Nhà thông minh dựa trên bộ điều khiển Arduino: thiết kế và tổ chức không gian được kiểm soát
Sự phát triển của các công cụ tự động hóa đã dẫn đến việc tạo ra các hệ thống phức tạp nhằm cải thiện chất lượng cuộc sống của con người.Nhiều nhà sản xuất nổi tiếng về môi trường điện tử và phần mềm cung cấp các giải pháp tiêu chuẩn làm sẵn cho nhiều đối tượng khác nhau.
Ngay cả một người dùng thiếu kinh nghiệm cũng có thể phát triển các dự án độc lập và xây dựng một “ngôi nhà thông minh” sử dụng Arduino để phù hợp với nhu cầu của họ. Điều chính là hiểu những điều cơ bản và không ngại thử nghiệm.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét nguyên tắc tạo và các chức năng chính của một ngôi nhà tự động dựa trên các thiết bị Arduino. Chúng tôi cũng sẽ xem xét các loại bo mạch được sử dụng và các mô-đun chính của hệ thống.
Nội dung của bài viết:
Tạo hệ thống trên nền tảng Arduino
Arduino là nền tảng để phát triển các thiết bị điện tử có khả năng điều khiển tự động, bán tự động hoặc thủ công. Nó được thực hiện theo nguyên tắc của một nhà thiết kế với các quy tắc tương tác được xác định rõ ràng giữa các yếu tố. Hệ thống này mở, cho phép các nhà sản xuất bên thứ ba tham gia vào quá trình phát triển của nó.
Cổ điển "ngôi nhà thông minh» bao gồm các khối tự động thực hiện các chức năng sau:
- thu thập thông tin cần thiết thông qua các cảm biến;
- phân tích dữ liệu và đưa ra quyết định bằng bộ vi xử lý có thể lập trình;
- thực hiện các quyết định được đưa ra bằng cách ra lệnh cho các thiết bị khác nhau.
Nền tảng Arduino tốt chính xác vì nó không bị giới hạn bởi một nhà sản xuất cụ thể mà cho phép người tiêu dùng lựa chọn các thành phần phù hợp với mình. Lựa chọn của họ rất lớn, vì vậy bạn có thể hiện thực hóa hầu hết mọi ý tưởng.
Chúng tôi khuyên bạn nên kiểm tra tốt nhất thiết bị thông minh cho gia đình.
Ngoài sự đa dạng của các thiết bị được kết nối, môi trường lập trình được triển khai trong C++ còn bổ sung thêm sự đa dạng. Người dùng không chỉ có thể sử dụng các thư viện đã tạo mà còn có thể lập trình phản ứng của các thành phần hệ thống với các sự kiện mới xuất hiện.
Các thành phần của bo mạch chính
Thành phần chính của một “ngôi nhà thông minh” là một hoặc nhiều bảng trung tâm (mẹ). Họ chịu trách nhiệm cho sự tương tác của tất cả các yếu tố. Chỉ sau khi xác định được các nhiệm vụ cần giải quyết, bạn mới có thể bắt đầu chọn nút chính của hệ thống.
Bo mạch chủ kết hợp các yếu tố sau:
- Vi điều khiển (bộ xử lý). Mục đích chính của nó là xuất và đo điện áp ở các cổng trong khoảng 0-5 hoặc 0-3,3 V, lưu trữ dữ liệu và thực hiện các phép tính.
- Lập trình viên (không phải bo mạch nào cũng có). Sử dụng thiết bị này, một chương trình sẽ được ghi vào bộ nhớ của bộ vi điều khiển mà theo đó “ngôi nhà thông minh” sẽ hoạt động. Nó được kết nối với máy tính, máy tính bảng, điện thoại thông minh hoặc thiết bị khác bằng giao diện USB.
- Bộ điều chỉnh điện áp. Cần có một thiết bị 5 volt để cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống.
Một số mẫu bo mạch được sản xuất dưới thương hiệu Arduino.Chúng khác nhau về yếu tố hình thức (kích thước), số lượng cổng và dung lượng bộ nhớ. Dựa trên những chỉ số này mà bạn cần chọn một thiết bị phù hợp.
