O que é uma “casa inteligente” baseada no Arduino?

Recentemente, cada vez mais tecnologias inovadoras penetram em várias esferas da nossa vida. Seu uso pode melhorar significativamente o conforto e economiza o tempo de uma pessoa em várias tarefas. Hoje vamos abordar o tema das chamadas “casas inteligentes” e contar sobre suas características, vantagens, desvantagens e tecnologia de criação.

Se você entende o termo "casa inteligente", então o mais próximo analógico, que será claro para a maioria das pessoas, é a frase "automação residencial".O significado dessas coisas é garantir a implementação automática de vários processos que ocorrem na sala. Tal mecanismo pode ser usado não apenas em edifícios residenciais, mas também em escritórios, bem como em várias instalações especializadas.

A primeira característica que deve ser mencionada será a possibilidade de coletar um sistema como um designer. Representa a presença de um elemento central na plataforma Arduino, representado por um controlador central, onde circulam todas as informações dos diversos sistemas instalados na casa. E, na medida do possível, é permitido adicionar novos componentes ao sistema - para controlar a luz em diferentes salas, notificar o proprietário sobre a ocorrência de várias situações imprevistas, monitorar as condições climáticas, monitorar os mecanismos de engenharia.

Mas deve ser entendido que não há idéias claras, que componentes e mecanismos devem estar em tal sistema. Ou seja, é um conceito, não um produto específico. Se necessário, você pode colocar um sistema e o resto não. Ou seja, começamos com algo pequeno e, conforme necessário, aumentamos a funcionalidade da casa, ganhando novas oportunidades no campo da gestão habitacional. Uma das características mais significativas é a capacidade de controlar de forma inteligente a iluminação. O uso de tal sistema na vida cotidiana pode economizar recursos, porque a iluminação é ativada apenas quando uma pessoa está em uma sala.

O próximo recurso é o controle de temperatura interno. O mecanismo descrito é igualmente importante. Por exemplo, a automação do aquecimento será extremamente importante, não só para economizar na estação fria, mas também para ativar o aquecimento no momento certo, porque nem sempre é possível ativá-lo com uma queda acentuada na temperatura.Se você tiver aquecimento autônomo com base na caldeira, se houver sensores térmicos e um mecanismo de monitoramento de fluxo de gás no caso de uma emergência, o proprietário será notificado e poderá responder rapidamente a ele em tempo real.

Outra vantagem é o equipamento técnico de vários sistemas. Com a instalação da automação, o dono da casa tem a oportunidade de realizar várias ações: abaixe as persianas, ligue a tela da TV ou o media player. Ao conectar esses e outros sistemas a um mecanismo comum, você pode criar as condições para ativar um dispositivo pressionando apenas uma tecla.

O próximo recurso é o sistema de segurança. O mecanismo de "casa inteligente" eleva para um novo nível de proteção contra a intrusão na casa de hóspedes indesejados na ausência dos proprietários. A casa é simplesmente transformada em objeto quase inexpugnável. Além disso, o sistema pode imitar o efeito de estar na casa ligando e desligando a luz, e as câmeras de vigilância transmitem ao proprietário informações atualizadas sobre a atividade na casa ou na área circundante, o que economiza proteção.O sistema possui vários outros meios que neutralizam o infrator, se necessário.

E o último recurso que quero dizer é o controle simples e acessível. Apesar de sua enorme funcionalidade, o sistema descrito pode ser controlado até por uma criança. Normalmente, um pequeno controle remoto com interruptores tradicionais e painéis especiais é usado para isso. Além disso, os mecanismos podem ser controlados a partir de um PC ou dispositivo móvel. E nos últimos anos, as soluções estão sendo introduzidas, assim como o controle de voz. Como você pode ver, esse sistema tem muitos recursos que o tornam uma excelente solução integrada para a casa ou qualquer outro objeto.

Hoje, um grande número de modificações e conjuntos completos baseados em Arduino, onde o sistema em questão pode ser implementado. Um grande número de empresas que produzem esses mecanismos já criam controladores com sistemas Wi-Fi e Bluetooth integrados, o que permite controlar o sistema dentro das instalações por meio de um dispositivo móvel. Há também soluções em que o gerenciamento é realizado em uma interface do tipo Ethernet, é um método com fio usando cabos de fibra ótica através de uma rede doméstica do tipo local.Os switches são normalmente adicionados a essas soluções, bem como os roteadores Wi-Fi, que permitem a conexão sem fio, a menos que seja fornecido de outra forma pelo próprio controlador.

