Ардуино проекты умный дом схемы – возможности «умного дома», датчик температуры и влажности, составление проекта и создание системы управления жилищем своими руками

Ардуино проекты умный дом схемы – возможности «умного дома», датчик температуры и влажности, составление проекта и создание системы управления жилищем своими руками

Posted on

Содержание

обзор и инструкция по сборке (проектирование, подключение, прогаммирование)

Умные дома позволяют позабыть о многих технических моментах бытовой жизни и сосредоточится на других задачах, предоставив свободное время семье или отдыху. На рынке представлены готовые решения, но не всегда такие системы подходят для реализации тех задач, что хотелось бы видеть нам. Но, есть более гибкая альтернатива, позволяющая создать умный дом своими руками на Ардуино. Именно эта система позволяет воплотить любую творческую мысль в автоматизированный процесс.

Что такое Arduino

Arduino — это платформа для добавления и программирования электронных устройств, с типами управления: ручной, полуавтоматический и автоматический. Платформа представляет собой некий конструктор, с прописанными правилами взаимодействия элементов между собой. Система открытая, поэтому каждый заинтересованный производитель вносит лепту в развитие Arduino.

Функции стандартного умного дома:

  • сбор информации с помощью датчиков;
  • анализ данных и принятие решения, посредством программируемого микроконтроллера;
  • реализация принятых решений с помощью подаваемых команд, на различные подключенные в систему устройства.

Конструктор Arduino хорош тем, что в его системе можно использовать любые элементы умного дома, от разных производителей. Эта возможность позволяет платформе не быть ограниченной лишь одной экосистемой умного дома, а подбирать любые компоненты электроники, для реализации решения собственных задач.

Кроме огромного списка подключаемых в систему устройств, гибкости ей придает среда программирования C++. Пользователь может самостоятельно запрограммировать реакцию компонентов системы на возникающие события или воспользоваться уже созданной библиотекой.

Полезная информация! Arduino – итальянская компания, производящая и разрабатывающая компоненты ПО, для реальных и не сложных систем Smart Home, которые ориентированы на любого человека, заинтересовавшегося в этом вопросе. Архитектура полностью открыта, поэтому сторонние разработчики (преимущественно из Китая) уже успели полностью скопировать, и выпускают собственные альтернативные элементы системы, и ПО для них.

Научиться взаимодействовать с Ардуино можно двумя способами: методом самостоятельных проб и ошибок, или с помощью книги с комплектным набором для умного дома, которая расскажет о всех тонкостях работы в этой системе.

Набор умного дома Arduino

Проектирование умного дома Arduino

Умного дома «на все случаи жизни» не существует. Поэтому, его проектирование начинается с определения поставленных задач, выбора и размещения основного узла Arduino, а затем и остальных элементов. На конечном этапе связывается и дорабатывается функционал, с помощью программирования.

На базе Ардуино можно создать множество проектов, а затем скомпоновать их в единую систему. Среди таких:

  1. Контроль влажности в цоколе.
  2. Автоматическое включение конвекторов, при падении температуры в доме ниже допустимой в двух возможных вариантах – при наличии и отсутствии человека в комнате.
  3. Включение освещения на улице в сумерки.
  4. Отправка сообщений об изменениях каждого детектируемого состояния.

В качестве примера можно рассмотреть проектирование автоматики одноэтажного дома с двумя комнатами, подвальным помещением под хранение овощей. В комплекс входит семь зон: прихожая, душевая комната, кухня, крыльцо, спальня, столовая, подвал.

При составлении пошагового плана проектирования учитываем следующее:

  1. Крыльцо. При приближении владельца к дому ночью, включится освещение. Также следует учесть обратное – выходя из дома ночью, тоже надо включать освещение.
  2. Прихожая. При детектировании движения и в сумерки включать свет. В темное время необходимо, чтобы загорался приглушенный свет лампочки.
  3. Подвал на улице. При приближении хозяина, в темное время суток, должна загораться лампа возле дверцы подвала. Открывая дверь, загорается свет внутри, и выключается в том случае, когда человек покидает здание. При выходе, включается освещение на крыльце, а по мере отхождения от подвального помещения, выключается возле дверцы. В подвале установлен контроль влажности и при достижении критической температуры, включаются несколько вентиляторов для улучшения циркуляции воздуха.
  4. Душевая комната. В ней установлен бойлер. Если человек присутствует в доме, бойлер включает нагрев воды. Автоматика выключается, когда максимальная температура нагрева достигнута. При входе в туалет, включается вытяжка и свет.
  5. Кухня. Включение основного освещения ручное. При длительном отсутствии хозяина дома на кухне, свет выключается автоматически. Во время приготовления еды автоматически включается вытяжка.
  6. Столовая. Управление светом происходит по аналогии с кухней. Присутствуя на кухне, есть возможность дать голосовую команду ассистенту умной колонки, чтобы тот запустил музыку.
  7. Спальная комната. Включение освещение происходит вручную. Но есть автоматическое выключение, если в комнате долгое время отсутствует человек. Дополнительно, нужно выключать освещение по хлопку.

По всему дому расставлены конвекторы. Необходим автоматический контроль поддерживаемой температуры в доме в двух режимах: когда человек есть в доме и вовремя его отсутствия. В первом варианте, температура должна опускаться не ниже 20 градусов и подниматься не выше 22. Во втором, температура дома должна опускаться не ниже 12 градусов.

Проект готов, осталось заняться его реализацией.

Плюсы и минусы системы

Прежде чем подбирать компоненты и модули для создания автоматики в умном доме, следует уделить внимание как достоинствам, так и недостаткам системы.

Преимущества умного дома Arduino:

  1. Использование компонентов других производителей с контроллером Arduino.
  2. Создание собственных программ умного дома, так как исходных код проекта открыт.
  3. Язык программирования простой, мануалов в сети для него много, разобраться сможет даже начинающий.
  4. Простой проект делается за один час практики с помощью дефолтных библиотек, разработанных для: считывания сигналов кнопок, вывода информации на ЖК-дисплеи или семи сегментные индикаторы и так далее.
  5. Запитать, посылать команды и сообщения, программировать, или перенести готовые программные решения в Arduino, можно с помощью USB-кабеля.

Недостатки:

  1. Среда разработки Arduino IDE – это построенная на Java ппрограма, в которую входит: редактор кода, компилятор, передача прошивки в плату. По сравнению с современными решениями на 2019 год – это худшая среда разработки (в том виде, в котором она подается). Даже когда вы перейдете в другую среду разработки, IDE вам придется оставить для прошивки.
  2. Малое количество флэш-памяти для создания программ.
  3. Загрузчик нужно прошивать для каждого шилда микроконтроллера, чтобы закончить проект. Его размер – 2 Кб.
  4. Пустой проект занимает 466 байт на Arduino UNO и 666 байт в постоянной памяти платы Mega.
  5. Низкая частота процессора.

Модули и решения «умного дома» на Ардуино

Основным элементом умного дома является центральная плата микроконтроллера. Две и более соединенных между собой плат, отвечают за взаимодействие всех элементов системы.

Существует три основных микроконтроллера в системе:

  • Arduino UNO – средних размеров плата с собственным процессором и памятью. Основа — микроконтроллер ATmega328.  В наличии 14 цифровых входов/выходов (6 из них можно использовать как ШИМ выводы), 6 аналоговых входов, кварцевый резонатор 16 МГц, USB-порт (на некоторых платах USB-B), разъем для внутрисхемного программирования, кнопка RESET. Флэш-память – 32 Кб, оперативная память (SRAM) – 2 Кб, энергонезависимая память (EEPROM) – 1 Кб.
Arduino UNO
  • Arduino NANO – плата минимальных габаритов с микроконтроллером ATmega328. Отличие от UNO – компактность, за счет используемого типа контактных площадок – так называемого «гребня из ножек».

Arduino Nano
  • Arduino MEGA – больших размеров плата с микроконтроллером ATMega 2560. Тактовая частота 16 МГц (как и в UNO), цифровых пинов 54 вместо 14, а аналоговых 16, вместо 6. Флэш-память – 256 Кб, SRAM – 8 Кб, EEPROM – 4.