Có hai loại cổng:
- điện tử, được đánh dấu trên bảng bằng các chữ cái "d";
- tương tự, được đánh dấu bằng chữ cái "Một".
Nhờ chúng, bộ vi điều khiển giao tiếp với các thiết bị được kết nối. Bất kỳ cổng nào cũng có thể hoạt động cả để nhận tín hiệu và gửi tín hiệu đi. Các cổng kỹ thuật số được đánh dấu là “pwm” được dùng cho đầu vào và đầu ra của tín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM).
Do đó, trước khi mua một bo mạch, ít nhất cần ước tính mức độ tải của nó trên các thiết bị khác nhau. Điều này sẽ cho phép bạn xác định số lượng cổng cần thiết của tất cả các loại.
Cần hiểu rằng hệ thống nhà thông minh không nhất thiết phải kết nối với bộ điều khiển dựa trên một bo mạch chủ duy nhất. Các chức năng như bật đèn chiếu sáng nhân tạo ở khu vực địa phương tùy theo thời gian trong ngày và duy trì lượng nước dự trữ trong bể chứa là độc lập với nhau.
Từ quan điểm đảm bảo độ tin cậy của hệ thống điện tử, tốt hơn là nên tách các nhiệm vụ không liên quan thành các khối khác nhau, điều mà khái niệm Arduino giúp bạn dễ dàng thực hiện. Nếu bạn kết hợp nhiều thiết bị vào một nơi thì bộ vi xử lý có thể bị nóng lên, xung đột các thư viện phần mềm và gặp khó khăn trong việc tìm kiếm và loại bỏ các lỗi phần mềm và phần cứng.
Mỗi bộ vi xử lý được trang bị ba loại bộ nhớ:
- Bộ nhớ flash. Bộ nhớ chính nơi lưu trữ mã chương trình quản lý hệ thống. Một phần nhỏ trong số đó (3-12%) bị chiếm bởi chương trình bootloader tích hợp sẵn.
- SRAM. RAM, nơi lưu trữ dữ liệu tạm thời cần thiết để chạy chương trình. Nó có tính năng tốc độ hoạt động cao.
- EEPROM Bộ nhớ chậm hơn nơi dữ liệu cũng có thể được lưu trữ.
Sự khác biệt chính giữa các loại bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu là khi tắt nguồn, thông tin được ghi trong SRAM sẽ bị mất nhưng vẫn còn trong EEPROM. Nhưng loại không bay hơi cũng có một nhược điểm - số chu kỳ ghi hạn chế. Đây là điều cần lưu ý khi tạo ứng dụng của riêng bạn.
Không giống như việc sử dụng Arduino trong chế tạo robot, hầu hết các tác vụ trong nhà thông minh không yêu cầu nhiều bộ nhớ cho các chương trình hoặc để lưu trữ thông tin.
Các loại ván lắp ráp nhà thông minh
Chúng ta hãy xem xét các loại bảng chính thường được sử dụng nhất khi lắp ráp hệ thống nhà thông minh.
Xem #1 - Arduino Uno và các dẫn xuất của nó
Các bo mạch được sử dụng phổ biến nhất trong hệ thống nhà thông minh là Arduino Uno và Arduino Nano. Chúng có đủ chức năng để giải quyết các vấn đề điển hình.
Các thông số chính của Arduino Uno Rev3:
- bộ xử lý: ATMega328P (8 bit, 16 MHz);
- số cổng kỹ thuật số: 14;
- trong đó có chức năng điều khiển xung điện: 6;
- số cổng analog: 6;
- bộ nhớ flash: 32 KB;
- SRAM: 2 KB;
- EEPROM: 1KB.
Cách đây không lâu, một bản sửa đổi đã được phát hành - Uno Wi-Fi, chứa mô-đun ESP8266 tích hợp cho phép bạn trao đổi thông tin với các thiết bị khác bằng tiêu chuẩn 802.11 b/g/n.
