¿Qué es una "casa inteligente" basada en el Arduino?

Recientemente, cada vez más tecnologías innovadoras penetran en varias esferas de nuestra vida. Su uso puede mejorar significativamente la comodidad y ahorra tiempo a una persona en diversas tareas. Hoy abordaremos el tema de las llamadas "casas inteligentes" y hablaremos sobre sus características, ventajas, desventajas y tecnología de creación.

Si entiende el término "hogar inteligente", entonces el análogo más cercano, que será claro para la mayoría de las personas, es la frase "domótica".El significado de tales cosas es garantizar la implementación automática de varios procesos que ocurren en la sala. Este mecanismo puede ser utilizado no solo en edificios residenciales, sino también en oficinas, así como en diversas instalaciones especializadas.

La primera característica que debe mencionarse será la posibilidad de recopilar un sistema como un diseñador. Representa la presencia de un elemento central en la plataforma Arduino, representado por un controlador central, donde fluye toda la información de los diversos sistemas instalados en la casa. Y, en la medida de lo posible, está permitido agregar nuevos componentes al sistema: para controlar la luz en diferentes habitaciones, notificar al propietario sobre la aparición de diversas situaciones imprevistas, monitorear las condiciones climáticas, monitorear los mecanismos de ingeniería.

Pero debe entenderse que no hay ideas claras, qué componentes y mecanismos deberían estar en tal sistema. Es decir, es un concepto, no un producto específico. Si es necesario, puedes poner algún sistema, y ​​el resto no. Es decir, comenzamos con algo pequeño y, según sea necesario, aumentamos la funcionalidad de la casa, obteniendo nuevas oportunidades en el campo de la gestión de la vivienda. Una de las características más importantes es la capacidad de controlar inteligentemente la iluminación. El uso de un sistema de este tipo en la vida cotidiana puede ahorrar seriamente recursos, ya que la iluminación se enciende solo cuando una persona está en una habitación.

La siguiente característica es el control de clima interior. El mecanismo descrito es igualmente importante. Por ejemplo, la automatización de la calefacción será extremadamente importante no solo para ahorrar en la temporada de frío, sino también para encender la calefacción en el momento adecuado, ya que no siempre es posible activarlo con una disminución brusca de la temperatura.Si tiene calefacción autónoma en base a la caldera, entonces si hay sensores térmicos y un mecanismo de monitoreo de flujo de gas en caso de una emergencia, el propietario será notificado y podrá responderle rápidamente en tiempo real.

Otra ventaja es el equipamiento técnico de varios sistemas. Con la instalación de la automatización, el propietario de la casa tiene la oportunidad de realizar varias acciones: bajar las persianas, encender la pantalla del televisor o el reproductor multimedia. Al conectar estos y otros sistemas a un mecanismo común, puede crear las condiciones para activar un dispositivo presionando una sola tecla.

La siguiente característica es el sistema de seguridad. El mecanismo de "hogar inteligente" eleva a un nuevo nivel de protección contra la intrusión en el hogar de los huéspedes no invitados en ausencia de los propietarios. La casa se transforma simplemente en objeto casi inexpugnable. Además, el sistema puede imitar el efecto de estar en la casa encendiendo y apagando la luz, y las cámaras de vigilancia transmiten al propietario información actualizada sobre la actividad en la casa o el área circundante, lo que ahorra protección.El sistema tiene una serie de otros medios que neutralizarán al delincuente, si es necesario.

Y la última característica que quiero decir es el control simple y asequible. A pesar de su enorme funcionalidad, el sistema descrito puede ser controlado incluso por un niño. Usualmente, para esto se usa un pequeño control remoto con interruptores tradicionales y paneles especiales. Además, los mecanismos pueden controlarse desde un PC o dispositivo móvil. Y en los últimos años, las soluciones se están introduciendo, así como el control de voz. Como puede ver, este sistema tiene muchas características que lo convierten en una excelente solución integrada para el hogar o cualquier otro objeto.

