Smart home gebaseerd op Arduino-controllers: ontwerp en organisatie van gecontroleerde ruimte

De ontwikkeling van automatiseringstools heeft geleid tot de creatie van complexe systemen die de kwaliteit van het menselijk leven verbeteren.Veel bekende fabrikanten van elektronica en softwareomgevingen bieden kant-en-klare standaardoplossingen voor diverse objecten.

Zelfs een onervaren gebruiker kan onafhankelijke projecten ontwikkelen en met Arduino een “slim huis” samenstellen dat aan zijn behoeften voldoet. Het belangrijkste is om de basis te begrijpen en niet bang te zijn om te experimenteren.

In dit artikel zullen we kijken naar het principe van het creëren en de belangrijkste functies van een geautomatiseerd huis op basis van Arduino-apparaten. We zullen ook rekening houden met de gebruikte typen kaarten en de belangrijkste modules van het systeem.

Systemen maken op het Arduino-platform

Arduino is een platform voor het ontwikkelen van elektronische apparaten met automatische, halfautomatische of handmatige bediening. Het is gemaakt volgens het principe van een ontwerper met duidelijk gedefinieerde regels voor interactie tussen elementen. Het systeem is open, waardoor externe fabrikanten kunnen deelnemen aan de ontwikkeling ervan.

Klassiek "Slim huis» bestaat uit geautomatiseerde blokken die de volgende functies uitvoeren:

• verzamel de benodigde informatie via sensoren;
• gegevens analyseren en beslissingen nemen met behulp van een programmeerbare microprocessor;
• implementeer de beslissingen die zijn genomen door opdrachten te geven aan verschillende apparaten.

Het Arduino-platform is juist goed omdat het niet gebonden is aan een specifieke fabrikant, maar de consument de componenten laat kiezen die bij hem passen. Hun selectie is enorm, zodat je bijna elk idee kunt realiseren.

Wij raden u aan de beste te bekijken slimme apparaten voor thuis.

Om te leren werken met Arduino kun je op de website van de fabrikant een Starter Kit aanschaffen. Kennis van technisch Engels is vereist, aangezien de documentatie niet gerussificeerd is

Naast de verscheidenheid aan aangesloten apparaten zorgt de in C++ geïmplementeerde programmeeromgeving voor variatie. De gebruiker kan niet alleen de aangemaakte bibliotheken gebruiken, maar ook de reactie van systeemcomponenten op opkomende gebeurtenissen programmeren.

Hoofdbordelementen

Het belangrijkste element van een ‘smart home’ zijn één of meerdere centrale (moeder)borden. Ze zijn verantwoordelijk voor de interactie van alle elementen. Pas nadat u de taken heeft geïdentificeerd die moeten worden opgelost, kunt u beginnen met het selecteren van het hoofdknooppunt van het systeem.

Het moederbord combineert de volgende elementen:

• Microcontroller (processor). Het belangrijkste doel is het uitvoeren en meten van de spanning in de poorten in het bereik van 0-5 of 0-3,3 V, het opslaan van gegevens en het uitvoeren van berekeningen.
• Programmeur (niet op alle borden beschikbaar). Met behulp van dit apparaat wordt een programma in het geheugen van de microcontroller geschreven, op basis waarvan het ‘slimme huis’ zal werken. Het wordt via een USB-interface aangesloten op een computer, tablet, smartphone of ander apparaat.
• Spanningsregelaar. Er is een apparaat van 5 volt nodig om het hele systeem van stroom te voorzien.

Onder het merk Arduino worden verschillende bordmodellen geproduceerd.Ze verschillen van elkaar qua vormfactor (grootte), aantal poorten en geheugencapaciteit. Op basis van deze indicatoren moet u een geschikt apparaat kiezen.

Het is beter om Arduino-borden en -schilden voor hen bij de fabrikant te kopen, omdat deze van betere kwaliteit zijn dan compatibele apparaten die in China worden geproduceerd

Er zijn twee soorten poorten:

• digitaal, die met letters op het bord zijn gemarkeerd "D";
• analoog, die zijn gemarkeerd met de letter "A".