Arduino Mega

Arduino UNO – самая распространённая плата, так как с ней проще работать в плане монтажных работ. Плата NANO меньше в размерах и компактнее – это позволяет разместить ее в любом уголке умного дома. MEGA используется для сложных задач.

Сейчас на рынке представлено 3 поколение плат (R3) Ардуино. Обычно, при покупке платы, в комплект входит обучающий набор для собирания StarterKit, содержащий:

  1. Шаговый двигатель.
  2. Манипулятор управления.
  3. Электросхематическое реле SRD-05VDC-SL-C 5 В.
  4. Беспаечная плата для макета MB-102.
  5. Модуль с картой доступа и и двумя метками.
  6. Звуковой датчик LM393.
  7. Датчик с замером уровня жидкости.
  8. Два простейших устройства отображения цифровой информации.
  9. LCD-дисплей для вывода множества символов.
  10. LED-матрица ТС15-11GWA.
  11. Трехцветный RGB-модуль.
  12. Температурный датчик и измеритель влажности DHT11.
  13. Модуль риал тайм DS1302.
  14. Сервопривод SG-90.
  15. ИК-Пульт ДУ.
  16. Матрица клавиатуры на 16 кнопок.
  17. Микросхема 74HC595N сдвиговый регистр для получения дополнительных выходов.
  18. Основные небольшие компоненты электроники для составления схемы.

Можно найти и более укомплектованный набор для создания своими руками умного дома на Ардуино с нуля. А для реализации иного проекта, кроме элементов обучающего комплекта, понадобятся дополнительные вещи и модули.

Сенсоры и датчики

Чтобы контролировать температуру и влажность в доме и в подвальном помещении, потребуется датчик измерения температуры и влажности. В конструкторе умного дома это плата, соединяющая в себе датчики температуры, влажности и LCD дисплей для вывода данных.

Плата дополняется совместимыми датчиками движения или иными PIR-сенсорами, которые определяют присутствие или отсутствие человека в зоне действия, и привязывается через реле к освещению.

Датчик Arduino

Газовый датчик позволит быстро отреагировать на задымленность, углекислоту или утечку газа, и позволит при подключении к схеме, автоматически включить вытяжку.

Газовый датчик Arduino

Реле

Компонент схемы «Реле» соединяет друг с другом электрические цепи с разными параметрами. Реле включает и выключает внешние устройства с помощью размыкания и замыкания электрической цепи, в которой они находятся. С помощью данного модуля, управление освещением происходит также, если бы человек стоял и самостоятельно переключал тумблер.

Реле Arduino

Светодиоды могут указывать состояние, в котором реле находится в данным момент времени. Например, красный – освещение выключено, зеленый – освещение есть. Схема подключение к лампе выглядит так.

Для более крупного проекта лучше применять шину реле, например, восьмиканальный модуль реле 5V.

Контроллер

В качестве контроллера выступает плата Arduino UNO. Для монтажа необходимо знать:

  • описание элементов;
  • распиновку платы;
  • принципиальную схему работы платы;
  • распиновку микроконтролеера ATMega 328.

Программная настройка

Программирование подключенных элементов Ардуино происходит в редакторе IDE. Скачать его можно с официального сайта. Для программирования можно использовать готовые библиотеки.

Или воспользоваться готовым скетч решением Ardublock – графический язык программирования, встраиваемый в IDE. По сути, вам нужно только скачать и установить ПО, а затем использовать блоки для создания схемы.

Дистанционное управление «умным» домом

Для подключения платы к интернету, понадобится:

  • Wi-Fi-адаптер, настроенный на прием и передачу сигнала через маршрутизатор;
  • или подключенный через Ethernet кабель Wi-Fi роутер.

Также, есть вариант дистанционного управления по блютуз. Соответственно, к плате должен быть подключен Bluetooth модуль.

Есть несколько вариантов управления умным домом Arduino: с помощью приложения для смартфона или через веб. Рассмотрим каждое подробнее.

Приложения управления

Так как данная система-конструктор – не закрытая экосистема, то и приложений, реализованных для нее очень много. Они отличаются друг от друга не только интерфейсом, но и выполнением различных задач.

Blynk

Приложение на андроид и iOS с отличным дизайном, позволяет разрабатывать проекты, имеющие напрямую доступ к триггеру событий, на плате Ардуино. Но для работы приложения нужно интернет подключение, иначе взаимодействовать с ним не возможно.

Virtuino

Крутое бесплатное приложение на Android, позволяющее совмещать проекты в одно целое и управлять с помощью Wi-Fi или Bluetooth сразу несколькими платами.

Разрешает создавать визуальные интерфейсы для светодиодов, переключателей, счетчиков, приборов аналоговой схематехники. В нем есть учебные материалы и библиотека знаний о процессе работы с системой.

Bluino Loader – Arduino IDE

Приложение для телефона, представляет собой программную среду для кодирования Arduino. С его помощью можно быстро и легко скомпилировать код в файл, а затем отправить по OTG-переходнику на плату.

Arduino Bluetooth Control

Приложение контролирует контакты Arduino и управляет основными функциями по Блютузу. Но, программа не направлена на удаленное управление, только мониторинг.

RemoteXY: Arduino Control

С помощью приложения пользователь может создать свой собственный интерфейс управления платой. Подключение происходит с помощью Wi-Fi, Блютуз или интернет, через облачный сервер.

Bluetooth Controller 8 Lamp

Созданное с помощью Bluetooth-модулей HC-05, HC-06 и HC-07 приложение, обеспечивает восьмиканальный контроль. Таким способом достигается контроль и регулирование работы Ардуино, в соответствии с каждым из 8 светодиодов.

BT Voice Control for Arduino

Приложение специально заточено под дистанционное управление данными с ультразвукового датчика, подключенного по блютуз через Arduino. Реализуется подключения через модуль HC-05.

Подключившись, ультразвуковой датчик сможет передавать информацию о расстоянии до объекта, которая отобразится в интерфейсе приложения на телефоне.

IoT Wi-Fi контроллер

Приложение с интерфейсом, информирующем о конфигурации каждого входа/выхода в плате Arduino. В утилите можно переключать в реальном времени GPIO и показывать значение АЦП.

Веб-клиент

Управлять удаленно платой умного дома можно, разместив получение и обработку данных умного дома на веб-сервере. Естественно, сервер для умного дома Ардуино нужно создавать самостоятельно.

Для этих целей понадобится Arduino Ethernet Shield – сетевое расширение для пинов Ардуино Уно, позволяющее добавить разъем RJ-45 для подключения к сети.

При удаленном подключении, необходимо обеспечить внешнее питание платы не от USB.

Затем, подключите по USB плату к компьютеру, а по Ethernet плату к роутеру, которой раздает интернет компьютеру. При правильном установлении соединения, вы увидите зеленый свечение на порту.

После этого, нужно использовать библиотеки шилдов Ethernet и в среде разработки IDE написать код для создания сервера и отправки данных на сервер. Пример самодельного сервера неплохо описан в данной инструкции.

Уведомления по SMS

С помощью подключаемой библиотеки GSM в Arduino IDE можно:

  1. Работать с голосовыми вызовами.
  2. Получать и отправлять СМС.
  3. Подключаться к Интернету через GPRS.

Работает схема через специальную плату расширения GSM, содержащую специальный модем.

О создании универсальной сигнализации на Arduino, с отправкой СМС уведомления на смартфон можно узнать из соответствующей видеоинструкции.

Обучение азов Arduino

С помощью приложения «Справочник по Arduino 2» можно в течении двух недель освоить материал. Приложение полностью автономно и не требует подключение к интернету. В нем описана такая информация: функции, данные, операторы, библиотеки Arduino.

После освоения азов, можно посетить ресурс Habrahabr, на котором собраны 100 уроков по программированию на Arduino.

Тем, кто привык черпать знания из книг, станет замечательным пособием для теории и практики «Джереми Блум: изучаем Arduino».

Самый популярный учебник по Arduino

В книге приведены основные сведения об аппаратном и программном обеспечении Ардуино. Рассказаны принципы программирования в среде Arduino IDE. Автор книги учит анализу электрических схем и чтению технических заданий. Информация из книги поможет в дальнейшем определится с выбором подходящих деталей для создания умного дома.