Hoy en día, una gran cantidad de modificaciones y conjuntos completos basados ​​en Arduino, donde se puede implementar el sistema en cuestión. Una gran cantidad de compañías que producen tales mecanismos hacen que los controladores ya tengan sistemas de Wi-Fi y Bluetooth integrados, lo que hace posible controlar el sistema dentro de las instalaciones a través de uno móvil. También hay soluciones donde la administración se realiza a través de una interfaz de tipo Ethernet, es un método cableado que utiliza cables de fibra óptica a través de una red doméstica de tipo local.Los conmutadores se agregan comúnmente a dichas soluciones, así como a los enrutadores Wi-Fi, que permiten la conexión inalámbrica, a menos que el controlador proporcione lo contrario.

La conexión de los interruptores manuales convencionales se puede realizar en el controlador central mediante dos métodos:

• utilizando cableado eléctrico;
• Por tecnología inalámbrica.

Como puede ver, hay una gran cantidad de componentes de la "casa inteligente".

Por lo general, el sistema consta de los siguientes nodos, que se pueden representar mediante varios tipos de dispositivos:

• un controlador central del sistema, generalmente representado por un nodo maestro, así como moduladores de entrada-salida discretos;
• Dispositivos de expansión y comunicación, que incluyen enrutadores, varios conmutadores, así como módulos GPS y GPRS;
• Dispositivos responsables de la conmutación de circuitos eléctricos: relés, atenuadores y fuentes de alimentación;
• dispositivos de rendimiento - varios tipos de válvulas (agua, gas);
• partes de administración del sistema: paneles táctiles, tabletas, asistentes personales digitales y consolas;
• Diversas partes de medición: dispositivos, sensores y sensores (estamos hablando de sensores de luz, temperatura y movimiento).

Al seleccionar el equipo para un mecanismo basado en Arduino, es necesario tener en cuenta qué método de transferencia de información utilizará un sistema en particular. Como ejemplo, es posible dar un EIB \ KNX estándar bastante común. Aquí se suelen utilizar redes eléctricas, redes informáticas, así como canales de radio. Al mismo tiempo, hay un X10 estándar, donde se utilizan las redes de CA ordinarias ordinarias con un voltaje de 230 voltios para transmitir información.

Hablando de las virtudes de una casa inteligente basada en Arduino, Los siguientes puntos deben tenerse en cuenta.

• Grandes oportunidades en términos de configurar el trabajo de todo el mecanismo. Es decir, el usuario puede escribir independientemente un programa que puede ejecutar algoritmos de varios niveles de complejidad.
• Si se desea, el sistema puede funcionar de forma autónoma debido a la presencia de su propio controlador.
• Descargar un programa es fácil porqueque el programador no es necesario para esto, pero todo se hace mediante una interfaz USB, ya que el cargador de arranque simplemente se instala en el microcontrolador.
• Precios bastante bajos componentes del sistema. Esto se debe a que diferentes fabricantes no tienen derechos exclusivos. Por este motivo, la arquitectura de Arduino se clasifica como abierta.

• La presencia de código de fuente abierta, que permite al usuario controlar directamente el mecanismo de una casa inteligente.
• La accesibilidad es que el usuario elige qué sensores y mecanismos necesita.
• Versatilidad y la capacidad de implementar las ideas más interesantes. No hay instrucciones ni estándares para lo que debería ser una casa inteligente basada en Arduino. Esto significa que el usuario puede hacer el sistema de la manera que quiera, ya que el propietario no se limita a nada en términos de instalar sensores en el dormitorio o la cocina.
• La posibilidad de autocargador cargador.
• La presencia de un conector pin para las placas procesadoras Arduino, que permite la programación dentro del sistema.

Como cualquier mecanismo, Este sistema tiene algunos inconvenientes.

• A pesar de la apertura del sistema, para dominarlo y utilizarlo con éxito, necesitará conocimientos de varias áreas específicas, que incluyen programación, reparación y electrónica.
• La necesidad de dedicar una cantidad de tiempo considerable a implementar y personalizar su propio proyecto, ya que cada proyecto es inherentemente único y puede hacer poco más que otros.
• Dificultades en la configuración directa de Arduino debido a que este mecanismo funciona solo con un pequeño número de sistemas operativos.
• La existencia de la probabilidad de fallas de software, que puede llevar a problemas o la inoperabilidad de un equipo. Por este motivo, de vez en cuando es necesario realizar un diagnóstico de la salud del equipo.

