Умный дом на базе arduino

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…

---

Данная статья является собственностью Amperkot.ru. При перепечатке данного материала активная ссылка на первоисточник, не закрытая для индексации поисковыми системами, обязательна.

---

Источник: amperkot.ru

Шаг 1: Необходимые комплектующие

Все детали обошлись мне в $90

— Ардуино

— Модуль Ethernet ENC28J60

— Термометр ds18b20 х2

— Микрофон модуль

— Датчик дождя

— Pir датчик движения

— Геркон

— Реле

— резистор 4,7 к ом

— витая пара

— кабель Ethernet

— паяльник, отвертка

Шаг 2: Схема подключения

Шаг 3: Программа

Первое, что вам нужно сделать, это скачать, распаковать и импортировать мою библиотеку в среду разработки Arduino. Для протокола 1-wire необходимо скачать библиотеку здесь, для датчика температуры отсюда и также импортировать их в Arduino IDE. 

• Скачать smart_home.Ино
• Скачать libraries.rar

Шаг 4: Как Это Работает?

Когда вы нажимаете кнопку "обновить" в вашем приложении, браузер посылает данные на смартфон. Приложение получает исходный код каждой страницы ( /tempin, /tempout, /дождь, /окна, /сигнализация) и отображает данные на вашем телефоне.

Шаг 5: Приложение для Андроид

Для того чтобы установить приложение на своем Android телефоне вы должны сделать следующее:

1. Скачать файл smartHome.apk
2. Отправить apk файл на телефон
3. Откройте файловый менеджер и найти smarthHome.apk
4. Щелкнуть по нему и нажать кнопку установить (если у вас включена возможность установки приложений вне Google Play, вы должны включить его)
5. Вы закончили установку, можете включить приложение!

Шаг 6: Настройка приложения

В данном случае картинки лучше слов:

Приложение работает следующим образом — оно показывает все данные вашего умного дома. Вы можете нажать на иконку настроек, чтобы изменить свой IP-адрес и включить/выключить сигнализацию. При включении сигнализации, приложение получает данные от датчика двиэения и, если он обнаруживает перемещение в вашем доме, высылает уведомление. Приложение получает данные от датчика движения каждую минуту. В области IP необходимо ввести ваш IP-адрес.

Шаг 7: Браузер

Введите в браузер ваш IP. 

Там можно увидеть все данные и включать и выключать свет. Вы можете использовать это вместо приложения на Android.

Шаг 8: Переадресация Портов

Вам нужно открыть порт на вашем роутере. Откройте настройки роутера и установить ардуино IP и открытый порт 80. Вы можете увидеть это на изображении выше.

Шаг 10: Проверка

Если вы хотите увидеть данные на своем компьютере, можете сделать это, введя в свой IP (например, 12.345.678.901/all) или использовать приложения для Android.

Источник: robot-on.ru

Начну с того что, в прошлом году когда свой дом был почти достроен, пришлость придумать некую Охранку-Пугалку. (так как для зимовки дом был не готов).
Собрал все на ардуино мега + SIM модуль + датчики движения + реле управление конвекторами + Динамик.

