Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Uważa się, że koncepcja „inteligentnego domu” (z angielskiego smart house) pochodzi z połowy ubiegłego wieku, ale ze względu na wysokie koszty wdrożenia takie projekty nie są szeroko rozpowszechnione. Sytuacja zmieniła się radykalnie wraz z rozwojem elektroniki i obecnie takie systemy, choć nie wdrożone jeszcze wszędzie, nie są już postrzegane jako cud. Proponujemy rozważyć, co stanowi „inteligentny dom”, jego zakres zadań, a także możliwość niezależnej realizacji takiego projektu.

Jaki jest system „inteligentny dom”?

Termin ten odnosi się do systemu sprzętu i oprogramowania, który pozwala zautomatyzować i uprościć zarządzanie różnymi systemami, a także innymi urządzeniami w domu lub mieszkaniu.

Jako przykład prezentujemy funkcje, które można przypisać do „Inteligentnego domu” (dalej SH):

Sterowanie systemem oświetlenia, na przykład:

  • włącz światło na sygnale czujnika ruchu;
  • naśladowanie obecności właścicieli (światło co pewien czas świeci w różnych pomieszczeniach);
  • zmiana różnych opcji oświetlenia wnętrza;
  • zdalne sterowanie światłem za pomocą tabletu lub smartfona itp.

Opcjonalny zestaw funkcjonalny systemów bezpieczeństwa:

  • Odbieranie wiadomości SMS w przypadku aktywacji, dezaktywacji i aktywacji systemu;
  • wysyłanie wiadomości MMS z kamer wideo, gdy sygnały są odbierane z czujników ruchu;
  • możliwość przeglądania wideo przez Internet itp.

System kontroli klimatu:

  • wsparcie temperatury na danym poziomie, z możliwością instalacji zdalnej (na przykład za pomocą smartfona);
  • ustawienie maksymalnego trybu ekonomicznego przy braku właścicieli itp.
Zdalne sterowanie systemami oświetlenia, bezpieczeństwa, nadzoru wideo i klimatyzacji

Nie jest to kompletny zestaw funkcjonalny, można go rozbudować w zależności od życzeń i możliwości finansowych. Dzięki rozwojowi technologii bezprzewodowych skalowalność systemu nie wymaga dużych napraw.

Jakie są wady „inteligentnego domu”:

  • Żadna elektronika nie jest ubezpieczona od awarii lub zamarznięcia. Musisz być przygotowany na konieczność ręcznej rekonfiguracji poszczególnych systemów i komponentów elektronicznych w dowolnym momencie;
  • Wysoki koszt. Na rynkach rosyjskim i WNP producenci sprzedają systemy w najniższej cenie od 2000 do 5000 USD, w zależności od „wypełnienia” i życzeń klienta.

Jak uczynić dom „inteligentnym”?

W idealnej sytuacji wdrożenie takich decyzji powinno być prowadzone na etapie budowy, ale opcja ta nie jest popularna wśród deweloperów z różnych powodów. W rezultacie istnieją dwa sposoby automatyzacji:

  1. Skontaktuj się z firmą z profilu, gdzie projekt z jego późniejszą implementacją zostanie opracowany na podstawie TZ klienta. Minimalny koszt takiego rozwiązania jest różny, jak wspomniano powyżej, w zakresie od 2000 do 5000 USD, maksimum zależy od zestawu funkcjonalnego i używanego sprzętu.
  2. Niezależnie rozwijaj i wdrażaj system Smart Home.

W pierwszym przypadku klient otrzymuje rozwiązanie „pod klucz”. W drugim, koszt wdrożenia może być znacznie zmniejszony, jeśli nie o rząd wielkości, a następnie kilka razy, szczególnie jeśli używasz platformy Arduino do tego celu (będziemy o tym mówić nieco niżej). Należy ostrzec, że projekt będzie wymagał umiejętności programistycznych, ale programiści próbowali maksymalnie uprościć to zadanie.

Krótko o platformie

Podstawą platformy jest płyta z mikrokontrolerem (zwana dalej MK) i elektroniczny zestaw do ciała. Sterownik oferuje wiele różnych czujników i kart rozszerzeń z różnymi funkcjami.

Oznaczenie:

  1. Port do flashowania (standard USB).
  2. Przycisk resetowania sprzętu.
  3. Sygnał odniesienia napięcia
  4. GND.
  5. Kontakty dla sygnałów cyfrowych.
  6. Sygnał TX.
  7. Sygnał PX.
  8. Port do podłączenia zewnętrznego programatora.
  9. Kontakty dla sygnałów analogowych.
  10. Podłącz zasilanie zewnętrzne.
  11. GND.
  12. +5 V.
  13. +3, 3 V.
  14. Zresetuj sygnał
  15. Złącze do zasilania.
  16. Mikrokontroler

Osobliwością platformy jest to, że proces programowania MC jest maksymalnie uproszczony. Oprogramowanie układowe za pomocą wbudowanej ładowarki przez port USB na płycie. W przypadku przypadkowego „zacierania” tego programu zapewniona jest możliwość flashowania standardowymi programistami.