• Radiación de varios tipos, que son inevitables con este algoritmo de control.
• La necesidad de asignar espacio para un gabinete especial donde se ubicarán los equipos y cables adicionales.
• Si el control se lleva a cabo a través de Internet, los intrusos pueden interceptar los datos que se transmiten entre los componentes del mecanismo.Una solución parcial al problema será una conexión exclusivamente segura. Pero para asegurarse de que requerirá una gran cantidad de dinero invertido en la modernización de los equipos.

La creación de cualquier sistema de hogar inteligente basado en Arduino comienza con la creación del proyecto. Al desarrollarlo, debe comprender exactamente qué funciones y tareas debe realizar el sistema.

Por lo general, un proyecto basado en la solución Arduino Uno implica las siguientes tareas.

• Monitorear las condiciones climáticas fuera de la ventana y la temperatura de la habitación y, como resultado, una respuesta adecuada a su cambio. El dispositivo generalmente se convierte en un elemento de un sistema unificado junto con los dispositivos de calefacción, ventilación y otros dispositivos.
• Vigilancia del estado de las ventanas y puertas: están cerradas o abiertas.
• Genere un sonido cuando el sensor de movimiento está activado, si la función de alarma está activa.
• Control automático de electrodomésticos.
• Control del consumo de electricidad, gracias a la conexión automática y apagado de los equipos de iluminación.
• Seguridad contra incendios.El mecanismo le da al propietario una señal sobre la presencia de fuego o humo en la habitación. Si se desarrolla un sistema sofisticado, incluso puede llamar a los bomberos en su lugar.

• El hall de entrada. Es necesario encender automáticamente la luz cuando oscurece el exterior, así como la creación de un mecanismo de detección de movimiento. Por la noche, la luz de potencia promedio generalmente se activa, lo que no debería causar molestias a los miembros de la familia.
• La cocina La activación y desactivación de la iluminación en la cocina se realiza habitualmente de forma manual. La desconexión puede ser automática si nadie ha estado caminando por la habitación durante mucho tiempo. Si el sistema detecta que una persona comienza a cocinar, la campana se enciende automáticamente.
• El porche La activación de los dispositivos de iluminación puede llevarse a cabo cuando la puerta se abre cuando una persona sale del edificio o cuando el propietario se acerca a la casa si ya está oscuro afuera.
• Habitacion La inclusión de dispositivos de luz se realiza manualmente, aunque si es necesario, y la presencia de un sensor de movimiento, la activación se puede realizar en modo automático.

• Cuarto de baño Hablando sobre esta sala, digamos que aquí generalmente se trata de administrar una caldera. En sí, tiene un interruptor de encendido cuando el dispositivo se apaga cuando alcanza una cierta temperatura del agua. La gestión del calentador se llevará a cabo en función de la automatización disponible. Además, en la entrada al baño, puede encender la luz y activar el escape.

Después de que todos los puntos descritos anteriormente sean lo más claros posible, se está preparando la tarea técnica, en la que el cliente realiza cambios. Cuando se haga la versión final, será la base para la formación de la documentación de estimación para el tipo de proyecto de obras.

Normalmente el proyecto consta de los siguientes componentes:

• un documento explicativo que describe los diversos subsistemas;
• diseño de dispositivos de control;
• plano esquemático de tendidos de cable;
• el proyecto de colocación de dispositivos en los armarios de automatización;
• Opciones básicas para conectar aparatos en dichos armarios;
• planes de conexión;
• cargador de cable;
• varias especificaciones

Además, en la etapa de formación del proyecto, se calcula el precio de la "casa inteligente".

El precio dependerá de tales factores:

• número de dispositivos;
• Equipos y subsistemas seleccionados.

Se debe decir que las etapas de creación de un sistema de "hogar inteligente" con la participación de especialistas o con sus propias manos serán las mismas. Sin embargo, en este último caso, la versión lista en su conjunto costará significativamente menos que si atrae a especialistas que ya no tienen mercado. Por esta razón, sus salarios serán apropiados, lo que significa que si no quiere gastar dinero extra, puede hacerlo por su cuenta. Entonces, comencemos con los componentes para este sistema, si decidió crearlo usted mismo después de todo.

Si hablamos de la configuración del sistema, La tecnología incluirá el siguiente conjunto de componentes:

• sensor de movimiento;
• sensor de temperatura y humedad;
• sensor de luz;
• un par de sensores de temperatura con marca DS18B20;
• Módulo Ethernet marca ENC28J60;
• micrófono;
• interruptor de láminas;
• relevo
• cable de par trenzado;
• Cable Ethernet;
• una resistencia que tiene una resistencia de 4.7 kilo;
• Tablero microprocesador arduino.