Sự khác biệt giữa Arduino Nano và phiên bản lớn hơn của nó là nó không có ổ cắm điện 12 V. Điều này được thực hiện để đạt được kích thước thiết bị nhỏ hơn, cho phép dễ dàng giấu nó trong một không gian nhỏ. Cũng vì những mục đích này, kết nối USB tiêu chuẩn được thay thế bằng chip có cáp mini-USB. Arduino Nano có thêm 2 cổng analog so với Uno.
Có một sửa đổi khác của bảng Uno - Arduino Mini. Nó thậm chí còn nhỏ hơn Nano và khó làm việc hơn nhiều. Thứ nhất, việc thiếu cổng USB sẽ gây ra sự cố với phần sụn, vì bạn sẽ phải sử dụng Bộ chuyển đổi nối tiếp USB cho việc này. Thứ hai, bo mạch này kén chọn nguồn điện hơn - cần cung cấp dải điện áp đầu vào là 7-9 V.
Vì những lý do được mô tả ở trên, bo mạch Arduino Mini hiếm khi được sử dụng để vận hành ngôi nhà thông minh. Nó thường được sử dụng trong chế tạo robot hoặc trong việc thực hiện các dự án làm sẵn.
Chế độ xem số 2 - Arduino Leonardo và Micro
Bo mạch Arduino Leonardo tương tự như Uno, nhưng mạnh hơn một chút. Một tính năng thú vị khác của model này là nó được xác định là bàn phím, chuột hoặc cần điều khiển khi kết nối với máy tính. Do đó, nó thường được sử dụng để tạo ra các thiết bị chơi game và mô phỏng gốc.
Các thông số chính của Arduino Leonardo như sau:
- bộ xử lý: ATMega32u4 (8 bit, 16 MHz);
- số cổng kỹ thuật số: 20;
- trong đó có chức năng điều khiển xung điện: 7;
- số cổng analog: 12;
- bộ nhớ flash: 32 KB;
- SRAM: 2,5 KB;
- EEPROM: 1KB.
Có thể thấy từ danh sách các thông số, Leonardo có nhiều cổng hơn, điều này cho phép mô hình này được tải với số lượng cảm biến lớn hơn.
Ngoài ra đối với Leonardo còn có một loại tương tự thu nhỏ với các đặc điểm hoàn toàn giống hệt nhau được gọi là Micro. Nó không có nguồn điện 12V và thay vì đầu vào USB đầy đủ, có một con chip dành cho cáp mini-USB.
Bản sửa đổi của Leonardo có tên Esplora là một mô hình chơi game thuần túy và không phù hợp với nhu cầu của một “ngôi nhà thông minh”.
Xem #3 - Arduino 101, Arduino Zero và Arduino MKR1000
Đôi khi hoạt động của hệ thống nhà thông minh được triển khai trên nền tảng Arduino đòi hỏi rất nhiều sức mạnh tính toán mà bộ vi điều khiển 8 bit không thể cung cấp. Các tác vụ như nhận dạng giọng nói hoặc hình ảnh yêu cầu bộ xử lý nhanh và dung lượng RAM đáng kể cho các thiết bị đó.
Để giải quyết những vấn đề cụ thể như vậy, người ta sử dụng các bo mạch mạnh mẽ hoạt động theo khái niệm Arduino. Số lượng cổng mà họ có gần bằng số lượng cổng của bảng Uno hoặc Leonardo.
Một trong những bo mạch mạnh mẽ nhưng dễ sử dụng nhất, Arduino 101 có các đặc điểm sau:
- bộ xử lý: Intel Curie (32 bit, 32 MHz);
- bộ nhớ flash: 196 KB;
- SRAM: 24 KB;
- EEPROM: không.
Ngoài ra, bo mạch còn được trang bị chức năng BLE (Bluetooth Low Energy) với khả năng kết nối dễ dàng với các giải pháp làm sẵn như cảm biến nhịp tim, nhận thông tin về thời tiết ngoài cửa sổ, gửi tin nhắn văn bản, v.v. Con quay hồi chuyển và gia tốc kế cũng được tích hợp vào thiết bị, nhưng chúng được sử dụng chủ yếu trong chế tạo robot.