Dankzij hen communiceert de microcontroller met aangesloten apparaten. Elke poort kan zowel een signaal ontvangen als verzenden. Digitale poorten gemarkeerd met “pwm” zijn ontworpen voor het invoeren en uitvoeren van een PWM-signaal (pulsbreedtemodulatie).

Voordat u een bord koopt, is het daarom noodzakelijk om op zijn minst bij benadering het niveau van de belasting op verschillende apparaten te schatten. Hiermee kunt u het vereiste aantal poorten van alle typen bepalen.

Het moet duidelijk zijn dat het slimme thuissysteem niet noodzakelijkerwijs hoeft te worden aangesloten op een besturingseenheid op basis van één moederbord. Functies zoals bijvoorbeeld het afhankelijk van het tijdstip inschakelen van de kunstmatige verlichting in de omgeving en het aanhouden van een waterreserve in de opslagtank zijn onafhankelijk van elkaar.

Vanuit het oogpunt van het garanderen van de betrouwbaarheid van het elektronische systeem is het beter om niet-gerelateerde taken in verschillende blokken te verdelen, wat het Arduino-concept gemakkelijk te implementeren maakt. Als u veel apparaten op één plek combineert, kan de microprocessor oververhit raken, kunnen er conflicten tussen softwarebibliotheken ontstaan ​​en kunnen er problemen optreden bij het vinden en elimineren van software- en hardwarefouten.

Het aansluiten van veel verschillende soorten apparaten op één bord wordt meestal gebruikt in de robotica, waar compactheid belangrijk is. Voor een ‘smart home’ is het beter om voor elke taak een eigen basis te gebruiken

Elke microprocessor is uitgerust met drie soorten geheugen:

• Flash-geheugen. Hoofdgeheugen waarin programmacode voor systeembeheer wordt opgeslagen. Een klein deel ervan (3-12%) wordt ingenomen door een ingebouwd bootloaderprogramma.
• SRAM. RAM, waar tijdelijke gegevens worden opgeslagen die nodig zijn voor het uitvoeren van het programma. Het beschikt over een hoge werksnelheid.
• EEPROM Langzamer geheugen waar ook gegevens kunnen worden opgeslagen.

Het belangrijkste verschil tussen soorten geheugen voor gegevensopslag is dat wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, de informatie die is vastgelegd in SRAM verloren gaat, maar in EEPROM blijft. Maar het niet-vluchtige type heeft ook een nadeel: een beperkt aantal schrijfcycli. Dit is iets om in gedachten te houden bij het maken van uw eigen applicaties.

In tegenstelling tot het gebruik van Arduino in de robotica, hebben de meeste smart home-taken niet veel geheugen nodig, noch voor programma's, noch voor het opslaan van informatie.

Soorten borden voor het samenstellen van een smart home

Laten we eens kijken naar de belangrijkste soorten borden die het meest worden gebruikt bij het samenstellen van smart home-systemen.

Bekijk #1 - Arduino Uno en zijn derivaten

De meest gebruikte borden in smart home-systemen zijn Arduino Uno en Arduino Nano. Ze hebben voldoende functionaliteit om typische problemen op te lossen.

Het hebben van boards van volledige lengte, gevoed door 7-12 volt, biedt veel voordelen. Allereerst is dit de mogelijkheid van een langdurige autonome werking op standaardbatterijen of oplaadbare batterijen

Belangrijkste parameters van Arduino Uno Rev3:

• processor: ATMega328P (8 bit, 16 MHz);
• aantal digitale poorten: 14;
• waarvan met PWM-functie: 6;
• aantal analoge poorten: 6;
• flash-geheugen: 32 KB;
• SRAM: 2 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Nog niet zo lang geleden is er een wijziging uitgebracht: Uno Wi-Fi, die een geïntegreerde ESP8266-module bevat waarmee u informatie kunt uitwisselen met andere apparaten die de 802.11 b/g/n-standaard gebruiken.

Het verschil tussen de Arduino Nano en zijn grotere tegenhanger is dat hij geen eigen stopcontact van 12 V heeft. Dit is gedaan om een ​​kleiner apparaatformaat te bereiken, waardoor hij gemakkelijk in een kleine ruimte kan worden verborgen. Ook voor deze doeleinden wordt de standaard USB-aansluiting vervangen door een chip met een mini-USB-kabel. Arduino Nano heeft 2 analoge poorten meer vergeleken met Uno.

Er is nog een wijziging aan het Uno-bord: Arduino Mini. Het is zelfs kleiner dan Nano en veel moeilijker om mee te werken. Ten eerste zorgt het ontbreken van een USB-poort voor een probleem met de firmware, aangezien je hiervoor een USB-Seriële Converter zult moeten gebruiken. Ten tweede is dit bord kieskeuriger als het gaat om voeding - het is noodzakelijk om een ​​ingangsspanningsbereik van 7-9 V te bieden.

Om de hierboven beschreven redenen wordt het Arduino Mini-bord zelden gebruikt voor smart home-bediening. Het wordt meestal gebruikt in de robotica of bij de implementatie van kant-en-klare projecten.

Bekijk #2 - Arduino Leonardo en Micro

Het Arduino Leonardo-bord is vergelijkbaar met de Uno, maar iets krachtiger. Een ander interessant kenmerk van dit model is dat het wordt geïdentificeerd als een toetsenbord, muis of joystick wanneer het op een computer is aangesloten. Daarom wordt het vaak gebruikt om originele spelapparaten en simulators te maken.

Tabel met maten en afmetingen van Uno, Leonardo en hun miniatuuranalogen. De ontwikkelaars volgden de logica in de namen niet - "nano" zou de kleinste moeten zijn

De belangrijkste parameters van Arduino Leonardo zijn als volgt:

• processor: ATMega32u4 (8 bit, 16 MHz);
• aantal digitale poorten: 20;
• waarvan met PWM-functie: 7;
• aantal analoge poorten: 12;
• flash-geheugen: 32 KB;
• SRAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Zoals uit de lijst met parameters blijkt, heeft Leonardo meer poorten, waardoor dit model met een groter aantal sensoren kan worden geladen.

Ook voor Leonardo is er een miniatuuranaloog met absoluut identieke kenmerken, genaamd Micro. Hij beschikt niet over een 12V-voeding en in plaats van een volledige USB-ingang zit er een chip voor een mini-USB-kabel.

De Leonardo-modificatie genaamd Esplora is een puur gamingmodel en is niet geschikt voor de behoeften van een “smart home”.

Bekijk #3 - Arduino 101, Arduino Zero en Arduino MKR1000

Soms vergt de werking van smart home-systemen geïmplementeerd op basis van Arduino veel rekenkracht, die 8-bit microcontrollers niet kunnen bieden. Taken zoals stem- of beeldherkenning vereisen voor dergelijke apparaten een snelle processor en een aanzienlijke hoeveelheid RAM.

Om dergelijke specifieke problemen op te lossen, wordt gebruik gemaakt van krachtige borden die werken volgens het Arduino-concept. Het aantal poorten dat ze hebben is ongeveer hetzelfde als dat van Uno- of Leonardo-borden.

Arduino 101 heeft dezelfde afmetingen als Uno of Leonardo, maar weegt bijna twee keer zoveel. De reden hiervoor is de aanwezigheid van twee USB-ingangen en extra chips

Arduino 101 is een van de gemakkelijkst te gebruiken en toch krachtige borden en heeft de volgende kenmerken:

• processor: Intel Curie (32-bits, 32 MHz);
• flash-geheugen: 196 KB;
• SRAM: 24 KB;
• EEPROM: nee.

Daarnaast is het bord voorzien van BLE-functionaliteit (Bluetooth Low Energy) met de mogelijkheid om eenvoudig kant-en-klare oplossingen aan te sluiten, zoals een hartslagsensor, buiten het raam informatie over het weer ontvangen, sms-berichten versturen, etc. Een gyroscoop en een versnellingsmeter zijn ook in het apparaat geïntegreerd, maar worden vooral in de robotica gebruikt.