Se debe decir que la casa inteligente debe estar equipada exclusivamente con luces LED, ya que las opciones habituales simplemente no pueden soportar una gran cantidad de voltaje. Cuando el proyecto esté listo y ya se hayan comprado todas las piezas necesarias, debe comenzar a conectar los sensores y los controladores. Esto debe hacerse exclusivamente de acuerdo con el esquema creado anteriormente. Los contactos deben estar completamente aislados.

En resumen, paso a paso el algoritmo de conexión se verá así:

• código de instalación;
• configurar una aplicación para PC o móvil;
• reenvío de puertos;
• Implementación de pruebas de software y sensores;
• solución de problemas si se detectaron durante la prueba.

Así que vamos a empezar por instalar el código.

Primero, el usuario debe escribir el software en el IDE de Arduino. Presenta:

• editor de texto;
• creador del proyecto;
• programa de compilación;
• preprocesador
• Herramienta para descargar software al mini-procesador Arduino.

Debe decirse que existen versiones de software para los principales sistemas operativos de computadoras: Windows, Linux, Mac OS X. Si hablamos del lenguaje de programación utilizado, entonces estamos hablando de C ++ con una serie de simplificaciones. Los programas escritos por los usuarios de Arduino se conocen comúnmente como bocetos. El sistema crea una serie de funciones automáticamente y el usuario no necesita entender su escritura, prescribiendo una lista de acciones comunes. Tampoco es necesario agregar archivos del tipo de encabezado de las bibliotecas normales. Pero la incrustación personalizada es necesaria.

Puede agregar bibliotecas al administrador de IDE del proyecto utilizando varios métodos. En la forma de códigos fuente, escritos en C ++, se está agregando a un directorio separado en el directorio de trabajo del shell IDE. Ahora los nombres de las bibliotecas requeridas aparecen en un menú IDE específico. Aquellos que marque serán incluidos en la lista de compilación. El IDE tiene una pequeña cantidad de configuraciones, y no hay posibilidad de establecer las sutilezas del compilador. Esto se hace para que una persona desconocida no cometa ningún error.

Si descargó la biblioteca, debe desempaquetarse y simplemente insertarse en el IDE. En el texto del programa hay comentarios que explican el principio de su trabajo. Cabe señalar que todas las aplicaciones en el Arduino funcionan con la misma tecnología: el usuario envía una solicitud al procesador y, a su vez, descarga el código necesario en la pantalla del dispositivo. Cuando una persona presiona la tecla Actualizar, el microcontrolador envía información. Con cada una de las páginas con una designación específica hay un código de programa que se mostrará en la pantalla.

El siguiente conjunto de acciones es instalar el cliente en una computadora personal o teléfono inteligente. Puede descargarlo en Internet, en Google Play Market o desde otra fuente. Para hacer esto, necesita abrir el archivo en el teléfono que descargó, luego haga clic en él y en la ventana que aparece haga clic en el botón "Instalar". Al mismo tiempo, debe saber que para este propósito, la opción debe estar activada, lo que permite instalar software no desde el servicio Google Play. Para habilitar esta opción, debe ingresar a la sección de configuración y seleccionar el elemento "Seguridad" allí.Esta es la forma de activar la opción correspondiente. Cuando se complete la instalación, será posible activar la aplicación y configurarla.

Con este software, no solo puede recibir información del sistema, sino también administrar, por ejemplo, activar y desactivar la alarma. Si la opción está activa, cuando el sensor de movimiento esté activado, el programa recibirá la información apropiada. Tenga en cuenta que el Arduino sondea el programa para activar el sensor de movimiento a intervalos de 60 segundos.

La siguiente etapa de conexión es configurar el programa del navegador para usarlo con la "casa inteligente". En la línea de dirección, debe ingresar una secuencia específica, que será la dirección IP de su computadora. Después de la implementación de esta acción, el usuario podrá recibir información de la "casa inteligente" y la capacidad de gestionarla.

Después de eso, puede proceder a trabajar con el enrutador. Debería abrir el puerto.

Puedes hacerlo usando el siguiente algoritmo:

• ajustes abiertos;
• Registre la dirección del microcontrolador Arduino;
• Puerto ochenta abierto.