Một bo mạch tương tự khác, Arduino Zero, có các chỉ số sau:
- bộ xử lý: SAM-D21 (32 bit, 48 MHz);
- bộ nhớ flash: 256 KB;
- SRAM: 32 KB;
- EEPROM: không.
Một tính năng đặc biệt của mô hình này là sự hiện diện của trình gỡ lỗi tích hợp (EDBG). Với sự trợ giúp của nó, việc tìm ra lỗi khi lập trình bảng sẽ dễ dàng hơn nhiều.
Arduino MKR1000 là một model khác phù hợp cho tính toán công suất cao. Nó có bộ vi xử lý và bộ nhớ tương tự như Zero. Sự khác biệt chính của nó là sự hiện diện của chip Wi-Fi tích hợp với giao thức 802.11 b/g/n và chip mật mã hỗ trợ thuật toán SHA-256 để bảo vệ dữ liệu được truyền.
View #4 - Mô hình gia đình Mega
Đôi khi cần sử dụng một số lượng lớn cảm biến và điều khiển một số lượng thiết bị đáng kể. Ví dụ, điều này là cần thiết cho hoạt động tự động của hệ thống điều hòa không khí phân tán, hệ thống này duy trì nhiệt độ nhất định cho từng khu vực riêng lẻ.
Đối với từng khu vực cục bộ, cần theo dõi số đọc của hai cảm biến nhiệt độ (cảm biến thứ hai được sử dụng làm cảm biến điều khiển) và theo thuật toán, điều chỉnh vị trí của van điều tiết, xác định lượng không khí ấm đi vào.
Nếu có hơn 10 khu vực như vậy trong một ngôi nhà thì cần có hơn 30 cổng để điều khiển toàn bộ hệ thống. Tất nhiên, bạn có thể sử dụng một số bảng loại Uno dưới sự kiểm soát chung của một trong số chúng, nhưng điều này sẽ tạo thêm khó khăn khi chuyển đổi. Trong trường hợp này, nên sử dụng các mô hình thuộc họ Mega.
Bo mạch Arduino Mega dựa trên bộ vi xử lý 8 bit 16 MHz aTMega1280 khá đơn giản.
Nó có một lượng lớn bộ nhớ:
- bộ nhớ flash: 128 KB;
- SRAM: 8 KB;
- EEPROM: 4KB.
Nhưng ưu điểm chính của nó là sự hiện diện của nhiều cổng:
- số cổng số: 54;
- trong đó có chức năng điều khiển xung điện: 15;
- số cổng analog: 16.
Bảng này có hai loại hiện đại:
- Mega 2560 dựa trên bộ vi xử lý aTMega2560, được đặc trưng bởi lượng bộ nhớ flash lớn - 256 KB;
- Mega ADK ngoài bộ vi xử lý aTMega2560 còn được trang bị giao diện USB với khả năng kết nối với các thiết bị dựa trên hệ điều hành Android.
Mô hình Arduino Mega ADK có một tính năng. Khi kết nối điện thoại với đầu vào USB, có thể xảy ra tình huống sau: nếu điện thoại cần sạc, nó sẽ bắt đầu “kéo” điện thoại ra khỏi bo mạch. Do đó, có một yêu cầu bổ sung đối với nguồn điện - nó phải cung cấp dòng điện 1,5 ampe. Khi cấp nguồn qua pin, điều kiện này phải được tính đến.
Due là một mô hình khác của Arduino kết hợp sức mạnh của bộ vi xử lý với số lượng lớn cổng.
Đặc điểm của nó như sau:
- bộ xử lý: Atmel SAM3X8E (32 bit, 84 MHz);
- số cổng số: 54;
- trong đó có chức năng điều khiển xung điện: 12;
- số cổng analog: 14;
- bộ nhớ flash: 512 KB;
- SRAM: 96 KB;
- EEPROM: không.