Programowanie wykorzystuje darmową powłokę (Arduino IDE), kompatybilną z najpopularniejszymi systemami operacyjnymi (Windows, Linux, Mac OS). Ta powłoka zawiera edytor tekstu do pisania programów, kompilatora i bibliotek. Podstawowym językiem programowania jest uproszczona wersja C ++. Pełniejsze informacje na temat programowania MK można uzyskać na stronie internetowej dewelopera i na forach tematycznych. W tych samych źródłach można dowiedzieć się wszystkiego o wizualizacji zarządzania systemem.

Powłoka programistyczna Arduino

Szacowany koszt oryginalnego modułu podstawowego to 30 - 50 USD (w zależności od modyfikacji), chińskie analogi - 10 - 16 USD.

Przykłady kart rozszerzeń i czujników

Podajemy krótki opis tarczy, której możesz potrzebować przy opracowywaniu własnego projektu SH.

Moduł do połączenia z siecią lokalną lub Internetem przy użyciu standardowego protokołu TCP / IP. Głównym elementem jest kontroler ENC28J60. To urządzenie pozwala organizować wizualizowane zarządzanie systemem ze strony internetowej.

Podłączanie modułu sieciowego do Arduino

Moduł GPRS / GSM SIM900 umożliwia sterowanie systemem za pomocą wymiany danych za pośrednictwem sieci dowolnego operatora telefonii komórkowej. Aby połączyć się z siecią za pomocą standardowej karty SIM. Możesz wysyłać wiadomości SMS i MMS, biblioteka modułu obsługuje inne funkcje.

Podłączanie modułu GPRS / GSM

A 10 A Przekaźnik elektromechaniczny 250 V może być używany do sterowania oświetleniem lub innym odpowiednim obciążeniem. Po włączeniu zasilania czerwona dioda LED włącza się, a jeśli przekaźnik jest włączony, zielony wskaźnik świeci dodatkowo. Sygnał może być zasilany z dowolnego wyjścia cyfrowego MK.

Podłączanie przekaźnika modułu SRD-5VDC-SL-C

Niestety, przy maksymalnym obciążeniu lub blisko niego na przekaźnikach elektromechanicznych, po kilku tygodniach pracy styki mogą zacząć się trzymać, dlatego nie nadają się do sterowania pracą kotłów elektrycznych systemu grzewczego. Ale nie powinieneś się denerwować, ponieważ dla platformy Arduino możesz znaleźć moduły na każdą okazję, w tej sytuacji możesz rozwiązać problem za pomocą przekaźnika półprzewodnikowego, na przykład SSR-25DA.

Podłącz przekaźnik SSR do Ardunio

Legenda:

  1. GND na płycie bazowej.
  2. Na wyjście cyfrowe, na przykład D
  3. Zasilanie 220 V.
  4. Załaduj połączenie.

Należy zauważyć, że moduł ten jest zaimplementowany w triaku, a do jego stabilnej pracy wymagane jest odprowadzanie ciepła, dlatego zalecamy zakup pełnowymiarowego grzejnika wraz z modułem.

Czujniki

Teraz przyjrzymy się kilku typom czujników, które mogą być również przydatne w projekcie, zacznijmy od urządzenia IR HC-SR501, które rejestruje ruch.

Wygląd czujnika ruchu HC-SR501 i jego pinout

Legenda:

  1. Zasilanie ze źródła w zakresie 5-12 V (można podłączyć do +5 V na płycie sterownika).
  2. Sygnał pochodzący z czujnika (łączy się z dowolnym wejściem cyfrowym MK)
  3. GND jest podłączony do odpowiedniego styku listwy podstawowej.
  4. Czas opóźnienia (utrzymywanie jednostki logicznej na wyjściu) wynosi od 5 do 300 sekund.
  5. Czułość czujnika (można ustawić od 3 do 7 metrów).
  6. Przełącz na tryb „H” (z serią operacji ustawiona jest jednostka logiczna).
  7. Ustawianie trybu „L” (po włączeniu wysyłany jest pojedynczy impuls).

Nie mniej przydatny będzie cyfrowy czujnik temperatury DS18B20 (wyprodukowany w szczelnej i konwencjonalnej konstrukcji). Ich cechą jest to, że urządzenia nie wymagają kalibracji i każdy z nich ma swój unikalny identyfikator. Oznacza to, że czujnik przesyła dane temperatury i jej unikalny numer. Dzięki temu możliwe jest zainstalowanie kilku czujników w jednej pętli i programowe przetwarzanie przychodzących informacji. Ogranicz długość przewodów sygnałowych - 50 metrów.

Przykład podłączenia kilku cyfrowych czujników temperatury

Podsumowując temat czujników, prezentujemy moduł do pomiaru wilgotności, może on być wykorzystywany jako urządzenie sygnalizacyjne do wycieków wody lub do organizowania podlewania roślin w pomieszczeniach lub w szklarniach.

