtáblához, hanem más elemeket is, például ellenállást, regisztereket stb.

A forrasztás megbízhatóbb, és olyan eszközökben használják, amelyek fizikai hatásoknak vannak kitéve, például robotok és kvadrokopterek vezérlőtábláiban. Egy okosotthonhoz érdemesebb fejlesztőlapokat használni, mivel ez egyszerűbb a modul beszerelésekor és eltávolításakor is.

Egyes modellek (például az Arduino Zero és az MKR1000) üzemi feszültsége 3,3 V, így ha magasabb értéket adnak a portokra, akkor a kártya megsérülhet. A tápellátással kapcsolatos összes információ megtalálható a készülék műszaki dokumentációjában.

Kiegészítő táblák (pajzsok)

Az alaplapok képességeinek növelése érdekében Shieldeket használnak - további eszközöket, amelyek bővítik a funkcionalitást. Egy adott alaktényezőre gyártják, ami megkülönbözteti őket a portokhoz csatlakoztatott moduloktól. A pajzsok drágábbak, mint a modulok, de könnyebb velük dolgozni. Kész kóddal ellátott könyvtárakkal is fel vannak szerelve, ami felgyorsítja az okosotthon saját vezérlőprogramjainak fejlesztését.

Proto- és érzékelőpajzsok

Ez a két szabványos pajzs nem ad hozzá semmilyen különleges funkciót. Számos modul kompaktabb és kényelmesebb csatlakoztatására szolgálnak.

A Proto Shield portok tekintetében szinte teljes másolata az eredetinek, a modul közepére pedig fejlesztő lapot is ragaszthatunk. Ez megkönnyíti a szerkezet összeszerelését. Ilyen kiegészítők léteznek minden teljes hosszúságú Arduino táblához.

A Proto Shield az alaplap tetején található. Ez kissé megnöveli a szerkezet magasságát, de sok helyet takarít meg a síkban

De ha sok eszköz van (több mint 10), akkor jobb, ha drágább Sensor Shield kapcsolótáblákat használ.

Nincs bennük bradboard, de az összes portot külön-külön tápellátással és földeléssel látják el. Ez lehetővé teszi, hogy elkerülje a vezetékekbe és jumperekbe való belegabalyodását.

Az alaplap és az érzékelőlapok felülete megegyezik, de nincsenek chipek, kondenzátorok és egyéb elemek az árnyékoláson. Ez sok helyet szabadít fel a teljes kapcsolatok számára.

Ezen az alaplapon is találhatók csatlakozók, amelyekkel könnyen csatlakoztathat több modult: Bluetooth, SD kártyák, RS232 (COM-port), rádió és ultrahang.

Segédfunkciók csatlakoztatása

A beléjük integrált funkcionalitású pajzsok összetett, de tipikus problémák megoldására szolgálnak. Ha eredeti ötleteket kell megvalósítania, jobb, ha kiválaszt egy megfelelő modult.

Motor pajzs. Úgy tervezték, hogy szabályozza a kis teljesítményű motorok fordulatszámát és forgását. Az eredeti modell egy L298 chippel van felszerelve, és egyszerre két egyenáramú motort vagy egy szervót tud meghajtani. Van egy kompatibilis harmadik féltől származó alkatrész is, amely két L293D chippel rendelkezik, amelyek kétszer annyi meghajtót vezérelhetnek.

Relé pajzs. Az intelligens otthoni rendszerekben gyakran használt modul. Négy elektromechanikus relével ellátott tábla, amelyek mindegyike lehetővé teszi az áram áthaladását legfeljebb 5 A erővel. Ez elegendő a 220 V-os váltakozó áramra tervezett kilowattos eszközök vagy világítóvezetékek automatikus be- és kikapcsolásához.

LCD pajzs. Lehetővé teszi információk megjelenítését egy beépített képernyőn, amely TFT-eszközre bővíthető. Ezt a bővítményt gyakran használják olyan időjárásjelző állomások létrehozására, amelyek különböző lakóterekben, melléképületekben, garázsokban mérik a hőmérsékletet, valamint a külső hőmérsékletet, páratartalmat és szélsebességet.

Az LCD Shield beépített gombokkal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik az információk görgetésének programozását és a parancsok mikroprocesszorba küldéséhez szükséges műveletek kiválasztását.

Adatnaplózási pajzs. A modul fő feladata az érzékelők adatainak rögzítése egy teljes formátumú SD kártyára 32 Gb-ig, FAT32 fájlrendszer támogatásával. A micro SD kártyára való rögzítéshez adaptert kell vásárolni.Ez a pajzs használható információtárolóként, például DVR-ről történő adatrögzítéskor. Az amerikai Adafruit Industries cég gyártja.

SD kártya pajzs. Az előző modul egyszerűbb és olcsóbb változata. Sok gyártó gyárt ilyen bővítményeket.