Các tiếp điểm tương tự của bo mạch này có thể hoạt động ở cả độ phân giải 10 bit thông thường cho Arduino, được thiết kế để tương thích với các mẫu trước đó và ở độ phân giải 12 bit, cho phép bạn nhận được tín hiệu chính xác hơn.
Tính năng tương tác module qua cổng
Tất cả các mô-đun sẽ được kết nối với bo mạch đều có ít nhất ba đầu ra. Hai trong số đó là dây điện, tức là. “mặt đất”, cũng như điện áp 5 hoặc 3,3 V. Dây thứ ba là hợp lý. Nó truyền dữ liệu đến cổng. Để kết nối các mô-đun, các dây đặc biệt được nhóm thành nhóm 3 dây, đôi khi được gọi là dây nhảy, được sử dụng.
Vì các mẫu Arduino thường chỉ có 1 cổng điện áp và 1-2 cổng nối đất nên để kết nối nhiều thiết bị, bạn sẽ cần hàn dây hoặc sử dụng bảng mạch.
Hàn đáng tin cậy hơn và được sử dụng trong các thiết bị chịu tác động vật lý, chẳng hạn như bảng điều khiển cho robot và máy bay bốn cánh. Đối với một ngôi nhà thông minh, tốt hơn nên sử dụng bảng phát triển, vì việc lắp đặt và tháo mô-đun sẽ dễ dàng hơn.
Một số kiểu máy (ví dụ: Arduino Zero và MKR1000) có điện áp hoạt động là 3,3 V, vì vậy nếu áp giá trị cao hơn cho các cổng, bo mạch có thể bị hỏng. Tất cả thông tin về nguồn điện đều có sẵn trong tài liệu kỹ thuật của thiết bị.
Bảng bổ trợ (khiên)
Để tăng khả năng của bo mạch chủ, Shields được sử dụng - các thiết bị bổ sung giúp mở rộng chức năng. Chúng được sản xuất theo kiểu dáng cụ thể, giúp phân biệt chúng với các mô-đun được kết nối với cổng. Khiên đắt hơn mô-đun, nhưng làm việc với chúng dễ dàng hơn. Chúng cũng được trang bị các thư viện mã làm sẵn, giúp tăng tốc độ phát triển các chương trình điều khiển của riêng bạn cho một ngôi nhà thông minh.
Tấm chắn Proto và Cảm biến
Hai tấm chắn tiêu chuẩn này không thêm bất kỳ chức năng đặc biệt nào. Chúng được sử dụng để kết nối một số lượng lớn mô-đun nhỏ gọn và thuận tiện hơn.
Proto Shield là một bản sao gần như hoàn chỉnh của bản gốc về các cổng và bạn có thể dán một bảng phát triển vào giữa mô-đun. Điều này làm cho việc lắp ráp cấu trúc dễ dàng hơn. Những tiện ích bổ sung như vậy tồn tại cho tất cả các bo mạch Arduino có chiều dài đầy đủ.
Nhưng nếu có nhiều thiết bị (hơn 10) thì tốt hơn nên sử dụng các bo mạch chuyển mạch Sensor Shield đắt tiền hơn.
Chúng không có bảng mạch, nhưng tất cả các chân cổng đều được cấp nguồn và nối đất riêng. Điều này cho phép bạn tránh bị vướng vào dây và dây nối.
Bo mạch này cũng có các đầu nối để dễ dàng kết nối một số mô-đun: Bluetoots, thẻ SD, RS232 (cổng COM), radio và siêu âm.
Kết nối chức năng phụ trợ
Các tấm chắn có chức năng tích hợp được thiết kế để giải quyết các vấn đề phức tạp nhưng điển hình. Nếu bạn cần thực hiện những ý tưởng ban đầu, tốt hơn hết bạn nên chọn một mô-đun phù hợp.
Tấm chắn động cơ. Nó được thiết kế để kiểm soát tốc độ và vòng quay của động cơ công suất thấp. Model ban đầu được trang bị một chip L298 và có thể điều khiển hai động cơ DC hoặc một servo cùng một lúc. Ngoài ra còn có một bộ phận tương thích của bên thứ ba có hai chip L293D với khả năng điều khiển số lượng ổ đĩa nhiều gấp đôi.
Lá chắn chuyển tiếp. Một module được sử dụng thường xuyên trong hệ thống nhà thông minh. Một bảng có bốn rơle cơ điện, mỗi rơle cho phép dòng điện chạy qua với lực lên tới 5A. Điều này đủ để tự động bật và tắt các thiết bị kilowatt hoặc đường dây chiếu sáng được thiết kế cho dòng điện xoay chiều 220 V.
Tấm chắn LCD. Cho phép bạn hiển thị thông tin trên màn hình tích hợp, có thể nâng cấp lên thiết bị TFT. Tiện ích mở rộng này thường được sử dụng để tạo các trạm thời tiết với các chỉ số nhiệt độ ở nhiều không gian sống, nhà phụ, nhà để xe cũng như nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió bên ngoài.
Lá chắn ghi dữ liệu. Nhiệm vụ chính của mô-đun là ghi dữ liệu từ các cảm biến vào thẻ SD định dạng đầy đủ lên đến 32 Gb có hỗ trợ hệ thống tệp FAT32. Để ghi vào thẻ micro SD, bạn cần mua bộ chuyển đổi.Tấm chắn này có thể được sử dụng làm nơi lưu trữ thông tin, chẳng hạn như khi ghi dữ liệu từ DVR. Được sản xuất bởi công ty Adafruit Industries của Mỹ.
Lá chắn thẻ SD. Một phiên bản đơn giản hơn và rẻ hơn của mô-đun trước đó. Nhiều nhà sản xuất sản xuất các phần mở rộng như vậy.
Lá chắn Ethernet. Mô-đun chính thức để kết nối Arduino với Internet mà không cần máy tính. Có một khe cắm thẻ micro SD, cho phép bạn ghi và gửi dữ liệu qua World Wide Web.
Lá chắn Wi-Fi. Cho phép trao đổi thông tin không dây với sự hỗ trợ cho chế độ mã hóa. Dùng để kết nối với Internet và các thiết bị có thể được điều khiển qua Wi-Fi.
Lá chắn GPRS. Mô-đun này thường được sử dụng để liên lạc giữa ngôi nhà thông minh và chủ sở hữu của nó qua điện thoại di động qua tin nhắn SMS.
Mô-đun nhà thông minh
Kết nối các mô-đun từ các nhà sản xuất bên thứ ba và khả năng làm việc với chúng bằng ngôn ngữ lập trình tích hợp là ưu điểm chính của hệ thống Arduino mở so với các giải pháp nhà thông minh “có thương hiệu”. Điều chính là các mô-đun có mô tả về tín hiệu nhận được hoặc truyền đi.
Các cách để có được thông tin
Thông tin đầu vào có thể được thực hiện thông qua các cổng kỹ thuật số hoặc analog. Nó phụ thuộc vào loại nút hoặc cảm biến nhận thông tin và truyền đến bảng.
Tín hiệu đến bộ vi xử lý có thể được gửi bởi một người sử dụng hai phương pháp cho việc này:
- Nhấn một nút (phím). Dây logic trong trường hợp này đi đến cổng kỹ thuật số, cổng này nhận giá trị “0” nếu nút được nhả và “1” nếu được nhấn.
- Xoay nắp chiết áp quay (điện trở) hoặc chuyển cần số động cơ. Trong trường hợp này, dây logic sẽ đi đến cổng analog. Điện áp đi qua bộ chuyển đổi tương tự sang số, sau đó dữ liệu sẽ được chuyển đến bộ vi xử lý.
Các nút được sử dụng để bắt đầu một sự kiện, chẳng hạn như bật và tắt đèn, hệ thống sưởi hoặc thông gió. Núm xoay dùng để thay đổi cường độ - tăng giảm độ sáng của ánh sáng, âm lượng hoặc tốc độ quay của cánh quạt.