Автор приводит примеры работы электродвигателей, датчиков, индикаторов, сервоприводов, всевозможных интерфейсов передачи данных. Книга содержит иллюстрированные комплектующие, монтажные схемы и листинги программ. Самое главное, комплектующие для практики, с которыми работает автор – не дорогой, не сложный и популярный материал для экспериментальных сборок в домашних условиях.

Видео по теме

Отличным решением для заинтересовавшихся в теме, станет видео для начинающих. В нем описаны основные элементы платы, зачем они используются, а также рассказаны основы программирования в среде Arduino IDE.

Не лишним будет ознакомится на примере, как реализовано создание умного контроллера для теплицы.

Здесь вы узнаете, какие проекты умного дома на базе Ардуино уже созданы, и используются разработчиками в свое удовольствие.

«Умный» дом на Arduino – как сделать проект и внедрить своими руками?

Плата ArduinoПлата Arduino

Arduino — популярная платформа для создания автоматики своими руками. Она подходит для изготовления автоматики в сельском хозяйстве, в рекламной деятельности, в сфере игровых развлечений и других видах деятельности.

Можно ли изготовить на платформе Arduino систему «умного» дома своими руками? Стоит рассмотреть и этот вопрос подробно, на примере одного проекта.

Начальные условия

Умный дом на АрдуиноУмный дом на Ардуино

Необходимо сделать автоматику в однокомнатном доме. Всего в доме пять зон: крыльцо, прихожая, санузел, кухня и комната проживания. На крыльце есть свет, который хозяева включают в тёмное время суток при входе или выходе из дома. В прихожей свет включается, когда хозяева приходят или уходят из дома. В санузле находится бойлер для нагрева воды, а также система вентиляции и освещения.

На кухне и в комнате в зимнее время включаются нагревательные приборы — электрические конвекторы. На кухне есть вытяжка, которая включается при приготовлении пищи. Также в доме установлена пара рекуператоров: на кухне и в комнате.

Составление проекта Arduino

  • Крыльцо. Здесь необходимо сделать включение света при приближении хозяина к дому в тёмное время суток. Также необходимо сделать автоматическое включение света при открывании входной двери при выходе из дома.
  • Прихожая. Автоматическое включение света при наступлении тёмного времени суток и обнаружения движения. В ночное время включаться должна маломощная лампочка, чтобы резким светом не будить других проживающих.
  • Санузел. Нагревание воды в бойлере происходит в зависимости от того, обнаруживает ли автоматика нахождение в доме хозяина. Сам бойлер снабжён внутренним выключателем электричества — при достижении водой предельной температуры он отключается. Когда заходит человек в санузел, то необходимо автоматически включать вытяжку и свет.
  • Кухня. Свет на кухне включается и выключается вручную. Но имеется возможность выключения света при фиксации длительного отсутствия движения. При готовке пищи автоматически включается вытяжка.
  • Комната. В комнате, как и на кухне свет включается вручную, но при фиксации отсутствия движения есть возможность автоматического выключения света.

Отопительные приборы и рекуперация воздуха. Отопительные приборы работают на поддержание заданной температуры в доме. При фиксации отсутствия хозяина, минимальная поддерживаемая температура снижается на определённое количество градусов. Как только происходит фиксация присутствия хозяина в доме, автоматически нижний порог переключается в нормальный режим поддержки температуры. Рекуперация воздуха происходит при фиксации присутствия хозяина, но не реже чем 10 минут в час.

Какие решения предлагает Arduino

Базовый набор Arduino StartБазовый набор Arduino Start

Как видно из данной постановки задач нам, кроме платы Arduino, понадобятся: датчики движения, датчики открывания двери, датчики температуры и освещённости. Для включения электрических приборов нам могут понадобиться реле. В качестве датчика фиксации открытия двери может быть применён обычный геркон. Все датчики можно купить для платы Arduino.

Так как количество датчиков достаточно большое для такого маленького дома, то для платформы Arduino существуют платы расширения. Всё, что необходимо, это правильно подключить датчики к прибору и написать программу, которая будет являться «сердцем» «умного» дома.

Прошить плату Arduino легко с помощью специальной программы, которая выпускается для любой операционной системы, а также кабеля USB. Не нужно никаких программаторов, как в случае разработки автоматики на микроконтроллерах.

Программа, которая прошивается в Arduino, пишется на языке Си. Безусловно, есть ограничения на количество байт этой программы. Для реализации поставленной задачи объёма памяти вполне хватит.

Визуализация «умного дома» и расширение возможностей на Ардуино

Безусловно, для визуализации процессов «умного» дома можно было бы использовать ЖК-дисплей, любые цифровые табло. Но всё-таки, для «умного» дома это не является хорошим решением.

Для визуализации процессов и состояний автоматики на платформе Arduino лучше всего использовать отдельный сервер обработки состояний. Этот сервер может быть реализован на программной технологии Node.js, позволяющей реализовать любой сервер, в том числе и для обработки состояний платы Arduino.

Node.js используется для решения задач Интернета вещей, поэтому для визуализации автоматики «умного» дома он точно подойдёт. Достаточно создать сервер и обработчик на языке JavaScript, и можно будет отображать результат в браузере компьютера или планшета.

Микрокомпьютер одноплатный Raspberry PiМикрокомпьютер одноплатный Raspberry Pi

В качестве «железа» сервера можно использовать микрокомпьютер Raspberry Pi или обычный стационарный компьютер или ноутбук. При этом расширяются возможности самой системы автоматизации.

Если на плате Arduino ограниченный объём физической памяти, то на сервере этот объём ничем не ограничен. Саму программу сервера можно написать так, что она будет полностью управлять платформой Arduino.

Например, можно расширить функционал нашего «умного» дома и приблизить его к умному дому без кавычек. Есть возможность написать такой алгоритм, который будет вести статистику нахождения хозяина в доме и его возвращение домой. Если хозяин обычно возвращается домой в районе 17:30, то за час можно включить бойлер для нагрева воды. Также, ориентируясь на это время, можно заранее включить отопительные приборы, чтобы возвращение было уже в тёплый дом, а не в тот, где температура ниже на 10 градусов из-за экономии электричества в отсутствии хозяев. Программа может понять когда хозяева обычно ложатся спать и заранее переставать греть воду, так как ею уже никто не будет пользоваться до утра. И таких нюансов может быть множество. Именно внешний компьютер может дать продвинутые «мозги» контроллеру на Arduino, который превратится больше в исполнительный механизм.

Дистанционное управление «умным» домом

Home Automation Arduino и Raspberry Pi Home Automation Arduino и Raspberry Pi

Как уже упоминалось выше, с помощью сервера на Node.js можно связать вещи друг с другом. Это касается и визуализации процессов автоматики дома в Интернете через облачные сервисы. Это один способ управления своим домом через Интернет. Можно включить бойлер или отопительные приборы вручную заранее перед приездом в дом.

Другой способ — это получение данных и управление «умным» домом на платформе Arduino с помощью SMS и MMS сообщений. Ведь далеко не всегда может быть Интернет под рукой. И, если включение какого-либо прибора может быть не критичным, то получение сообщения о протечке воды может оказаться просто необходимым. И здесь, на помощь в разработке своими руками полнофункционального «умного» дома на платформе Arduino может прийти плата Edison компании Intel.

И что же мы получаем?

Как видно, Arduino — это не просто плата для разработки каких-то простых устройств автоматики. На платформе Arduino можно легко создать своими руками даже автоматику «умного» дома. При этом нет необходимости переплачивать деньги за устройства от компании Simens, которые дороги и обойдутся в 5-10 раз дороже Arduino.

Arduino можно подключить к компьютеру и получить визуализацию процессов на экране монитора или планшета. Автоматикой «умного» дома на платформе Arduino можно управлять через Интернет или с помощью SMS и MMS сообщений. На Arduino можно создавать своими руками достаточно сложные устройства.

Умный дом на Аrduino своими руками: описание и характеристики

Сложно представить себе современную жизнь без использования технологий: интернета, смартфона, кухонной техники и системы «Умный дом». Если с последним вы еще не знакомы или хотите установить такую систему своими руками, то информация далее — для вас.