Een ander soortgelijk bord, Arduino Zero, heeft de volgende indicatoren:

• processor: SAM-D21 (32 bit, 48 MHz);
• flash-geheugen: 256 KB;
• SRAM: 32 KB;
• EEPROM: nee.

Een onderscheidend kenmerk van dit model is de aanwezigheid van een ingebouwde debugger (EDBG). Met zijn hulp is het veel gemakkelijker om fouten te vinden bij het programmeren van het bord.

Bij het schrijven van omvangrijke code ervaart zelfs een hooggekwalificeerde programmeur fouten. Gebruik een debugger om ze te vinden

Arduino MKR1000 is een ander model dat geschikt is voor krachtig computergebruik. Het heeft een microprocessor en geheugen vergelijkbaar met de Zero. Het belangrijkste verschil is de aanwezigheid van een geïntegreerde Wi-Fi-chip met het 802.11 b/g/n-protocol en een cryptochip met ondersteuning voor het SHA-256-algoritme om verzonden gegevens te beschermen.

Bekijk #4 - Mega-familiemodellen

Soms is het nodig om een ​​groot aantal sensoren te gebruiken en een aanzienlijk aantal apparaten te besturen. Dit is bijvoorbeeld nodig voor de automatische werking van gedistribueerde airconditioningsystemen, die voor individuele zones een bepaalde temperatuur handhaven.

Voor elk lokaal gebied is het noodzakelijk om de meetwaarden van twee temperatuursensoren te controleren (de tweede wordt gebruikt als controlesensor) en, in overeenstemming met het algoritme, de positie van de demper aan te passen, die het volume van de binnenkomende warme lucht bepaalt.

Als er meer dan 10 van dergelijke zones in een huisje zijn, zijn er meer dan 30 poorten nodig om het hele systeem te besturen. Natuurlijk kunt u meerdere kaarten van het Uno-type gebruiken onder de gemeenschappelijke controle van een van hen, maar dit zorgt voor extra schakelproblemen. In dit geval is het raadzaam om modellen uit de Mega-familie te gebruiken.

Het formaat van de Mega familieborden (101,5 x 53,4 cm) is groter dan dat van de eerder geteste modellen. Dit is een technische noodzaak, anders kunnen zo'n aantal poorten niet worden geplaatst

Het Arduino Mega-bord is gebaseerd op een vrij eenvoudige 8-bit 16 MHz microprocessor aTMega1280.

Het heeft een grote hoeveelheid geheugen:

• flash-geheugen: 128 KB;
• SRAM: 8 KB;
• EEPROM: 4 KB.

Maar het belangrijkste voordeel is de aanwezigheid van veel poorten:

• aantal digitale poorten: 54;
• waarvan met PWM-functie: 15;
• aantal analoge poorten: 16.

Dit bord heeft twee moderne varianten:

• Mega 2560 is gebaseerd op de aTMega2560-microprocessor, gekenmerkt door een grote hoeveelheid flashgeheugen - 256 KB;
• Mega ADK is, naast de aTMega2560-microprocessor, uitgerust met een USB-interface met de mogelijkheid om verbinding te maken met apparaten op basis van het Android-besturingssysteem.

Het Arduino Mega ADK-model heeft één functie. Bij het aansluiten van een telefoon op een USB-ingang is de volgende situatie mogelijk: als de telefoon moet worden opgeladen, begint deze deze van het bord te "trekken". Daarom is er een extra vereiste voor de elektriciteitsbron: deze moet een stroomsterkte van 1,5 ampère leveren. Bij voeding via batterijen moet met deze voorwaarde rekening worden gehouden.

U kunt een autonome stroomvoorziening voor Arduino maken met behulp van aangesloten batterijen of accu's.Door seriële en parallelle verbindingen te combineren, kunt u de gewenste spanning en een lange bedrijfstijd bereiken

Due is een ander model van Arduino dat de kracht van een microprocessor combineert met een groot aantal poorten.

De kenmerken zijn als volgt:

• processor: Atmel SAM3X8E (32 bit, 84 MHz);
• aantal digitale poorten: 54;
• waarvan met PWM-functie: 12;
• aantal analoge poorten: 14;
• flash-geheugen: 512 KB;
• SRAM: 96 KB;
• EEPROM: nee.

De analoge contacten van dit bord kunnen zowel in de gebruikelijke 10-bit resolutie voor Arduino werken, die gemaakt is voor compatibiliteit met eerdere modellen, als in 12-bit, waardoor je een nauwkeuriger signaal kunt ontvangen.

Kenmerken van module-interactie via poorten

Alle modules die op het bord worden aangesloten, hebben minimaal drie uitgangen. Twee daarvan zijn stroomdraden, d.w.z. “aarde”, evenals een spanning van 5 of 3,3 V. De derde draad is logisch. Het verzendt gegevens naar de haven. Om de modules aan te sluiten, worden speciale draden gebruikt, gegroepeerd in groepen van 3, die soms jumpers worden genoemd.

Omdat Arduino-modellen meestal slechts 1 spanningspoort en 1-2 aardpoorten hebben, moet je, om meerdere apparaten aan te sluiten, draden solderen of breadboards gebruiken.

Je kunt niet alleen de voeding en poorten van het Arduino-bord op het breadboard aansluiten, maar ook andere elementen, zoals weerstand, registers, enz.

Solderen is betrouwbaarder en wordt gebruikt in apparaten die onderhevig zijn aan fysieke impact, zoals besturingskaarten voor robots en quadcopters. Voor een smart home is het beter om ontwikkelborden te gebruiken, omdat dit zowel bij het installeren als bij het verwijderen van de module eenvoudiger is.

Sommige modellen (bijvoorbeeld Arduino Zero en MKR1000) hebben een bedrijfsspanning van 3,3 V, dus als een hogere waarde op de poorten wordt toegepast, kan het bord beschadigd raken. Alle informatie over de stroomvoorziening vindt u in de technische documentatie van het apparaat.

Uitbreidingsborden (schilden)

Om de mogelijkheden van moederborden te vergroten, worden Shields gebruikt: extra apparaten die de functionaliteit uitbreiden. Ze zijn vervaardigd voor een specifieke vormfactor, waardoor ze zich onderscheiden van modules die op poorten zijn aangesloten. Schilden zijn duurder dan modules, maar het werken ermee is eenvoudiger. Bovendien zijn ze voorzien van kant-en-klare bibliotheken met code, waardoor de ontwikkeling van eigen besturingsprogramma’s voor een smart home wordt versneld.

Proto- en sensorschilden

Deze twee standaardschilden voegen geen speciale functionaliteit toe. Ze worden gebruikt voor een compactere en gemakkelijkere aansluiting van een groot aantal modules.

Proto Shield is qua poorten een vrijwel volledige kopie van het origineel, en je kunt een ontwikkelbord in het midden van de module lijmen. Dit maakt het gemakkelijker om de structuur samen te stellen. Dergelijke add-ons bestaan ​​voor alle Arduino-borden van volledige lengte.

Proto Shield wordt bovenop het moederbord geplaatst. Dit vergroot de hoogte van de constructie enigszins, maar bespaart veel ruimte in het vlak

Maar als er veel apparaten zijn (meer dan 10), is het beter om duurdere Sensor Shield-schakelborden te gebruiken.

Ze beschikken niet over een bradboard, maar alle poortpinnen worden individueel voorzien van stroom en aarde. Zo voorkom je dat je verstrikt raakt in draden en jumpers.

Het oppervlak van het moederbord en de sensorkaarten is hetzelfde, maar er bevinden zich geen chips, condensatoren en andere elementen op het schild. Hierdoor komt er veel ruimte vrij voor volledige aansluitingen.

Ook beschikt dit bord over connectoren om eenvoudig meerdere modules aan te sluiten: Bluetoots, SD-kaarten, RS232 (COM-poort), radio en echografie.

Hulpfunctionaliteit aansluiten

Schilden met daarin geïntegreerde functionaliteit zijn ontworpen om complexe maar typische problemen op te lossen. Als u originele ideeën wilt implementeren, is het beter om een ​​geschikte module te kiezen.

Motor schild. Het is ontworpen om de snelheid en rotatie van motoren met een laag vermogen te regelen. Het originele model is uitgerust met één L298-chip en kan tegelijkertijd twee gelijkstroommotoren of één servo aandrijven. Er is ook een compatibel onderdeel van derden dat twee L293D-chips heeft met de mogelijkheid om twee keer zoveel schijven te besturen.

Relais schild. Een veelgebruikte module in smart home systemen. Een bord met vier elektromechanische relais, die elk stroom doorlaten met een kracht tot 5A. Dit is voldoende om kilowatt-apparaten of verlichtingslijnen die zijn ontworpen voor 220 V wisselstroom automatisch in en uit te schakelen.

LCD-schild. Hiermee kunt u informatie weergeven op een ingebouwd scherm, dat kan worden geüpgraded naar een TFT-apparaat. Deze uitbreiding wordt vaak gebruikt om weerstations te creëren met temperatuurmetingen in verschillende woonruimtes, bijgebouwen, garages, maar ook temperatuur, vochtigheid en windsnelheid buiten.

Het LCD-schild heeft ingebouwde knoppen waarmee u het scrollen van informatie kunt programmeren en acties kunt selecteren om opdrachten naar de microprocessor te sturen

Gegevensregistratieschild. De hoofdtaak van de module is het vastleggen van gegevens van sensoren op een full-format SD-kaart tot 32 Gb met ondersteuning voor het FAT32-bestandssysteem. Om op te nemen op een micro SD-kaart moet u een adapter aanschaffen.Dit schild kan worden gebruikt als informatieopslag, bijvoorbeeld bij het opnemen van gegevens van een DVR. Gefabriceerd door het Amerikaanse bedrijf Adafruit Industries.

SD-kaartschild. Een eenvoudigere en goedkopere versie van de vorige module. Veel fabrikanten produceren dergelijke uitbreidingen.

Ethernet-schild. Officiële module voor het verbinden van Arduino met internet zonder computer. Er is een slot voor een micro SD-kaart aanwezig, waarmee je gegevens kunt opnemen en verzenden via het World Wide Web.

Wi-Fi-schild. Maakt draadloze uitwisseling van informatie mogelijk met ondersteuning voor de coderingsmodus. Dient om verbinding te maken met internet en apparaten die via Wi-Fi kunnen worden bediend.

GPRS-schild. Deze module wordt meestal gebruikt om via de mobiele telefoon via sms-berichten te communiceren tussen een smart home en de eigenaar.

Slimme huismodules

Het verbinden van modules van externe fabrikanten en de mogelijkheid om ermee te werken met behulp van de ingebouwde programmeertaal is het belangrijkste voordeel van het open Arduino-systeem vergeleken met ‘branded’ smart home-oplossingen. Het belangrijkste is dat de modules een beschrijving hebben van de ontvangen of verzonden signalen.

Manieren om informatie te verkrijgen

Informatie-invoer kan plaatsvinden via digitale of analoge poorten. Het hangt af van het type knop of sensor dat de informatie ontvangt en naar het bord verzendt.

Voor een computerprogramma komt een digitaal signaal overeen met perioden met “0” en “1”, en een analoog signaal bepaalt het bereik van waarden in overeenstemming met zijn dimensie

Een signaal naar de microprocessor kan worden verzonden door een persoon die hiervoor twee methoden gebruikt:

• Op een knop drukken (sleutel). De logische draad gaat in dit geval naar de digitale poort, die de waarde “0” krijgt als de knop wordt losgelaten en “1” als deze wordt ingedrukt.
• Draaien van de dop van de draaipotentiometer (weerstand). of het verschuiven van de motorhendel. In dit geval gaat de logische draad naar de analoge poort. De spanning gaat door een analoog-digitaalomzetter, waarna de gegevens naar de microprocessor gaan.