Все прекрасным образом отработало всю зиму, включая отключая конвекторы, присылая sms с показаниями датчиков движения, и температуры в доме.
r /> Но на платформе Ардуино сильно не развернешся. И я решил для мозгов и логики использовать компьютер. За лето написал приложение под свой дом WARDEN-2 все собрал в новый ящик, подключил все прекрасно работает до сих пор.
Описание ее возможностей
Новое детище же это компутер АЙ-3 в качестве мозгов + Ардуино Мега (в качестве аппаратной части).
Писал на Visual studio языке c#.
Данное приложение запускается из под виндовс 7 64х.
Что умеет:
1) Cнимает показания с датчиков температуры (ввод холодного водоснабжения, тамбур, котельная, прихожая, гостиная, холл, кухня, детская, родительская, гостевая комната, чердак, баня, температура воды в бане, погреб, теплый пол.
2) Уровень воды в колодце, и уровень септика. При привышении уровня септика перекрывает водоснабжение (можно отключать при необхадимости)
3) Показания сенсоров движения в каждом помещении
4) дверной звонок (мелодия мп3 или голос)
5) Перекрывает водоснабжение при постановке дома на охрану, отключает водоснабжение
при долгом расходе (на случай утечки, как часто бывает не отработал унитаз и тд)
6) Управление греющим кабелем
7) Управление конвектрами в доме
8) Возможность управлять и слушать голосовой отчет о состоянии объекта через телефо.
асос, отключить питание дома, снять с охраны и тд.
простыми командами можно спросить сколько время, какая температура на улице, и в любом помещении, уровень воды в колодце
Быстрые голосовые напоминания работают так, пример диалога.
собеседник- Дом напомни мне
Дом — через сколько
собеседник — Дом через две минуты
Дом — хорошо о чем напомнить?
Собеседник — выключи плиту
Далее через заданное время дом — вы просили напомнить вам выключи плиту.
13) Также есть голосовой будильник
14) Имеется постоянные напоминания ежемесячные, их устанавливаешь непосредственно из программы
15) Напоминание о снятия и передачи показаний электро энергии (Вечная проблема)
16) Напоминание о оплате кредита (сейчас все с кредитами)
17) Напоминание об авто страховании (раз в год)
18) напоминание о принятии инсулиновой инъекции (по заказу Тещи) оповещает голосом и звонит на ее телефон
Можно использовать также принятие антибиотиков (по графику) Работаю над разделом "здоровье".
19) Расказывает анекдоты, их 12 тыс. в базе
20) можно попросить позвать жильца на кухню, на улицу (Дом позови бабушку на кухню), кстати это я замутил
изначально чтобы вызывать на улицу, т. к на улице будет стоять типа домофона.
Короче приехали скажем гости, сидят все на кухоньке, а ты шашлыки жаришь на крылечке, и вечно надо
что то принести скажем нож, подходишь к домофону и говоришь, Дом позови жену, и вуаля, дом орет в доме
Наталья вас зовут на крылечко!
21) Сирена, и световые эффекты в доме и возле него на случай проникновения.
22) Управление рольставнями по голосу или с клавиатуры ввода паролей на доме. (Не реализовано, т. к нет рольставень)
23) Датчик уровня шума в доме (Не реализовано)
24) Управление Водогрейкой (Не греть в отсутствие людей, включать за час до приезда)
25) Желает доброго утра, когда заходишь утром на кухню (но это так прикол).
26) Электро-замок калитки открытие по команде (не реализовано)
27) Включение музыки по команде, и управление плеером (Плэй, Пауза, следующий трэк, предыдущий трэк)
Есть разделы например. Дом включи спокойную музыку, Дом включи хаос, Дом включи шансон, короче свои плэйлисты, использует АИМП плеер
28) Функция записи голоса, по команде — Дом запись
29) Функция тихий режим. Чтобы ночью не напугать жильцов. Тут вот датчик шума ей в помощь. Нуи время после 9-00 не шуметь (за исключением экстренных)
30) функция Дом позвони жене. Набирает номера забитые в базе и по громкой связи общаешься. Но скорее всего буду привязывать через вайбер.
Чего еще хочу реализовать когда подведу оптику интернет
31) Интернет радио
32) Интернет прогноз погоды на завтра скажем
33) Дом спроси у гугла (вытягивать голосовую инфу)
34) распознавания лиц жильцов (свой-чужой)
35) Аэрозольный распылитель с перцовыми балончиками на крыльце, в гараже (включаются по личной команде через телефон) Система отпугивания так сказать
36) Управление поливом теплицы, и проветриванием
37) Освещение ограды,
38) Определять движение на камерах наблюдения фиксировать видео или фото ряда, и уведомлять смс, что бы я мог зайти с телефона и посмотреть кто там
шариться, и матюгнуться через телефон на всю улицу (ха-ха).
Кстати для общения с домом использую радио гарнитуру, которую переделаю в некий браслет.

Источник: www.forumhouse.ru

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

• Arduino
• ethernet модуль ENC28J60
• Датчик температуры DS18B20 x 2 штуки
• Микрофонный модуль
• Датчик дождя
• PIR — датчик движения
• Язычковый переключатель
• Реле
• Резистор 4.7 кОм
• Кабель, витая пара
• ethernet кабель
• инструменты (паяльник, отвертка)

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.

Оригинал статьи

Источник: cxem.net

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.

Источник: bezopasnostin.ru