Управление "Умным домом"

Управление «Умным домом» с планшета

Мнение специалиста

Управление "Умным домом"

Система от «Ардуино» идеально подходит для начинающих пользователей,  не знакомых с тонкостями программирования. Впрочем, опытные пользователи тоже могут оценить ее за удобство и простоту при создании собственных программ. Ее выгодное отличие от других подобных систем – открытый исходный код. Именно с этой системы можно рекомендовать начинать тем, кто желает освоить технологию «умного дома».

Константин Котовский

Что такое «Умный дом»

Приобрести подобный проект не по карману большинству людей. Но, усвоив принцип работы «Умного дома», можно разработать такой проект самостоятельно и установить через специальное приложение своими руками.

Понятие Smart Homes или «Умный дом» можно охарактеризовать как простой набор контроллеров и датчиков. Эти приспособления могут срабатывать как на тепловую энергию, так и на движения. Как правило, такие наборы контролируют работу техники внутри дома, коммуникации, системы безопасности. Есть и более «умные» проекты: системы по расписанию включают отопление, запускают работу бытовой техники и т. д. Только представьте себе: вы приходите домой, где вас уже ждет разогретый обед в микроволновке и горячая ванная. Интересно? Тогда есть смысл сделать это своими руками.

"Умный дом"

«Умный дом» можно охарактеризовать как простой набор контроллеров и датчиков

Как работают датчики и контроллеры?

Такое оборудование считывает информацию, обрабатывает ее при помощи специальной программы и передает команду. Датчики могут реагировать на движение, резкий звук или температуру.

Самый простой и всем известный пример системы движения можно видеть в многоквартирных домах, где при открытии двери на лестничной клетке автоматически включается свет. Также контроллеры или датчики можно видеть в каждом здании в комплексе пожарной сигнализации — при резком повышении температуры срабатывает сигнализация.

Прежде чем начать устанавливать систему Smart Homes для своего дома, нужно разработать проект, согласно которому эти датчики и будут размещаться. Так как многие системы этого плана требуют определенного опыта и знаний в области программирования и электроники, выбирать следует оборудование максимально простого плана. Другими словами — адаптированное под начинающего пользователя. Именно таковыми можно назвать системы «Ардуино». Компания поставляет простые в плане установки и надежные в эксплуатации системы для Smart Homes.

Обратите внимание, что универсальную «умную» систему под проекты Smart Homes не предоставляет ни одна компания, в том числе и «Ардуино».

Проект Arduino для "Умного дома"

Полный проект Arduino для «Умного дома»

Преимущество систем

«Ардуино» пользуется большим спросом среди людей, далеких от программирования, прежде всего, благодаря понятному интерфейсу. Также не лишним будет выделить такие преимущества системы для Smart Homes:

  • возможность создавать свои программы, так как открыт исходный код;
  • простой язык программирования;
  • все нужные программы можно перенести при помощи usb-кабеля.

Таким образом, приобретая только одну программу со стандартным набором функций, можно максимально удобно подстроить ее под себя.

Дополнительный софт для «Ардуино» Uno всегда можно скачать через интернет, причем бесплатно. Управлять системой можно как обычным ПК, так и при помощи смартфона, установив специальное приложение.

Принцип работы системы

При помощи беспроводной передачи данных датчики передают команды и другую информацию на компьютер или смартфон (планшет). Посредством специальной программы данные обрабатываются, и выполняется нужная команда. Центральный датчик, который является главным в системе «Ардуино», можно купить или собрать своими руками. Разъемы на платах — стандартного типа. Это значительно облегчает подбор комплектующих в системе «Ардуино» Uno.

Принцип работы системы

Принцип работы системы «Ардуино»

Необходимые материалы для сборки

Если вы решили собрать проект «Умного дома» своими руками, понадобится следующее:

  • датчик Arduino Uno;
  • Ethernet-модуль ENC28J60;
  • нужные датчики и контроллеры;
  • датчик движения;
  • кабель типа витая пара;
  • переключатель;
  • реле;
  • резистор;
  • кабель для Ethernet-модуля.

Также не забудьте про необходимые инструменты: паяльники, отвертки и т. д.

Обратите внимание, что наборы для системы «Умный дом» на Arduino лучше приобретать в сертифицированных точках продажи. В связи с тем, что работа таких проектов связана с электричеством, применение подделки может быть небезопасно. Все нужные программы для адаптации системы можно скачать с интернета.

Что касается датчиков, то здесь вы выбираете набор того, что должно быть в вашей «умной» системе — контроль температуры в доме, включение/выключение освещения и т. д.

Необходимые материалы для сборки «Умного дома»

Необходимые материалы для сборки «Умного дома» своими руками

Процесс установки

Примите к сведенью, что «Умный дом» на Arduino Uno должен иметь только светодиодные лампы. Использовать обычные лампы накалывания не рекомендуется — они не выдерживают нагрузки.

После того как проект готов, можно начать подсоединение необходимых контроллеров и датчиков к Arduino. Делать это нужно строго по чертежу или схеме, которую вы будете использовать. Все контакты нужно хорошо изолировать.

Используйте только светодиодные лампы

«Умный дом» на Arduino Uno должен иметь только светодиодные лампы

Условно дальнейший этап работ можно представить в виде такого алгоритма:

  • установка программного кода;
  • конфигурация приложения под используемый гаджет;
  • переадресация портов на роутере;
  • тестирование;
  • внесение правок (если понадобиться).

На используемое оборудование с интернета скачивается и устанавливается архив с необходимым софтом. Качать его лучше с проверенного источника. После того как все файлы будут разархивированы, следует обновить страницу в приложении или перезапустить сам девайс.

Приложение отображает информацию с установленных датчиков.  При необходимости можно менять настройки ip-адреса и включать/отключать сигнализацию. Это же приложение будет передавать вам данные.

Софт Ардуино для Windows

Программа Ардуино для Windows

Работа с роутером

На роутере нужно открыть порт. Для этого следует выполнить следующие действия:

  • открыть конфигурацию роутера;
  • прописать адрес arduino ip;
  • открыть порт 80.

После этого — присвоить новому адресу доменное имя. Теперь можно приступать к тестированию проекта, который вы сделали своими руками.

Настройка роутера

Правильно настроить роутер — залог успеха

Следует отметить, что для такого рода проектов нельзя использовать открытый ip-адрес, так как система легко взламывается через интернет.

Дома с «умной» системой на базе arduino могут не просто контролировать работу коммуникаций, но и существенно экономить электричество. Главное — подобрать набор сертифицированного типа, иначе вся система будет плохо работать.

Также следует отметить и то, что «Ардуино» — это одна из немногих систем подобного рода, которая имеет огромное количество библиотек с разными программными кодами. Поэтому собрать ее своими руками через интернет несложно. Вам достаточно только приобрести все составляющие и выбрать уже готовые протестированные программные коды.

Настройка роутера

Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.

Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.

Умный дом на Arduino своими руками, часть 2. Блог Амперкот.ру

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.

Проекты ардуино на Arduino Uno, Mega, Nano для начинающих

В этой статье вы найдете обзор инженерных проектов ардуино с кратким описанием каждого из них. Мы постарались не просто рассказать о проектах для начинающих, но и дать краткие комментарии с примерами и схемами реализации. Большинство проектов могут быть созданы с контроллерами Arduino Uno R3, Nano или Mega. Надеемся, что ваше знакомство с платформой продолжится, и вы сможете не только повторить уже существующие идеи, но и придумать свои решения, вдохновленные примерами.

Проекты Arduino для начинающих

Если посмотреть  на все проекты ардуино, информация о которых доступна в интернете, то можно их разделить на несколько основных групп:

  • Начальные учебные проекты, не претендующие на какое-то важное практическое использование, но помогающие разобраться в разных аспектах платформы.
    • Мигающие светодиоды – маячок, мигалка, светофор и другие.
    • Проекты с датчиками: от простейших аналоговых до цифровых, использующих разнообразные протоколы для обмена данными.
    • Устройства регистрации и отображения информации.
    • Машины и устройства с сервоприводами и шаговыми двигателями.
    • Устройства с использованием различных беспроводных видов связи и GPS.
  • Проекты для автоматизации жилья – умные дома на Arduino, а также отдельные элементы управления домашней инфраструктурой.
  • Разнообразные автономные машины и роботы.
  • Проекты для исследования природы и автоматизации сельского хозяйства
  • Необычные и креативные – как правило, развлекательные проекты.

Проекты Ардуино

По каждой из этих групп можно найти множество самых разнообразных материалов в книгах и на сайтах. В этой статье мы начнем знакомство с описанием наиболее простых проектов, с которых рекомендуется стартовать начинающим.

Как создавать проект на ардуино

Проект Ардуино – это всегда сочетание электронной схемы, некоторых связанных друг с другом аппаратных и механических устройств, системы питания и программного обеспечения, управляющего всем этим хаосом. Поэтому приступая к работе, вы должны твердо понимать, что создавая устройство в одиночестве, вы должны будете стать и программистом, и электронщиком, и конструктором.

Ардуино уно

Если речь идет не об учебном проекте, то вы обязательно столкнетесь со следующими этапами реализации с такими вот задачами:

  • Придумать что-то, что будет полезно и (или) интересно для окружающих. Даже самый простой проект несет какую-то пользу – как минимум, он помогает изучать новые технологии.
  • Собрать схему, подключить модули друг к другу и к контроллеру.
  • Написать скетч (программу) в специальной среде и загрузить ее в контроллер.
  • Проверить, как все работает вместе, и исправить ошибки.
  • После тестирования – готовиться к созданию готового устройства. Это означает, нужно собрать устройство в каком-то пригодном для эксплуатации корпусе, предусмотреть систему питания, связи с окружающей средой.
  • Если вы собираетесь распространять созданные вами устройства, то придется также заняться дизайном, системой транспортировки, задуматься о безопасности использования необученными пользователями и обучением этих самых пользователей.
  • Если ваше устройство работает, оно протестировано и обладает какими-то преимуществами перед другими решениями, то можно попытаться сделать из вашего инженерного уже бизнес-проект, попробовать привлечь инвестиции.

Каждый из этих этапов создания проекта достоин отдельной статьи. Но мы уделим главное внимание этапам сборки электронных схем (основы электроники) и программирования контроллера.

Электронные схемы

Электронные схемы обычно собираются с применением макетных плат, скрепляющих элементы друг с другом без пайки и скрутки. О том, как работают модули и схемы подключения можно узнать на нашем сайте. Обычно в описании проекта указаны способы монтажа деталей. Но для большинства популярных модулей есть уже десятки готовых схем и примеров в интернете.

Программирование

Создание и прошивка скетчей производится в специальной программе  – среде программирования.  Наиболее популярной версией такой среды является Arduino IDE. На нашем сайте вы сможете найти информацию о том, как скачать, установить и настроить эту программу.

Где купить все необходимое

Мы собрали ссылки Aliexpress на стартовые наборы Arduino Starter Kit, в которых есть все самое необходимое для создания своих первых проектов.

 

Простые проекты Ардуино

Давайте начнем наш обзор с традиционно самых простых, но очень важных проектов, включающих в себя минимальное количество элементов: светодиоды, резисторы и, конечно же, плату ардуино. Все примеры рассчитаны на использование Arduino Uno, но с минимальными изменениями будут работать на любой плате: от Nano и Mega до Pro, Leonardo и даже LilyPad.

Проект с мигающим светодиодом – маячок

Все без исключения учебники и пособия для начинающих по ардуино стартуют с примера мигания светодиодом. Этому есть две причины: такие проекты требуют минимального программирования и их можно запустить даже без сборки электронной схемы – уж что-что, а светодиод есть на любой плате ардуино. Поэтому и мы не станем исключением – давайте начнем с маячка.

Проекты ардуино для начинающих

 

Нам понадобится:

  • Плата Ардуино Uno, Nano или Mega со встроенным светодиодом, подключенным к 13 пину.
  • И все.

Что должно получиться в итоге:

Светодиод мигает – включается и выключается через равные промежутки времени (по умолчанию – 1 сек). Скорость включения и выключения можно настраивать.

Схема проекта

Схема проекта довольно проста:  нам нужен только контроллер ардуино со встроенным светодиодом, подсоединенным к пину 13. Именно этим светодиодом мы и будем мигать. Подойдут любые популярные платы: Uno, Nano, Mega и другие.

Подсоединяем Arduino к компьютеру, убеждаемся, что плата ожила и замигала загрузочными огоньками. Во многих платах «мигающий» скетч уже записан в микроконтроллер, поэтому светодиод может начать мигать сразу после включения.

С помощью такого простого проекта маячка вы можете быстро проверить работоспособность платы: подключите ее к компьютеру, залейте скетч и по миганию светодиода сразу станет понятно – работает плата или нет.

Программирование в проекте Ардуино

Если в вашей плате нет загруженного скетча маячка – не беда. Можно легко загрузить уже готовый пример, доступный в среде программирования Ардуино.

Открываем программу Arduino IDE, убеждаемся, что выбран нужный порт.

Ардуино проверить портПроверка порта Ардуино – выбираем порт с максимальным номером

Затем открываем уже готовый скетч Blink – он находится в списке встроенных примеров. Откройте меню Файл, найдите подпункт с примерами, затем Basics и выберите файл Blink.

Blink ArduinoIDEОткрываем пример Blink в Ардуино IDE

В открытом окне отобразится исходный код программы (скетча), который вам нужно будет загрузить в контроллер. Для этого просто нажимаем на кнопку со стрелочкой.

Кнопки компиляции и загрузки скетчаКнопки компиляции и загрузки скетчаArduino Загрузка завершенаИнформация в Arduino IDE – Загрузка завершена

Ждем немного (внизу можно отследить процесс загрузки) – и все. Плата опять подмигнет несколькими светодиодами, а затем один из светодиодов начнет свой размеренный цикл включений и выключений. Можно вас поздравить с первым загруженным проектом!

Проект маячка со светодиодом и макетной платой

В этом проекте мы создадим мигающий светодиод – подключим его с помощью проводов, резистора и макетной платы к ардуино. Сам скетч и логика работы останутся таким же – светодиод включается и выключается.

Графическое изображение схемы подключения доступно на следующем рисунке:

Подключение Ардуино

Другие идеи проектов со светодиодами:

  • Мигалка (мигаем двумя свтодиодами разных цветов)
  • Светофор
  • Светомузыка
  • Сонный маячок
  • Маячок – сигнализация
  • Азбука Морзе

Подробное описание схемы подключения и логики работы программы можно найти в отдельной статье, посвященной проектам со светодиодами.

Проекты Ардуино в Интернете

В интернете можно найти огромное количество примеров самых разных проектов с Arduino. Мы сделали небольшую подборку самых необычных проектов.

Сегодня без труда можно найти сотни проектов, созданных руками инженеров-энтузиастов по всему миру. Невозможно сделать качественный обзор всех их. В данной подборке мы просто сделали небольшой обзор

Управление телевизором силой мысли и Ардуино.

Управление телевизором силой мысли и АрдуиноУправление телевизором силой мысли и Ардуино

Этот оригинальный проект кажется невероятным, ведь для переключения канала нужен не пульт, а мысль о его смене. Для создания потребуется Ардуино Уно, игра Star Wars Force Trainer, инфракрасные приемник и передатчик.

Проект был реализован Дэниэлом Дэвисом в домашних условиях. За основу он взял игру 2009 года Star Wars Force Trainer и разобрал ее. Сама игра содержит гарнитуру, которая может обнаружить электрические поля разума (аналогично ЭЭГ). Внутри был обнаружен чип NeuroSky ЭЭГ, который Дэниэл подключил к плате Ардуино. Данные ЭЭГ собираются и преобразовываются на компьютере.

С помощью  serial монитора можно посмотреть сигналы, которые передает пульт на ИК приемник при переключении каналов. Далее записывается код кнопки и пишется небольшая программа.

После завершения программной части на человека надевают шлем, и он может переключать канаты телевизора и выключать его путем сосредоточения мыслей.

Механическая рука, которая записывает время на доске.

Механическая рука, которая записывает время на доскеМеханическая рука, которая записывает время на доске

Plotclock является простейшим роботом, который состоит из руки с маркером, которая пишет на доске текущее время. Когда время изменяется, рука стирает ранее записанное число и пишет новые значения. Проект постоянно развивается, описанная технология является простейшей.

Для реализации проекта нужны 3D принтер, Ардуино Уно, 3 сервомотора, болты и гайки, маркер для стираемой доски, белая поверхность.