A conexão de interruptores manuais convencionais pode ser realizada no controlador central por dois métodos:

• usando fiação elétrica;
• pela tecnologia sem fio.

Como você pode ver, há um grande número de componentes da "casa inteligente".

Normalmente, o sistema consiste nos seguintes nós, que podem ser representados por vários tipos de dispositivos:

• um controlador central do sistema, geralmente representado por um nó mestre, bem como moduladores de entrada de saída discreta;
• Dispositivos de expansão e comunicação, que incluem roteadores, vários switches, além de módulos GPS e GPRS;
• dispositivos responsáveis ​​pela comutação de circuitos elétricos - relés, dimmers e fontes de alimentação;
• dispositivos de desempenho - vários tipos de válvulas (água, gás);
• partes de gerenciamento do sistema - painéis de toque, tablets, assistentes digitais pessoais e consoles;
• várias peças de medição - dispositivos, sensores e sensores (estamos falando de sensores de luz, temperatura e movimento).

Ao selecionar o equipamento para um mecanismo baseado no Arduino, é necessário levar em consideração o método de transferência de informação que um determinado sistema utilizará. Como exemplo, é possível fornecer um padrão bastante comum EIB \ KNX. Aqui geralmente são usados ​​rede de energia, redes de computadores, bem como canais de rádio. Ao mesmo tempo, existe um padrão X10, em que as redes CA comuns ordinárias com uma voltagem de 230 volts são usadas para transmitir informações.

Falando das virtudes de uma casa inteligente baseada em Arduino, Os seguintes pontos devem ser anotados.

• Grandes oportunidades em termos de configurar o trabalho de todo o mecanismo. Ou seja, o usuário pode escrever independentemente um programa que possa executar algoritmos de vários níveis de complexidade.
• Se desejado, o sistema pode operar de forma autônoma devido à presença de seu próprio controlador.
• Baixar um programa é fácil porqueque o programador não é necessário para isso, mas tudo é feito usando uma interface USB, já que o bootloader está simplesmente sendo instalado no microcontrolador.
• Componentes de preço muito baixos do sistema. Isto deve-se ao facto de diferentes fabricantes não terem direitos exclusivos. Por esse motivo, a arquitetura do Arduino é classificada como aberta.

• A presença de código-fonte aberto, que permite ao usuário controlar diretamente o mecanismo de uma casa inteligente.
• A acessibilidade é que o usuário escolhe quais sensores e mecanismos ele precisa.
• Versatilidade e capacidade de implementar as ideias mais interessantes. Não há instruções ou padrões para o que deveria ser uma casa inteligente baseada no Arduino. Isso significa que o usuário pode fazer o sistema da maneira que desejar, já que o proprietário não está limitado a nada em termos de instalação de sensores no quarto ou na cozinha.
• A possibilidade de carregador de auto-firmware.
• A presença de um conector de pino nas placas do processador Arduino, que permite a programação dentro do sistema.

Como qualquer mecanismo, este sistema tem algumas desvantagens.

• Apesar da abertura do sistema, para dominá-lo e usá-lo com sucesso, você precisará de conhecimento de várias áreas específicas, incluindo programação, reparo e eletrônica.
• A necessidade de gastar uma quantidade considerável de tempo para implementar e personalizar seu próprio projeto, já que cada projeto é inerentemente único e pode fazer pouco mais que outros.
• Dificuldades na configuração direta do Arduino devido ao fato deste mecanismo funcionar apenas com um pequeno número de sistemas operacionais.
• A existência da probabilidade de falhas de software, o que pode levar a problemas ou inoperabilidade de uma equipe. Por este motivo, é necessário de tempos em tempos fazer um diagnóstico da saúde do equipamento

• Radiação de vários tipos, que são inevitáveis ​​com este algoritmo de controle.
• A necessidade de alocar espaço para um gabinete especial onde equipamentos adicionais e fios serão localizados.
• Se o controle é realizado usando a Internet, os dados que são transmitidos entre os componentes do mecanismo podem ser interceptados por intrusos.Uma solução parcial para o problema será uma conexão exclusivamente segura. Mas para garantir que vai exigir muito dinheiro investido na modernização do equipamento.

Criar qualquer sistema de casa inteligente baseado no Arduino começa com a criação do projeto. Ao desenvolvê-lo, você deve entender exatamente quais funções e tarefas o sistema deve executar.

Normalmente, um projeto baseado na solução Arduino Uno envolve as seguintes tarefas.

• Monitorar as condições do tempo fora da janela e a temperatura ambiente e, como resultado, uma resposta adequada à sua mudança. O dispositivo geralmente se torna um elemento de um sistema unificado juntamente com o aquecimento, dispositivos de ventilação e outros dispositivos.
• Monitorando o estado de janelas e portas - eles estão fechados ou abertos.
• Gere um som quando o sensor de movimento estiver ativado, se a função de alarme estiver ativa.
• Controle automático de eletrodomésticos.
• Controle do consumo de eletricidade, graças à conexão automática e desligamento de equipamentos de iluminação.
• Segurança contra incêndios.O mecanismo dá ao proprietário um sinal sobre a presença de fogo ou fumaça na sala. Se um sistema sofisticado é desenvolvido, pode até chamar bombeiros no lugar.

• O hall de entrada. É necessário ligar automaticamente a luz quando ela ficar escura lá fora, assim como a criação de um mecanismo de detecção de movimento. À noite, a luz de energia média é geralmente ativada, o que não deve causar desconforto para os membros da família.
• Cozinha A ativação e desativação da iluminação na cozinha geralmente é feita manualmente. A desconexão pode ser automática se ninguém estiver andando pela sala por um longo tempo. Se o sistema detectar que uma pessoa começa a cozinhar, o capô liga automaticamente.
• O alpendre. A activação de dispositivos de iluminação pode ser efectuada quando a porta é aberta quando uma pessoa sai do edifício ou quando o proprietário se aproxima da casa se já estiver escuro lá fora.
• Quarto A inclusão de dispositivos de luz é realizada manualmente, embora, se necessário, e a presença de um sensor de movimento, a ativação pode ser feita no modo automático.

• Banheiro. Falando sobre esta sala, digamos que aqui geralmente se trata de gerenciar uma caldeira. Ele próprio tem um interruptor de energia quando o dispositivo desliga quando atinge uma determinada temperatura da água. O gerenciamento do aquecedor será realizado dependendo da automação disponível. Além disso, na entrada do banheiro, você pode acender a luz e ativar o escapamento.

Depois de todos os pontos descritos acima terem se tornado tão claros quanto possível, a tarefa técnica está sendo preparada, onde o cliente faz qualquer alteração. Quando a versão final é compilada, ela se tornará a base para a formação da documentação de estimativa para a execução de trabalhos de tipo de projeto.

Normalmente, o projeto consiste nos seguintes componentes:

• um documento explicativo descrevendo os vários subsistemas;
• layout dos dispositivos de controle;
• plano esquemático de corridas de cabos;
• o projeto de colocar dispositivos nos armários de automação;
• opções básicas para conectar aparelhos em tais gabinetes;
• planos de conexão;
• revista de cabos;
• várias especificações.

Além disso, na fase de formação do projeto, o preço da “casa inteligente” é calculado.

O preço dependerá de tais fatores:

• número de dispositivos;
• equipamentos e subsistemas selecionados.

Deve-se dizer que as etapas de criação de um sistema de “casa inteligente” com o envolvimento de especialistas ou com suas próprias mãos serão as mesmas. No entanto, no último caso, a versão pronta como um todo custará significativamente menos do que se atrair especialistas que já estão em falta no mercado. Por essa razão, seus salários serão apropriados, o que significa que, se você não quiser gastar dinheiro extra, poderá fazê-lo por conta própria. Então, vamos começar com os componentes para este sistema, se você decidiu criá-lo depois de tudo.

Se falamos sobre a configuração do sistema, A tecnologia incluirá o seguinte conjunto de componentes:

• sensor de movimento;
• sensor de temperatura e umidade;
• sensor de luz;
• um par de sensores de temperatura com marcação DS18B20;
• Marca do módulo Ethernet ENC28J60;
• microfone;
• interruptor reed;
• relé;
• cabo de par trançado;
• Cabo Ethernet;
• um resistor com uma resistência de 4,7 kilo;
• placa de microprocessador arduino.

Deve-se dizer que a casa inteligente deve ser equipada exclusivamente com luzes LED, já que as opções usuais simplesmente não suportam muita voltagem. Quando o projeto estiver pronto, e todas as peças necessárias já tiverem sido compradas, você deve começar a conectar sensores e controladores. Isso deve ser feito exclusivamente de acordo com o esquema criado anteriormente. Os contatos devem estar totalmente isolados.

Em suma, passo a passo, o algoritmo de conexão ficará assim:

• código de instalação;
• configurar um aplicativo para PC ou celular;
• encaminhamento de porta;
• implementação de testes e sensores de software;
• solução de problemas se eles foram detectados durante o teste.

Então, vamos começar instalando o código.

Primeiro, o usuário deve gravar o software no Arduino IDE. Apresenta:

• editor de texto;
• criador do projeto;
• programa de compilação;
• pré-processador;
• ferramenta para baixar software para o mini-processador Arduino.

Deve-se dizer que existem versões de software para os principais sistemas operacionais de computador - Windows, Linux, Mac OS X. Se falamos sobre a linguagem de programação usada, então estamos falando de C ++ com várias simplificações. Programas escritos por usuários para o Arduino são comumente chamados de esboços. O sistema cria um número de funções automaticamente e o usuário não precisa entender sua escrita, prescrevendo uma lista de ações comuns. Também não há necessidade de adicionar arquivos do tipo de cabeçalho de bibliotecas regulares. Mas a incorporação personalizada é necessária.

Você pode adicionar bibliotecas ao gerenciador de IDE do projeto usando vários métodos. Na forma de códigos-fonte, escritos em C ++, estão sendo adicionados a um diretório separado no diretório de trabalho do shell IDE. Agora, os nomes das bibliotecas necessárias aparecem em um menu específico do IDE. Aqueles que você marcar serão incluídos na lista de compilação. O IDE tem um pequeno número de configurações e não há possibilidade de definir as sutilezas do compilador. Isso é feito para que uma pessoa inconsciente não cometa erros.

Se você baixou a biblioteca, ela deve ser descompactada e simplesmente inserida no IDE. No texto do programa há comentários que explicam o princípio de seu trabalho. Deve-se notar que todos os aplicativos no Arduino funcionam com a mesma tecnologia: o usuário envia uma solicitação ao processador e, por sua vez, faz o download do código necessário na tela do dispositivo. Quando uma pessoa pressiona a tecla Refresh, o microcontrolador envia informações. Com cada uma das páginas com uma designação específica, há um código de programa que será exibido na tela.

O próximo conjunto de ações é instalar o cliente em um computador pessoal ou smartphone. Você pode fazer o download na Internet, no Google Play Market ou em outra fonte. Para fazer isso, você precisa abrir o arquivo no telefone que você baixou, clique nele e na janela exibida, clique no botão "Instalar". Ao mesmo tempo, você deve saber que, para isso, a opção deve ser ativada, o que permite instalar software que não seja do serviço Google Play. Para ativar esta opção, você deve entrar na seção de configurações e selecionar o item "Segurança" lá.Esta é a maneira de ativar a opção correspondente. Quando a instalação estiver concluída, será possível ativar o aplicativo e configurá-lo.

Usando este software, você pode não apenas receber informações do sistema, mas também gerenciar - por exemplo, ativar e desativar o alarme. Se a opção estiver ativa, quando o sensor de movimento for ativado, o programa receberá as informações apropriadas. Observe que o Arduino pesquisa o programa para ativar o sensor de movimento em intervalos de 60 segundos.

O próximo estágio da conexão é configurar o programa do navegador para uso com a "casa inteligente". Na linha de endereço, você precisa inserir uma sequência específica, que será o endereço IP do seu computador. Depois que essa ação for concluída, o usuário poderá receber informações da "casa inteligente" e a capacidade de controlá-la.

Depois disso, você pode continuar a trabalhar com o roteador. Deve abrir a porta.

Você pode fazer isso usando o seguinte algoritmo:

• configurações abertas;
• registrar o endereço do microcontrolador Arduino;
• abra o octogésimo porto.