Ethernet pajzs. Hivatalos modul az Arduino internethez való csatlakoztatásához számítógép nélkül. Van egy nyílás a micro SD kártya számára, amely lehetővé teszi az adatok rögzítését és küldését a világhálón keresztül.

Wi-Fi Shield. Lehetővé teszi a vezeték nélküli információcserét a titkosítási mód támogatásával. Az internethez és a Wi-Fi-n keresztül vezérelhető eszközökhöz való csatlakozásra szolgál.

GPRS Shield. Ezt a modult általában az okosotthon és tulajdonosa közötti kommunikációra használják mobiltelefonon keresztül SMS-ben.

Intelligens otthon modulok

A külső gyártók moduljainak csatlakoztatása és a velük való munkavégzés lehetősége a beépített programozási nyelv segítségével a nyílt Arduino rendszer fő előnye a „márkás” intelligens otthoni megoldásokhoz képest. A lényeg az, hogy a moduloknak legyen leírása a vett vagy továbbított jelekről.

Az információszerzés módjai

Az információbevitel digitális vagy analóg porton keresztül történhet. Ez attól függ, hogy milyen gomb vagy érzékelő fogadja az információt, és továbbítja a táblának.

Számítógépes program esetén a digitális jel a „0” és „1” pontoknak felel meg, az analóg jel pedig a méretének megfelelően határozza meg az értéktartományt.

Jelet küldhet a mikroprocesszornak olyan személy, aki két módszert használ erre:

• Egy gomb (billentyű) megnyomása. A logikai vezeték ebben az esetben a digitális portra megy, amely a gomb elengedésekor „0”, lenyomásakor pedig „1” értéket kap.
• A forgó potenciométer (ellenállás) kupakjának elforgatása vagy a motor karjának váltása. Ebben az esetben a logikai vezeték az analóg portra megy. A feszültség egy analóg-digitális átalakítón halad át, majd az adatok a mikroprocesszorba kerülnek.

A gombok egy esemény indítására szolgálnak, például világítás, fűtés vagy szellőztetés be- és kikapcsolására. A forgatógombok az intenzitás megváltoztatására szolgálnak - a fényerősség, a hangerő vagy a ventilátorlapátok forgási sebességének növelésére vagy csökkentésére.

A potenciométer egy egyszerű eszköz, ezért nagyon olcsó. Fő jellemzői az elektromos ellenállás és az elfordulási szög

Az érzékelők a környezeti paraméterek vagy az esemény eredetének automatikus meghatározására szolgálnak.

A következő típusok a legkeresettebbek az intelligens otthon működéséhez:

• Hangérzékelő. Ennek az eszköznek a digitális változatai egy esemény aktiválására használhatók taps vagy hang segítségével. Az analóg modellek lehetővé teszik a hang felismerését és feldolgozását.
• Fényérzékelő. Ezek az eszközök látható és infravörös tartományban is működhetnek. Ez utóbbi tűzjelző rendszerként használható.
• Hőmérséklet szenzor. Különböző modelleket használnak beltéri és kültéri használatra, mivel a külső modellek jobban védettek a nedvességtől. Távoli eszközök is vannak a vezetéken.
• Levegő páratartalom érzékelő. A DHT11 modell beltérre, a drágább DHT22 pedig kültérre alkalmas. Mindkét készülék képes hőmérsékleti leolvasást is biztosítani. Csatlakoztassa egy digitális porthoz.
• Légnyomás érzékelő. A Bosh analóg barométerei bebizonyították, hogy jól működnek az Arduino táblákkal: bmp180, bmp280. A hőmérsékletet is mérik.A bme280 modell meteorológiai állomásnak is nevezhető, hiszen plusz páratartalmat is biztosít.
• Mozgás- és jelenlétérzékelők. Biztonsági célokra vagy a világítás automatikus bekapcsolására szolgálnak.
• Esőérzékelő. Reagál a felületére jutó vízre. Használható riasztás indítására is, ha a vízvezetékben vagy a fűtési körben szivárog.
• Áramérzékelő. A nem működő elektromos készülékek (kiégett lámpák) észlelésére vagy a feszültség elemzésére szolgálnak a túlterhelés elkerülése érdekében.
• Gázszivárgás érzékelő. A propán megnövekedett koncentrációjának kimutatására és reagálására használják.
• Szén-dioxid érzékelő. A szén-dioxid koncentráció meghatározására szolgál nappali helyiségekben és speciális helyiségekben, például borospincékben, ahol erjedés megy végbe.

Sokkal több különböző szenzor létezik bizonyos feladatokhoz, például tömeg, vízáramlási sebesség, távolság, talajnedvesség stb. mérésére.