Cảm biến được sử dụng để tự động xác định các thông số môi trường hoặc nguồn gốc của sự kiện.
Các loại sau đây có nhu cầu vận hành nhà thông minh nhiều nhất:
- Cảm biến âm thanh. Phiên bản kỹ thuật số của thiết bị này được sử dụng để kích hoạt sự kiện bằng tiếng vỗ tay hoặc giọng nói. Các mô hình tương tự cho phép bạn nhận dạng và xử lý âm thanh.
- Cảm biến ánh sáng. Các thiết bị này có thể hoạt động ở cả phạm vi nhìn thấy và hồng ngoại. Cái sau có thể được sử dụng như một hệ thống cảnh báo cháy.
- Cảm biến nhiệt độ. Các mô hình khác nhau được sử dụng cho trong nhà và ngoài trời, vì các mô hình bên ngoài được bảo vệ khỏi độ ẩm tốt hơn. Ngoài ra còn có các thiết bị từ xa trên dây.
- Cảm biến độ ẩm không khí. Mẫu DHT11 phù hợp cho trong nhà và DHT22 đắt tiền hơn cho ngoài trời. Cả hai thiết bị cũng có thể cung cấp kết quả đo nhiệt độ. Kết nối với một cổng kỹ thuật số.
- Cảm biến áp suất không khí. Phong vũ biểu tương tự của Bosh đã chứng tỏ chúng hoạt động tốt với các bo mạch Arduino: bmp180, bmp280. Họ cũng đo nhiệt độ.Mô hình bme280 có thể được gọi là trạm thời tiết vì nó cũng cung cấp thêm giá trị độ ẩm.
- Cảm biến chuyển động và hiện diện. Chúng được sử dụng cho mục đích an ninh hoặc để tự động bật đèn.
- Cảm biến mưa. Phản ứng với nước xâm nhập vào bề mặt của nó. Nó cũng có thể được sử dụng để kích hoạt cảnh báo rò rỉ trong hệ thống ống nước hoặc hệ thống sưởi.
- Cảm biến hiện tại. Chúng được sử dụng để phát hiện các thiết bị điện không hoạt động (đèn bị cháy) hoặc phân tích điện áp để tránh quá tải.
- Cảm biến rò rỉ gas. Được sử dụng để phát hiện và ứng phó với nồng độ propan tăng lên.
- Cảm biến carbon dioxide. Nó được sử dụng để xác định nồng độ carbon dioxide trong phòng khách và trong các phòng đặc biệt, chẳng hạn như hầm rượu, nơi quá trình lên men diễn ra.
Có nhiều cảm biến khác nhau cho các nhiệm vụ cụ thể, chẳng hạn như đo trọng lượng, tốc độ dòng nước, khoảng cách, độ ẩm của đất, v.v.
Nhiều cảm biến và cảm biến có thể được chế tạo độc lập bằng cách sử dụng các thành phần đơn giản hơn. Nó sẽ có giá thấp hơn. Tuy nhiên, không giống như việc sử dụng các thiết bị nối tiếp, bạn sẽ phải tốn thời gian cho việc hiệu chỉnh.
Kiểm soát các thiết bị và hệ thống
Ngoài việc thu thập và phân tích thông tin, “ngôi nhà thông minh” còn phải ứng phó với các sự kiện mới nổi. Sự hiện diện của các thiết bị điện tử tiên tiến trên các thiết bị gia dụng hiện đại cho phép bạn truy cập chúng trực tiếp bằng Wi-Fi, GPRS hoặc EtherNet. Thông thường, các hệ thống Arduino thực hiện chuyển đổi giữa bộ vi xử lý và các thiết bị công nghệ cao thông qua Wi-Fi.
Để sử dụng Arduino để bật điều hòa khi nhiệt độ trong nhà cao, chặn TV và Internet vào ban đêm trong phòng trẻ em hoặc khởi động nồi hơi sưởi ấm khi chủ nhà đến, bạn cần thực hiện ba bước:
- Cài đặt mô-đun Wi-Fi trên bo mạch chủ.
- Tìm các kênh tần số trống để tránh xung đột hệ thống.
- Hiểu các lệnh của thiết bị và hành động của chương trình (hoặc sử dụng các thư viện tạo sẵn).
Ngoài việc “giao tiếp” với các thiết bị máy tính, các nhiệm vụ thường phát sinh liên quan đến việc thực hiện một số hành động cơ học. Ví dụ: bạn có thể kết nối một bộ truyền động servo hoặc một hộp số nhỏ với bo mạch, bảng này sẽ được cấp nguồn từ nó.
Nếu cần kết nối các thiết bị mạnh mẽ hoạt động từ nguồn điện bên ngoài, hai tùy chọn sẽ được sử dụng:
- Bao gồm trong mạch rơle.
- Kết nối công tắc nguồn và triac.
Nằm trong mạch điện điện từ hoặc rơle trạng thái rắn đóng và mở một trong các dây theo lệnh đến từ bộ vi xử lý. Đặc điểm chính của chúng là dòng điện tối đa cho phép (ví dụ: 40 A) có thể đi qua thiết bị này.
Đối với việc kết nối công tắc nguồn (mosfet) cho dòng điện một chiều và triac cho dòng điện xoay chiều, chúng có dòng điện cho phép thấp hơn (5-15 A), nhưng có thể tăng tải một cách trơn tru. Vì mục đích này mà các cổng PLC được cung cấp trên bo mạch. Thuộc tính này được sử dụng khi điều chỉnh độ sáng của đèn, tốc độ quạt, v.v.
Sử dụng rơle và công tắc nguồn, bạn hoàn toàn có thể tự động hóa tất cả các mạch điện tại nhà và khởi động máy phát điện khi không có dòng điện. Do đó, trên cơ sở Arduino, có thể thực hiện cung cấp quyền tự chủ cho một căn hộ hoặc tòa nhà, bao gồm tất cả các chức năng đặc biệt quan trọng - sưởi, hệ thống cấp, thoát nước, thông gió và an ninh.
Bạn có muốn ngôi nhà của mình trở nên thông minh hơn nhưng phải lập trình cho “bạn” không? Trong trường hợp này, chúng tôi khuyên bạn nên xem xét các giải pháp làm sẵn của Xiaomi và Apple, những giải pháp này dễ cài đặt và định cấu hình ngay cả đối với người mới bắt đầu. Và bạn có thể đặt lệnh và kiểm soát việc thực hiện chúng ngay cả từ điện thoại thông minh của mình.
Đọc thêm về nhà thông minh của Xiaomi và Apple trong các bài viết sau:
- Nhà thông minh Xiaomi: tính năng thiết kế, tổng quan về các bộ phận chính và bộ phận làm việc
- Nhà thông minh Apple: sự tinh tế trong việc tổ chức hệ thống điều khiển nhà của công ty Apple
Kết luận và video hữu ích về chủ đề này
Một ví dụ về phôi cấp thấp tự lắp ráp cho “ngôi nhà thông minh”:
Tính mở của nền tảng Arduino cho phép sử dụng các linh kiện từ nhiều nhà sản xuất khác nhau. Điều này giúp dễ dàng thiết kế một “ngôi nhà thông minh” phù hợp với nhu cầu của người dùng. Vì vậy, nếu bạn có ít nhất một kiến thức nhỏ về lĩnh vực lập trình và kết nối các thiết bị điện tử thì hệ thống này rất đáng để quan tâm..
Bạn có quen thuộc với nền tảng Arduino trong thực tế và muốn chia sẻ kinh nghiệm của mình với những người mới làm quen với vấn đề này không? Có lẽ bạn muốn bổ sung tài liệu trên bằng những khuyến nghị hoặc nhận xét hữu ích? Viết ý kiến của bạn dưới ấn phẩm này.
Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về việc thiết kế hệ thống gia đình tự động dựa trên Arduino, hãy hỏi các chuyên gia của chúng tôi và những khách truy cập trang web khác trong khối bên dưới.