Механическая составляющая робота выполняется из пластиковых элементов и соединенных между собой механизмов. Управляется рука с помощью платы Ардуино и трех серводвигателей.

Окей Google, Сезам, открой дверь

Окей Google, Сезам, открой дверьОкей Google, Сезам, открой дверь

В проекте реализуется открытие двери с помощью определенной голосовой команды. Чтобы войти в помещение, достаточно назвать фразу «Сезам, откройся».

Для создания потребуются Ардуино Уно, серводвигатель, Bluetooth модуль.

Для разблокирования двери используются команды Google Now. Для смартфонов и планшетов есть приложение с названием «Сезам», которое и отправляет команду дверному замку при произношении слов «О’кей Google, Сезам, откройся».

Сервопривод подключается к дверному замку. Модуль Bluetooth ожидает команду, и при ее получении подает сигнал Ардуино через serial  порт. Arduino Uno отдает команду сервоприводу и дверь открывается.

Светодиодный куб 4х4х4.

Светодиодный куб 4х4х4

Куб из светодиодов на базе Ардуино – это развлекательное осветительное устройство. Он может быть разного размера с различными режимами подсветки. Куб оснащен кнопкой переключения режимов.

Для создания понадобится 64 светодиода, 4 резистора 100 Ом, проводники, макетная плата, коннекторы, коробка, источник питания на 9 В и плата Ардуино Уно.

На коробке рисуется или распечатывается эскиз квадрата 4х4. Проделываются отверстия, в которые помещаются светодиоды. Аноды нужно соединить между собой, затем коробку требуется повернуть и вытащить диоды. Аналогично формируются еще 3 слоя. Все слои нужно соединить с помощью оставшихся катодов. На макетную плату ставится получившийся куб и подключается к плате.

Робот пылесос

Робот пылесосРобот пылесос

На базе Ардуино можно создать полезную вещь для дома – робота-уборщика. Самостоятельно сделанная модель не будет уступать по своим характеристикам магазинному экземпляру.

Для сборки потребуется:

  • Arduino;
  • драйвер L298N для управления двигателем;
  • миниатюрные двигатели с редуктором и колесами;
  • 6 инфракрасных датчиков;
  • двигатель для турбины;
  • турбина;
  • двигатели для щеток;
  • датчики столкновения;
  • 4 аккумулятора;
  • повышающий и понижающий преобразователи тока;
  • контроллер для батареи.

Пылесос оборудован ИК датчиками. Они реагируют, когда пылесос приближается к препятствию, и дают ему команду остановиться и развернуться. При столкновении со стеной или другим препятствием срабатывает один из выключателей, соединяющий бампер и корпус робота.

Система распознавания лиц и слежения за ними на Ардуино.

Система распознавания лиц и слежения за ними на АрдуиноСистема распознавания лиц и слежения за ними на Ардуино

Веб-камера закрепляется на поворотном механизме и подключается к ПК, на котором установлено программное обеспечение OpenCV. Когда программа обнаруживает лицо, начинается вычисление его центральной точки. Полученные координаты передаются на микроконтроллер Ардуино, который управляет сервомоторами и следит за лицом.

Для реализации потребуются:

  • программное обеспечение Arduino IDE, OpenCV;
  • плата Ардуино Уно;
  • 2 сервомотора;
  • веб-камера.

Автоматизированная система для аквариума

Автоматизированная система для аквариумаАвтоматизированная система для аквариума

Автоматизация задач для аквариума помогает облегчить жизнь пользователя. Проект должен отвечать за следующие действия:

  • подача подсветки того или иного цвета в зависимости от условий;
  • отображение времени;
  • регулирование компрессора;
  • включение и выключение фильтров;
  • отображение данных о температуре, влажности.

Чтобы собрать устройство, потребуются плата Ардуино Уно, пьезо сигналка, RGB лента, белая диодная лента, датчик температуры и влажности, LCD экран, часы, 2 реле, ик-приемник, транзисторы.

Схем реализации прибора существует множество. Пример одной из них приведен ниже.

Требуется также прописать код для включения того или иного цвета в зависимости от условий и настроить работу ЖК экрана.

Теплица для растений

Теплица для растенийТеплица для растений

В умной теплице для цветов происходит мониторинг и регулировка температуры и освещения и полив почвы. Особенно это актуально для теплолюбивых тропических растений, в которых необходимо постоянно поддерживать высокую температуру. Управлять можно автоматически или удаленно с планшета или смартфона.

Чтобы собрать проект, нужны следующие компоненты:

  • Ардуино Уно;
  • USB кабель;
  • плата прототипирования;
  • провода;
  • фоторезистор;
  • резистор на 10 кОм;
  • температурный датчик;
  • модуль температуры и влажности окружающей среды;
  • модуль влажности почвы.

Фоторезистор отвечает за измерение освещенности. Температурный сенсор получает температуру воздуха. Модуль влажности почвы помещается в землю и измеряет уровень воды в ней.

Отслеживание потребляемого электричества в реальном времени при помощи Ардуино и LabVIEW.

Отслеживание потребляемого электричества в реальном времени при помощи Ардуино и LabVIEWОтслеживание потребляемого электричества в реальном времени при помощи Ардуино и LabVIEW

Прибор может использоваться в умном доме в качестве измерителя потребляемой электроэнергии на современных счетчиках. Считывание информации происходит через светодиод счетчика – просчитывается длительность между миганиями.

Принцип работы следующие. Ардуино считывает частоту миганий и подает информацию через беспроводной модуль. Модуль, установленный на компьютер, получает эти данные и передает их в программу LabVIEW, в которой отображаются данные потребления мощности в режиме реального времени.

Мигание светодиода детектирует фоторезистор. Аналоговые данные считываются с помощью делителя напряжения.

Для работы потребуются:

  • Ардуино;
  • фоторезистор;
  • светодиод;
  • модуль Xbee;
  • программное обеспечение Arduino IDE, LabView;
  • простые и подстроечные резисторы;
  • провода.

В программе будет отображаться график потребления за последние 5 минут и в реальном времени.

Аудиоплеер

АудиоплеерАудиоплеер

Своими руками на базе Ардуино можно создать аудиопроигрыватель. Его конструкция проста – он состоит из динамика, транзистора, micro-sd карты с записанными на нее треками. В качестве платы используется Ардуино, также можно взять контроллер Seeeduino 2.21 или Garagino на ATmega328.

Для сборки нужны:

  • контроллер;
  • карт-ридер;
  • динамик;
  • печатная плата;
  • карта памяти с записанными аудиотреками;
  • транзистор;
  • резистор;
  • провода.

Работает плеер следующим образом. Ардуино загружает файлы с расширением .wav карты памяти. Происходит генерирование сигнала, который выводится через динамики, подсоединенные к пину 9 на плате.

Предварительно песню нужно преобразовать в формат .wav. Сделать это можно с помощью самого простого онлайн-конвертера. Музыкальные файлы имеют ограничения при воспроизведении мелодии. Транзистор не сможет прочитать сложные .wav-файлы, поэтому советуется преобразовать треки к следующему виду: 16 кГц в секунду, моно канал, бит на сэмпл – 8.

Музыка записывается на заранее отформатированную карту памяти и сохраняется с простыми наименованиями.После сбора схемы требуется прописать код, включить питание, после чего начнется воспроизведение музыки.

Рекомендации по работе с проектами Ардуино в Интернете

Найдя в интернете интересующий вас проект, попробуйте сначала понять его принцип действия. Посмотрите, как связаны между собой элементы, какие функции они выполняют, каковы ограничения. Попробуйте сперва создать прототип устройств (электронная схема с прошивкой) и только затем пытайтесь полностью повторить то, что видите в описании.

Другие идеи проектов

Проекты умного дома на Ардуино

Проекты умного дома являются одним из примеров того, как перейти от «игрушек» и тренажеров к реальным системам, помогающими и облегчающим жизнь. Как правило, с помощью ардуино невозможно создать полноценные автономные решения, но отдельные компоненты сделать вполне реально.

При этом нужно понимать, что сталкиваясь с реальными  инфраструктурными объектами, мы должны соблюдать особую предусмотрительность при работе с электричеством, отоплением, водопроводом под давлением, канализацией. Любые эксперименты здесь нужно проводить обязательно под контролем профессионала.