Egyes érzékelők, mint például a szélsebességet és -irányt mérő szélmérő, összetett elektromechanikus műszerek

Számos érzékelő és érzékelő önállóan is elkészíthető egyszerűbb alkatrészek felhasználásával. Ez kevesebbe fog kerülni. A soros eszközök használatától eltérően azonban időt kell fordítania a kalibrációra.

Eszközök és rendszerek vezérlése

Az információgyűjtés és -elemzés mellett az „okos otthonnak” reagálnia kell a felmerülő eseményekre. A fejlett elektronika jelenléte a modern háztartási készülékeken lehetővé teszi, hogy közvetlenül hozzáférjen hozzájuk Wi-Fi, GPRS vagy EtherNet segítségével. Az Arduino rendszerek általában Wi-Fi-n keresztül valósítják meg a mikroprocesszor és a csúcstechnológiás eszközök közötti váltást.

Ahhoz, hogy az Arduino segítségével bekapcsolja a légkondicionálót, amikor a házban magas a hőmérséklet, éjszaka blokkolja a TV-t és az internetet a gyerekszobában, vagy elindítja a fűtőkazánt, amikor a tulajdonosok megérkeznek, három lépést kell végrehajtania:

1. Telepítse a Wi-Fi modult az alaplapra.
2. Keressen szabad frekvenciacsatornákat a rendszerkonfliktusok elkerülése érdekében.
3. Az eszközparancsok és a programműveletek megértése (vagy kész könyvtárak használata).

A számítógépes eszközökkel való „kommunikáció” mellett gyakran felmerülnek olyan feladatok, amelyek bizonyos mechanikai műveletek végrehajtásával járnak. Pl. a táblához köthetsz egy szervóhajtást vagy egy kis sebességváltót, ami abból fog táplálni.

A szervohajtás egy motorból és több sebességváltóból áll. Ezért az alacsony áramerősség (5 V) ellenére tisztességes teljesítményt tud kifejleszteni, ami elegendő például egy ablak kinyitásához

Ha külső áramforrásról működő nagy teljesítményű eszközöket kell csatlakoztatni, két lehetőség közül választhat:

1. Beépítés a relé áramkörbe.
2. Tápkapcsoló és triac csatlakoztatása.

Elektromos áramkörben található elektromágneses vagy szilárdtest relé a mikroprocesszortól érkező parancs szerint bezárja és kinyitja az egyik vezetéket. Fő jellemzőjük a maximálisan megengedett áram (például 40 A), amely áthaladhat ezen az eszközön.

Ami az egyenáramú tápkapcsoló (mosfet) és a váltakozó áramú triac csatlakoztatását illeti, alacsonyabb a megengedett áramuk (5-15 A), de simán növelhetik a terhelést. Erre a célra a kártyákon PWM portok vannak. Ezt a tulajdonságot a világítás fényerejének, ventilátorsebességének stb.

Relék és tápkapcsolók segítségével teljesen automatizálhatja az összes elektromos áramkört otthon, és áram hiányában elindíthatja a generátort. Ezért az Arduino alapján lehetséges egy lakás vagy épület autonóm biztosítása, beleértve az összes különösen fontos funkciót - fűtés, vízellátás, vízelvezetés, szellőztető és biztonsági rendszer.

Szeretné, ha otthona okosabb lenne, de „neked” való programozással? Ebben az esetben javasoljuk, hogy tekintse meg a Xiaomi és az Apple kész megoldásait, amelyeket még a kezdők is könnyen telepíthetnek és konfigurálhatnak. És akár okostelefonjáról is beállíthat parancsokat és vezérelheti azok végrehajtását.

További információ a Xiaomi és az Apple okosotthonáról a következő cikkekben:

• Xiaomi intelligens otthon: tervezési jellemzők, a fő alkatrészek és a munkaelemek áttekintése
• Apple intelligens otthon: az otthoni vezérlőrendszerek megszervezésének finomságai az Apple cégtől

Következtetések és hasznos videó a témában

Példa egy önállóan összeszerelt belépő szintű munkadarabra az „okos otthonhoz”:

Az Arduino platform nyitottsága lehetővé teszi a különböző gyártók komponenseinek használatát. Ez megkönnyíti a felhasználó igényeinek megfelelő „okos otthon” tervezését. Ezért, ha legalább kisebb ismeretekkel rendelkezik az elektronikai eszközök programozása és csatlakoztatása terén, akkor erre a rendszerre érdemes odafigyelni.

Ismeri az Arduino platformot a gyakorlatban, és szeretné megosztani tapasztalatait az újoncokkal? Esetleg hasznos ajánlásokkal, megjegyzésekkel szeretné kiegészíteni a fenti anyagot? Írja meg észrevételeit e kiadvány alá.

Ha bármilyen kérdése van az Arduino alapú automatizált otthoni rendszer tervezésével kapcsolatban, kérdezze meg szakértőinket és az oldal többi látogatóját az alábbi blokkban.