Ahora necesita configurar una cuenta en el portal Noip. com.Aunque este paso es opcional, es necesario si la dirección necesita un nombre de dominio. Debe pasar por el proceso de registro en el portal www. noip com, luego vaya a la categoría Agregar host y especifique el sistema IP. Después de pasar por este procedimiento, será posible obtener acceso no solo por IP, sino también por dominio. En este momento, se completa la formación del proyecto y puede verificar el rendimiento del sistema.

Dado que los componentes compatibles con Arduino son producidos por un gran número de fabricantes, y el propio Arduino no puede controlar los productos, el usuario se enfrenta a la posibilidad de adquirir un componente que funcione, por decirlo de manera suave e incorrecta. En general, esta situación ya existe en el segmento de la creación de computadoras personales. Hace mucho tiempo, IBM abrió la arquitectura de sus computadoras personales, por lo que varias compañías comenzaron a producir computadoras compatibles.

Al mismo tiempo, la calidad de las piezas y el grado de compatibilidad han disminuido. En contraste, esta es la política de Apple, que limita significativamente la cantidad de desarrolladores que tuvieron acceso a su arquitectura.

Los usuarios observaron las siguientes características en el funcionamiento de varios componentes de Adruino.

• En una serie de soluciones de microprocesador Arduino, cuando se cierra un relé que está conectado a ellas, se rompe un puerto de tipo COM. Por esta razón, el microcontrolador no puede cargar el croquis. Al iniciar este procedimiento, el equipo se reinicia. Lo más interesante es que el relé hace un clic, el puerto COM se desactiva y el boceto no se carga.
• En caso de un mal funcionamiento del microcontrolador o la ocurrencia de un error de código, es mejor usar relés bien cerrados a los que los interruptores manuales están conectados en serie.
• El sensor de cierre de la puerta a veces puede actuar falsamente. Por este motivo, el boceto se crea de manera que el sistema realice la acción deseada cuando recibe un par de señales a la vez.
• Para un dispositivo que es responsable de la alarma contra incendios, es mejor usar un detector de humo, en lugar de un detector de incendios.Este último tiene un defecto: detecta el fuego a no más de treinta centímetros de sí mismo.

• El sensor de temperatura modelo DHT11, que viene en el llamado conjunto estándar, produce un grave error en el nivel de dos a tres grados. En la construcción es mejor usar el modelo DHT22, que es mucho más preciso. Y fuera de la ventana es mejor usar DHT21. Puede funcionar incluso a temperaturas bajo cero y es resistente a daños mecánicos.
• Para configurar el control del proceso mediante aplausos, varios usuarios toman, sin saberlo, un detector de sonido en lugar de un micrófono, donde hay una configuración de umbral de tipo manual. Para tales propósitos, este dispositivo no es adecuado debido a que tiene un radio de acción relativamente pequeño. Sí, y el sensor transmite señales con pequeños pulsos de tiempo. En presencia de un boceto de gran tamaño, cuyo procesamiento lleva tiempo, el microcontrolador simplemente no captura las señales.

Se debe decir que para la visualización de los procesos en el sistema que se está considerando, se pueden usar paneles de visualización digital o una pantalla de cristal líquido. Pero esta no es la mejor opción en este caso. Usar un servidor de procesamiento de estado separado para la visualización será más efectivo. Se puede implementar en Nodo. js, que te permite implementar cualquier servidor. Naturalmente, estamos hablando de procesar los estados de la junta de Adruino.

Esta tecnología se utiliza para realizar las tareas de la llamada Internet de las cosas, por lo que es adecuada para visualizar la automatización del sistema. Solo necesita crear un servidor y un controlador en JavaScript, entonces será fácil mostrar el total en el navegador de cualquier dispositivo. Como base de hardware, puede utilizar la misma microcomputadora Raspberry Pi o PC. Pero las posibilidades del mecanismo de automatización aumentarán significativamente. Por ejemplo, en el servidor la cantidad de memoria es ilimitada, y el programa del servidor puede crearse de tal manera que administre todo.

Con este tipo de servidor puedes incluso enlazar cosas. La idea es visualizar los procesos automáticos en casa usando servicios en la nube.Otra opción es recibir información y controlar el sistema a través de SMS.

El hecho de que tal "casa inteligente" basada en Arduino, vea el siguiente video.