Что может являться прототипом умного дома на ардуино:

  • Системы освещения с автоматическим включением и отключением в зависимости от показателей датчиков. Наиболее популярнее варианты – использовать датчик освещенности, PIR датчик движения или датчик звука.
  • Дистанционно управляемые электрические приборы. Например, включение или выключение системы отопления в зависимости от температуры или умное управление освещением в помещениях. Здесь вам понадобятся различные виды реле и один из механизмов обеспечения беспроводной связи: WiFi, GPRS, Bluetooth или радиоканал. Управлять устройствами можно через Web-интерфейс (через браузер) или с использованием соответствующего мобильного приложения (можно написать самому или выбрать одну из готовых платформ).
  • Всевозможные системы учета: воды, тепла, электроэнергии. Начинающим доступны любительские датчики напора воды, температуры, влажности, силы тока. Можно использовать и профессиональные приборы, взаимодействуя с ними по одному из промышленных протоколов. Полученные данные можно собирать локально или отправлять в облако для последующего анализа.
  • Охранные системы и контролирование внештатных ситуаций. Здесь понадобится различные датчики присутствия, движения, звука, магнитные датчики Холла и другие. Естественно, не обойтись без коммуникаций и возможности быстрой передачи информации владельцу через интернет.

Каждое из этих направлений может содержать в себе десятки разных проектов. Вы можете без труда найти себе подходящий вариант в интернете или в одной из наших статей.

Проекты «Зеленой робототехники»

Юные ардуинщики, живущие в небольших городах и сельской местности, где много природы и не очень много «цивилизации», могут с успехом использовать ардуино для исследования и охраны природы, а также автоматизации сельского хозяйства. Вот некоторые из идей проектов, которые можно реализовывать своими силами на уровне прототипов и готовых решений:

  • Умная теплица
  • Полив растений
  • Умный инкубатор
  • Умный улей
  • Антигрызуны
  • Умный агроном
  • Умный ошейник для животных
  • Расширенная метеостанция
  • Робот – сеяльщик
  • Счетчик муравьев

Проекты с дронами: аэрофотосъемка, внесение удобрений.

● Проекты умного дома и интернета вещей на основе Arduino и NodeMCU

1. Понятие Интернета вещей для Умного дома

Умный дом – это жилой  дом, организованный для  удобства проживания людей при помощи различных высокотехнологичных устройств.
Умный дом понимает  конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагирует по  заранее выработанным алгоритмам. Подробнее …
2. Обзор набора Интернета вещей для Умного дома

Откроем наш набор и рассмотрим его содержимое. Самый главный компонент любой «умной» системы – его контроллер. Контроллер предназначен для получения информации и управления «умным» домом. В нашем наборе два контроллера! Это плата Arduino Mega и модуль NodeMcu v3 Lua WI-FI ESP8266 Ch440. Вы можете выбрать любой из них. Подробнее …

3. Установка программного обеспечения

Разработка собственных приложений на базе плат, совместимых с архитектурой Arduino, осуществляется в официальной бесплатной среде программирования Arduino IDE. Среда предназначена для написания, компиляции и загрузки собственных программ в память микроконтроллера. Подробнее …

4.1. Подключение датчика влажности и температуры DHT11 (DHT22)

Плата модуля содержит основные компоненты: датчик температуры и относительной влажности DHT22 в белом корпусе, светодиод индикации питания и вилка соединителя. Внутри DHT22 небольшая плата с компонентами: емкостным датчиком влажности, терморезистором, имеющим отрицательную характеристику и микроконтроллером. Подробнее …
4.2. Подключение цифровой датчика температуры DS18B20 (RI002)

Для измерения температуры «умного» дома в набор включен датчик температуры RI002. Это хорошо известный цифровой датчик температуры DS18B20 водонепроницаемом корпусе из нержавейки. Приемущества водонепроницаемого корпуса – возможность измерить температуру в неблагоприятной для микросхем среде: в почве, на дожде или даже в аквариуме. Подробнее …
4.3. Подключаем датчик влажности почвы

Домашний уют — это атмосфера тепла в вашей квартире, желание возвращаться туда после трудного дня. Уют и комфорт в вашем доме оказывают непосредственное влияние на ваше самочувствие и настроение. Необходимое условие в создании уюта имеет использование комнатных цветов. Они доступны каждому из нас и при этом лучше любой мебели помогут создать уют и комфорт, и как ни что другое просто вдохнуть в ваш дом чистую энергию. Подробнее …
4.4. Как подключить датчик уровня воды

Одна из главных задач умного дома — заботиться о своей сохранности, не допускать взломов, пожаров, затоплений, и прочих повреждений. Вот о защите от протечек и затопления мы сегодня и поговорим. Точнее сказать, пока только об обнаружении протечек. Подробнее …
4.5. Определение концентрации углеводородных газов с помощью датчика MQ-2

Одна из самых важных задач в вопросе безопасности умного дома –обнаружение утечки газа. Для того, чтобы плата Arduino успешно решала задачи такого рода, нужно подключить к ней датчик газа MQ-2. Датчик MQ-2 определит концентрацию углеводородных газов (пропан, метан, н-бутан), дыма (взвешенных частиц, являющихся результатом горения) и водорода в окружающей среде. Датчик можно использовать для обнаружения утечек газа и задымления. Подробнее …
4.6. Определение концентрации угарного газа с помощью датчика MQ-7

Основным источником выделения угарного гоза СО, является сгорание углеродного топлива при недостаточном количестве кислорода. Углерод «не догорает» и вместо углекислого газа CO2, в атмосферу выбрасывается угарный газ CO. Источником СО в доме, при неправильной эксплуатации, могут выступать дровяные печи, газовые конфорки, газовые котлы и прочая отопительная техника, работающая на углеродном топливе. В выхлопе бензинового двигателя автомобиля содержание СО может быть до 3%. Подробнее …
4.7. Подключение модуля датчика огня

Модуль датчика огня Flame Sensor позволяет фиксировать наличие пламени или другого источника огня в прямой видимости перед собой.
Датчик имеет 4 контакта (питание, земля, аналоговый вывод и цифровой вывод, срабатывание которого (выдачу сигнала HIGH) можно настроить с помощью потенциометра).Номинальное напряжение питания – 5 В. Сенсор определяет наличие огня в углу чувствительности 60°. Показания представляются в виде аналогового сигнала. Подробнее …
4.8. Подключение датчика присутствия HC-SR501

Рассмотрим еще один датчик, связанный с обеспечением безопасности для умного дома. Это модуль датчика присутствия HC-SR501 на основе пироэлектрического эффекта. Состоит из самого PIR-датчика (Pyroelectric (Passive) InfraRed sensor) и схемы управления. Такие датчики часто используются в охранных системах и в быту для обнаружения движения в помещении. Подробнее …
5. Отображение показаний и индикация состояний датчиков

Данные, получаемые с датчиков, мы выводили в монитор последовательного порта Arduino. Смотреть показания датчиков через последовательный порт не совсем удобно, нам необходимы более удобные устройства для отображения данных. Подробнее …
5.1. Дисплей TFT 2.4″ Shield 240×320

В качестве экрана для отображения показаний с датчиков мы будем использовать 2.4″ Shield 240×320. Основное применение дисплея – отображение простой графики и символьных данных с использованием 16 цветов. Подробнее …
5.2. Вывод показаний датчиков на TFT 2.4″ Shield 240×320 для Arduino MEGA

Подключим TFT Shield к Arduino MEGA. Для использования библиотеки SWTFT с платой Arduino Mega, необходимо внести изменения в файл SWTFT.cpp . Подробнее …
5.3. Светодиодная индикация и звуковая сигнализация  о критических параметрах датчиков для Arduino MEGA

Введем светодиодную индикацию и звуковую сигнализацию, чтобы информировать вас о наступлении неблагоприятных климатических условиях или условиях, представляющих опасность для дома (пожар, утечка газов). Подробнее …
5.4. Расширение цифровых портов для NodeMCU ESP8266 с помощью микросхемы MCP23017

Использование микросхемы MCP23017 позволит расширить количество цифровых контактов модуля NodeMCU на 16 и позволит организовать светодиодную индикацию и звуковую сигнализацию о критических параметрах датчиков. Подробнее …
5.5. Светодиодная индикация и звуковая сигнализация  о критических параметрах датчиков для NodeMCU