Knoppen worden gebruikt om een ​​evenement te starten, bijvoorbeeld het aan- en uitzetten van verlichting, verwarming of ventilatie. Draaiknoppen worden gebruikt om de intensiteit te veranderen - verhoog of verlaag de helderheid van het licht, het volume van het geluid of de rotatiesnelheid van de ventilatorbladen.

Een potentiometer is een eenvoudig apparaat en dus erg goedkoop. De belangrijkste kenmerken zijn elektrische weerstand en rotatiehoek

Sensoren worden gebruikt om automatisch omgevingsparameters of de oorsprong van een gebeurtenis te bepalen.

De volgende typen zijn het meest gevraagd voor smart home-bediening:

• Geluidssensor. Digitale versies van dit apparaat worden gebruikt om een ​​gebeurtenis te activeren met behulp van klap of stem. Met analoge modellen kun je geluid herkennen en verwerken.
• Licht sensor. Deze apparaten kunnen zowel in het zichtbare als in het infrarode bereik werken. Deze laatste kan worden gebruikt als brandwaarschuwingssysteem.
• Temperatuursensor. Er worden verschillende modellen gebruikt voor binnen en buiten, omdat de externe beter beschermd zijn tegen vocht. Er zijn ook externe apparaten op de draad.
• Luchtvochtigheidssensor. Het DHT11-model is geschikt voor binnen, en de duurdere DHT22 voor buiten. Beide apparaten kunnen ook temperatuurmetingen uitvoeren. Aansluiten op een digitale poort.
• Luchtdruksensor. Analoge barometers van Bosh hebben bewezen goed te werken met Arduino-borden: bmp180, bmp280. Ze meten ook de temperatuur.Het bme280-model mag een weerstation worden genoemd, omdat het ook een extra luchtvochtigheidswaarde levert.
• Bewegings- en aanwezigheidssensoren. Ze worden gebruikt voor veiligheidsdoeleinden of om automatisch verlichting aan te doen.
• Regen sensor. Reageert op water dat het oppervlak binnendringt. Het kan ook worden gebruikt om een ​​alarm te activeren bij lekkages in het sanitair- of verwarmingscircuit.
• Huidige sensor. Ze worden gebruikt om niet-werkende elektrische apparaten te detecteren (doorgebrande lampen) of om spanning te analyseren om overbelasting te voorkomen.
• Gasleksensor. Wordt gebruikt voor het detecteren van en reageren op verhoogde propaanconcentraties.
• Kooldioxidesensor. Het wordt gebruikt om de concentratie kooldioxide te bepalen in woonkamers en in speciale ruimtes, zoals wijnkelders, waar fermentatie plaatsvindt.

Er zijn nog veel meer verschillende sensoren voor specifieke taken, bijvoorbeeld voor het meten van gewicht, waterstroomsnelheid, afstand, bodemvocht etc.

Sommige sensoren, zoals de windmeter, die de windsnelheid en -richting meet, zijn complexe elektromechanische instrumenten

Veel sensoren en sensoren kunnen onafhankelijk worden gemaakt met behulp van eenvoudiger componenten. Het zal minder kosten. Maar in tegenstelling tot het gebruik van seriële apparaten, zult u tijd moeten besteden aan kalibratie.

Controle van apparaten en systemen

Naast het verzamelen en analyseren van informatie moet een ‘smart home’ reageren op opkomende gebeurtenissen. Door de aanwezigheid van geavanceerde elektronica op moderne huishoudelijke apparaten kunt u er rechtstreeks toegang toe krijgen via Wi-Fi, GPRS of EtherNet. Normaal gesproken implementeren Arduino-systemen het schakelen tussen een microprocessor en hightech apparaten via Wi-Fi.