Agora você precisa configurar uma conta no portal Noip. com.Embora essa etapa seja opcional, há uma necessidade para ela se o endereço precisar receber um nome de domínio. Você precisa passar pelo processo de registro no portal www. noip. com, em seguida, vá para a categoria Add host e especifique o sistema IP. Depois de passar por este procedimento, será possível obter acesso não apenas por IP, mas também por domínio. Neste, a formação do projeto é concluída e você pode verificar o desempenho do sistema.

Como os componentes compatíveis com o Arduino são produzidos por um grande número de fabricantes, e o próprio Arduino não pode controlar produtos, o usuário se depara com a probabilidade de adquirir um componente que funcione, para dizer o mínimo, incorretamente. Em geral, esta situação já existe no segmento da criação de computadores pessoais. Há muito tempo, a IBM tornou aberta a arquitetura de seus computadores pessoais, motivo pelo qual várias empresas começaram a produzir computadores compatíveis.

Ao mesmo tempo, a qualidade das peças e o grau de compatibilidade caíram. Em contraste, esta é a política da Apple, que limitou significativamente o número de desenvolvedores que tinham acesso à sua arquitetura.

Os usuários notaram os seguintes recursos na operação de vários componentes do Adruino.

• Em várias soluções de microprocessador Arduino, quando um relé é fechado que está conectado a elas, uma porta do tipo COM é interrompida. Por esse motivo, o microcontrolador não pode carregar o esboço. Quando você inicia este procedimento, o equipamento vai reiniciar. O mais interessante é que o relé faz um clique, a porta COM é desativada e o esboço não é carregado.
• No caso de um mau funcionamento do microcontrolador ou a ocorrência de um erro de código, é melhor usar relés bem fechados nos quais os interruptores manuais estão conectados em série.
• O sensor de fechamento da porta pode, às vezes, agir falsamente. Por esse motivo, o esboço é criado para que o sistema execute a ação desejada ao receber um par de sinais de uma só vez.
• Para um dispositivo que é responsável pelo alarme de incêndio, é melhor usar um detector de fumaça, em vez de um detector de incêndio.O último tem uma falha - detecta fogo a não mais de trinta centímetros de si mesmo.

• O modelo de sensor de temperatura DHT11, que vem no chamado conjunto padrão, apresenta um erro grave no nível de dois a três graus. Na construção é melhor usar o modelo DHT22, que é muito mais preciso. E fora da janela é melhor usar DHT21. Pode funcionar mesmo a temperaturas abaixo de zero e é resistente a danos mecânicos.
• Para configurar o controle de processo usando claps, vários usuários, sem saber, usam um detector de som em vez de um microfone, onde há uma configuração de limite de tipo manual. Para tais fins, este dispositivo não é adequado devido ao fato de ter um raio de ação relativamente pequeno. Sim, e o sensor transmite sinais com pulsos de tempo pequenos. Na presença de um esboço de tamanho grande, cujo processamento leva tempo, o microcontrolador simplesmente não captura os sinais.

Deve-se dizer que, para a visualização de processos no sistema em consideração, podem ser usadas placas de exibição digitais ou um monitor de cristal líquido. Mas esta não é a melhor opção neste caso. Usar um servidor de processamento de estado separado para visualização será mais eficaz. Pode ser implementado no nó. js, que permite implementar qualquer servidor. Naturalmente, estamos falando sobre o processamento dos estados do tabuleiro Adruino.

Essa tecnologia é usada para executar as tarefas da chamada Internet das Coisas, e é por isso que é adequada para visualizar a automação do sistema. Você só precisa criar um servidor e manipulador em JavaScript, então será fácil exibir o total no navegador de qualquer dispositivo. Como base de hardware, você pode usar o mesmo microcomputador Raspberry Pi ou PC. Mas as possibilidades do mecanismo de automação aumentarão significativamente. Por exemplo, no servidor, a quantidade de memória é ilimitada e o programa do servidor pode ser criado de forma a gerenciar tudo.

Com este tipo de servidor, você pode até ligar as coisas. A ideia é visualizar os processos automáticos em casa usando serviços em nuvem.Outra opção é receber informações e controlar o sistema via SMS.

O fato de que uma "casa inteligente" baseada no Arduino, veja o seguinte vídeo.