Для светодиодной индикации будем использовать обычные светодиоды, которые подсоединим к микросхеме расширителя входов  MCP23017 (банку A выводы GPA0- GPA7). Для звуковой индикации будем использовать небольшой динамик. Подробнее …
6. Управление исполнительными устройствами

В нашем умном доме нам потребуются исполнительные устройсва для управление освещением умного дома, вентилятором для создания прохлады, увлажнителем для управления влажностью воздуха, помпой для полива растений, возможно для автоматического открытия/закрытия входных и гаражных дверей.
Рассмотрим организацию управления исполнительными устройствами нашего умного дома с контроллеров Arduino Mega и модуля NodeMCU. Подробнее …
6.1. Подключение блока реле для управления исполнительными устройствами

Для управления электроприборами пользуются различными клавишными выключателями и тумблерами. Чтобы управлять такими электроприборами с помощью микроконтроллера существует специальный тип выключателей — электромеханические реле. В набор ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ ДЛЯ УМНОГО ДОМА включен Relay Shield. Подробнее …
6.2. Подключение блока реле к плате Arduino MEGA

ассмотрим подключение Eelay Shield к плате Arduino MEGA.  Relay Shield мы будем использовать для включения/выключения света для освещения растений, вентилятора, насоса для полива растений. Включения/выключения вентилятора и помпы будет осуществляться в зависимости от значений температуры воздуха (вентилятор) и влажности почвы (мембранный вакуумный насос. Подробнее …
6.3. Отображение данных о статусе исполнительных устройств на экране дисплея и управление с помощью сенсора

В предыдущей главе мы рассматривали вывод данных, получаемых с датчиков на экран TFT 2.4″ Shield. Теперь нам необходимо на экран дисплея выводить и данные о состоянии исполнительных устройств, подключенных к реле. Для этого нам необходимо формировать другие экраны, а также главный экран. Как мы будем делать переходы между экранами? Подробнее …
6.4. Подключение блока реле к модулю NodeMCU

Теперь рассмотрим подключение Relay Shield к модулю NodeMCU.  Relay Shield мы будем использовать также – для включения/выключения света для освещения растений, вентилятора, насоса для полива растений. Светом будем управлять с помощью кнопки, включения/выключения вентилятора и помпы будет осуществляться в зависимости от значений температуры воздуха (вентилятор) и влажности почвы (мембранный вакуумный насос. Подробнее …
6.5. Управление блоком реле по ИК-каналу. Пример с модулем NodeMCU 

В набор включен инфракрасный пульт дистанционного управления с платой инфракрасного приёмника.
Это позволяет нам организовать управление исполнительными устройствами, подключенными к Relay Shield с помощью ИК пульта. После подключения ИК-приёмника необходимо узнать коды клавиш пульта, которые мы будем использовать для управления исполнительными устройствами. Подробнее …
6.6. Организация доступа в дом с помощью RFID-модуля для Arduino MEGA

Идентификация объектов производится по уникальному цифровому коду, который считывается из памяти электронной метки, прикрепляемой к объекту идентификации. Считыватель содержит в своем составе передатчик и антенну, и посылает в эфир электромагнитные сигналы определенной частоты. RFID-метки «отвечают» собственным сигналом, который содержит информацию об идентификационном номере данной метки и данные об объекте, оснащенном данной меткой. Подробнее …
7. Создание будильников для запуска исполнительных устройств по расписанию

В предыдущей главе мы рассмотрели управление исполнительными устройствами «умного дома» либо с помощью команд, отправляемых по нажатии кнопки или нажатии по кнопке на сенсорном дисплее, либо при наступлении определенных климатических параметров, данные о которых мы получаем с датчиков.
Но очень часто исполнительные устройства требуется включать/выключать по расписанию: включение освещения перед домом при наступлении сумерек, полив растений по расписанию, выключение наружного освещения днем и т.д. Подробнее …
7.1. Подключение модуля DS3231 к плате Arduino MEGA. Вывод времени на экран дисплея

Рассмотрим подключение модуля часов реального времени DS3231 к плате Arduino MEGA.  Используем выводы Arduino MEGA 20 (SDA) и 21(SCL). Сначала добавим вывод времени на экран дисплея (главное меню). Для программирования нам понадобятся Arduino-библиотеки Wire (встроенная в Arduino IDE), Time и DS1307RTC. В цикле будем получать данные о текущем времени (часы, минуты) с модуля DS3231 и выводить на экран дисплея. Подробнее …
7.2. Добавление срабатывания устройств Умного дома  по будильнику (для Arduino MEGA)

После подключения модуля RTC, мы можем организовать запуск исполнительных устройств «умного дома» по расписанию. Для этого создадим объект, описывающий будильник. В цикле loop() нашего скетча добавим проверку наступления события по расписанию и необходимых действий при наступлении события.
Подробнее …
7.3. Подключение модуля DS3231 к модулю NodeMCU

Рассмотрим подключение модуля DS3231 к модулю NodeMCU. У нас в проекте есть устройство, подключенное к модулю NodeMCU по протоколу I2C – это микросхема расширителя входов  MCP2301. Подсоединяем к контактам NodeMCU D3 (GPIO0) – SCL и D4(GPIO2). Подробнее …
7.4. Добавление срабатывания устройств Умного дома  по будильнику (для NodeMCU)

После подключения модуля RTC, мы можем организовать запуск исполнительных устройств «умного дома» по расписанию. Для этого создадим объект, описывающий будильник. Подробнее …
  8. Организация подключения к сети Интернет с помощью модуля SIM800L

В предыдущих главе мы рассмотрели мы сделали большие шаги построения «умного дома» –  оснастили его датчиками и исполнительными устройствами и создали и обеспечили определенную степень автоматизации для создания комфорта и безопасности. Теперь пришло время сделать наш «умный дом» устройством IoT (Интернета вещей), чтобы получить доступ к нему для мониторинга и управления из любой точки мира по сети интернет. Организуем доступ контроллеров нашего дома к сети интернет. Подробнее …
9. Протокол MQTT – простой протокол для Интернета вещей

Наконец мы готовы к тому, чтобы устройства нашего «умного» дома стали устройствами Интернета вещей, что позволит получать данные с датчиков и управлять исполнительными устройствами нашего «умного дома» через интернет из любой точки мира. В качестве устройства управления удобнее всего использовать мобильный телефон. Нас интересует получение данных на телефон и управление исполнительными устройствами с телефона. Подробнее …
9.1. IoT Manager — управление Умным домом через мобильное приложение

IoT Manager – это мобильное приложение для телефонов и планшетов, совмещающего в себе табло для отображения данных с датчиков и пульт для управления исполнительными устройствами. Существуют версии для Android и iOS, которые можно скачать в GooglePlay и AppStore www.iotmanager.ru. Но прежде, чем скачивать приложение, определимся с брокером. В качестве брокеров выбираем сервис CloudMQTT.com (www.cloudmqtt.com), в котором можно создать бесплатный аккаунт. Подробнее …
9.2. Передача данных брокеру (тестовый пример)

IoTManager не только подписан на темы, но также выступает в роли publisher – публикует данные в темы. Это значения слайдеров и статус кнопки. Эти данные плата NodeMCU, подписанная в качестве subscriber на эти темы, может использовать для управления, подключенными к плате устройствами. Подробнее …
9.3. Публикация данных датчиков в темы брокера на примере NodeMCU

Рассмотрим подоробнее отправку данных с датчиков нашего умного дома брокеру. Будем отправлять брокеру данные с двух датчиков DHT22 и DS18B20. Правки осуществляем в скетче из предыдущей главы. Устанавливаем количество виджетов для отображения по количеству датчиков. Подробнее …
9.4. Управление из IoT Manager исполнительными устройствами на плате NodeMCU

В данной главе рассмотрим управление исполнительными устройствами, подключенными к NodeMCU, из мобильного приложения IoT Manager. В скетч для NodeMCU необходимо внести следующие изменения. Изменяем количество виджетов для отображения (увеличение на количество исполнительных устройств). Подробнее …

Как сделать умный дом на Ардуино своими руками: подключение периферии и программирование