Om Arduino te gebruiken om de airconditioner aan te zetten als de temperatuur in huis hoog is, om 's nachts de tv en internet in de kinderkamer te blokkeren of om de verwarmingsketel te starten als de eigenaren arriveren, moet je drie stappen uitvoeren:

1. Installeer de Wi-Fi-module op het moederbord.
2. Vind onbezette frequentiekanalen om systeemconflicten te voorkomen.
3. Begrijp apparaatopdrachten en programmaacties (of gebruik kant-en-klare bibliotheken).

Naast het ‘communiceren’ met geautomatiseerde apparaten, ontstaan ​​er vaak taken waarbij enkele mechanische handelingen moeten worden uitgevoerd. Op het bord kunt u bijvoorbeeld een servoaandrijving of een kleine versnellingsbak aansluiten, die daaruit wordt gevoed.

De servoaandrijving bestaat uit een motor en meerdere tandwielkasten. Daarom kan hij, ondanks de lage stroomsterkte (5 V), een behoorlijk vermogen ontwikkelen, wat bijvoorbeeld voldoende is om een ​​raam te openen

Als het nodig is om krachtige apparaten aan te sluiten die werken via een externe voedingsbron, worden twee opties gebruikt:

1. Opname in het relaiscircuit.
2. Een stroomschakelaar en triac aansluiten.

Opgenomen in een elektrisch circuit elektromagnetisch of Solid state relais sluit en opent een van de draden volgens een commando afkomstig van de microprocessor. Hun belangrijkste kenmerk is de maximaal toegestane stroom (bijvoorbeeld 40 A) die door dit apparaat kan gaan.

Wat betreft het aansluiten van een stroomschakelaar (mosfet) voor gelijkstroom en een triac voor wisselstroom, deze hebben een lagere toegestane stroom (5-15 A), maar kunnen de belasting soepel verhogen. Het is voor dit doel dat PWM-poorten op de kaarten zijn aangebracht. Deze eigenschap wordt gebruikt bij het regelen van de helderheid van de verlichting, de ventilatorsnelheid, enz.

Met behulp van relais en stroomschakelaars kunt u alle elektrische circuits in huis volledig automatiseren en de generator starten als er geen stroom is. Daarom is het op basis van Arduino mogelijk om een ​​autonome inrichting van een appartement of gebouw te implementeren, inclusief alle bijzonder belangrijke functies - verwarming, watervoorziening, afvoer, ventilatie en beveiligingssysteem.

Wil jij dat je huis slimmer wordt, maar wel met programmering voor ‘jij’? In dit geval raden we aan om naar kant-en-klare oplossingen van Xiaomi en Apple te kijken, die zelfs voor een beginner eenvoudig te installeren en configureren zijn. En u kunt zelfs vanaf uw smartphone opdrachten instellen en de uitvoering ervan controleren.

Lees meer over smart home van Xiaomi en Apple in de volgende artikelen:

• Xiaomi smart home: ontwerpkenmerken, overzicht van de belangrijkste componenten en werkelementen
• Apple smart home: subtiliteiten van het organiseren van huiscontrolesystemen van het Apple-bedrijf

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Een voorbeeld van een zelf samengesteld instapwerkstuk voor een “smart home”:

De openheid van het Arduino-platform maakt het gebruik van componenten van verschillende fabrikanten mogelijk. Dit maakt het eenvoudig om een ​​‘smart home’ te ontwerpen die aansluit bij de behoeften van de gebruiker. Daarom, als je op zijn minst een kleine kennis hebt op het gebied van het programmeren en aansluiten van elektronische apparaten, is dit systeem de moeite waard om op te letten.

Bent u bekend met het Arduino-platform in de praktijk en wilt u uw ervaring delen met nieuwkomers op dit gebied? Misschien wilt u bovenstaand materiaal aanvullen met nuttige aanbevelingen of opmerkingen? Schrijf uw commentaar onder deze publicatie.

Als je vragen hebt over het ontwerpen van een geautomatiseerd thuissysteem op basis van Arduino, stel ze dan aan onze experts en andere sitebezoekers in het onderstaande blok.