Czujnik FC-37

Legenda:

  1. Wyjście cyfrowe, podłączane do dowolnego odpowiedniego złącza na karcie bazowej MK. Sygnalizuje wilgotność odpowiadającą progowi.
  2. Wyjście analogowe informuje o aktualnej wilgotności.
  3. GND
  4. Moc +5 V.
  5. Kontroluj próg czułości.

Przywieźliśmy tylko trzy typowe czujniki kompatybilne z platformą, w rzeczywistości jest ich znacznie więcej. Możesz zapoznać się z różnorodnością tych produktów na stronach internetowych producentów.

Po zakończeniu przeglądu sprzętu przejdziemy do projektowania systemu sterowania i automatyki, musimy zacząć od stwierdzenia problemu.

Określenie warunków początkowych

Przede wszystkim konieczne jest określenie sformułowania problemu, czyli funkcjonalności systemu. Załóżmy, że mamy apartament typu studio, który można podzielić na następujące strefy:

  • Tambour.
  • Korytarz.
  • Toaleta połączona z łazienką.
  • Kuchnia
  • Pokój dzienny

Zadanie: automatyzacja sterowania oświetleniem, kotłem i systemem wentylacji.

Ustawiamy zadania dla każdej ze stref.

Tambour

W takim przypadku można automatycznie włączyć światło, zbliżając się do drzwi wejściowych. Oznacza to, że potrzebujesz czujnika ruchu. Jednocześnie konieczne jest uwzględnienie poziomu oświetlenia, dlatego automatyka powinna działać tylko w ciemności. Aby to zrobić, potrzebujesz czujnika GY302 lub podobnego (w przeglądzie nie wprowadziliśmy go, ale znalezienie opisu nie będzie problemem). Włączenie i wyłączenie żarówki (po czasie określonym w programie) można zaufać dzięki półprzewodnikowemu przekaźnikowi niskiego poboru mocy, na przykład G3MB-202P , zaprojektowanemu dla prądu obciążenia 2 A.

Hol wejściowy

Sterowanie oświetleniem w tym obszarze można zorganizować na tej samej zasadzie, co w przedsionku. Możesz dodać włączenie światła po otwarciu przednich drzwi. Typowy kontaktron drzwiowy jest odpowiedni jako czujnik.

Toaleta i łazienka

Włączenie kotła może być związane z obecnością właścicieli w mieszkaniu. Jeśli nie ma nikogo, automatyka wymusi wyłączenie podgrzewacza wody za pomocą modułu SSR-25DA. Monitorowanie temperatury ogrzewania nie ma sensu, ponieważ urządzenia te wyłączają się samoczynnie po osiągnięciu ustawionego progu. Światło i wydech powinny być włączane automatycznie, gdy osoba wchodzi w tę strefę, i wyłącza się po pewnym czasie, jeśli ruch nie zostanie wykryty.

Automatyzacja kuchni

Sterowanie oświetleniem tej strefy można pozostawić ręcznie, ale można je powielić przez automatyczne wyłączenie światła, jeśli ruch nie zostanie wykryty przez długi czas. Podczas obsługi kuchenki elektrycznej lub gazowej okap powinien być włączany i wyłączany po chwili po zakończeniu gotowania. Możesz sterować pracą okapu za pomocą czujnika termicznego, który wykrywa wzrost temperatury po włączeniu płyty.

Pokój dzienny

W tym pomieszczeniu lepiej jest sterować oświetleniem ręcznie, ale można zdać sobie sprawę z możliwości automatycznego wyłączenia światła z wystarczającym poziomem oświetlenia.

Podany przykład jest raczej warunkowy, ponieważ każdy opracowuje algorytm działania inteligentnego domu, w zależności od osobistych preferencji.

Cechy termoregulacji

Podsumowując, podajemy kilka zaleceń dotyczących zarządzania ogrzewaniem. Należy zwrócić uwagę na bezwładność systemu. Jest prawdopodobne, że sterowanie przez proste włączenie i wyłączenie ogrzewania, zgodnie z danym zakresem temperatur, może stworzyć dość niewygodne warunki. W tym przypadku należy użyć algorytmu regulacji PID, w sieci dostępna jest biblioteka z jego implementacją dla Arduino.

Bez wchodzenia w szczegóły możesz opisać działanie tego algorytmu w następujący sposób:

  • Dokonuje się analizy wymaganej i aktualnej temperatury w pomieszczeniu, a na podstawie wyniku określa się pewną moc systemu grzewczego.
  • Przeprowadza się rozliczanie trwałych strat ciepła. Mogą zależeć od temperatury zewnętrznej lub innych czynników. Dlatego, gdy osiągnięta zostanie temperatura zadana, ogrzewanie nie wyłącza się całkowicie, ale zmniejsza się do poziomu strat ciepła niezbędnych do kompensacji.
  • Ostatni czynnik wpływający na działanie algorytmu uwzględnia bezwładność systemu grzewczego, która nie pozwala na przekroczenie określonego zakresu temperatury.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria: