УМНЫЙ ДОМ (УПРАВЛЕНИЕ ОСВЕЩЕНИЕМ, МИКРОКЛИМАТОМ (ОТОПЛЕНИЕМ И ВЕНТИЛЯЦИЕЙ) И ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЕМ) С ПОМОЩЬЮ ARDUINO

SMART HOME CONTROL WITH ARDUINO CONTROLLER

Аннотация. Развитие средств автоматизации привело к созданию комплексных систем, улучшающих качество жизни человека. В данной статье рассмотрено управление умным домом (освещением, микроклиматом и видеонаблюдением) при помощи контроллера Arduino.

Abstract. The development of automation tools has led to the creation of integrated systems that improve the quality of human life. This article describes the management of a smart home (lighting, microclimate and video surveillance) using the Arduino controller.

Ключевые слова: освещение, микроклимат, видеонаблюдение, контроллер, умный дом, датчики температуры.

Keywords: lighting, microclimate, video surveillance, controller, smart home, temperature sensors.

Введение

На потребительском рынке предлагается много систем подобного рода, которые имеют широкий набор функций и поддерживают работу с разными датчиками и исполнительными приспособлениями.

Arduino — итальянская компания, которая занимается разработкой и производством компонентов и программного обеспечения для простых систем «умный дом». Популярность системам итальянской компании дало то, что система является открытой, что позволяет сторонним производителям участвовать в ее развитии и копировать уже существующие Arduino - совместимые устройства, а также выпускать ПО для них.

Arduino – платформа для разработки электронных устройств с автоматическим, полуавтоматическим или ручным управлением.

Целью данной научной статьи является исследование управления умным домом (освещением, микроклиматом и видеонаблюдением) при помощи контроллера Arduino.

Задачи научной статьи:

• изучение системы управления Arduino;
• исследование управления умным домом при помощи контроллера Arduino.

В своей работе были использованы следующие методы исследования: изучение литературы в Интернете, опыты и наблюдение, анализ результатов.

Основная часть

Система на платформе Arduino работает аналогично обычной заводской. Она должна включать в свой состав контроллер с процессором, который будет обрабатывать входящие сигналы, и формировать импульсы для управления внешними устройствами.

Процесс подключения всех модулей и датчиков Arduino представляет собой последовательное подключение к центральному контроллеру датчиков и исполнительных устройств, используя для этого расширительные платы и соединительные проводники.

В качестве устройств, генерирующих входные сигналы, выступают разного рода датчики, которые контролируют те или иные параметры в помещении.

Производством Arduino совместимых датчиков и приборов на рынке занимается много компаний, ассортимент этой продукции обширен. Чаще всего используются:

1. Сенсоры, отслеживающие климатические параметры:

• температуру;
• влажность;
• осадки (датчик дождя и снега);
• освещённость;
• давление.

2. Сенсоры, позволяющие определить пространственное положение объекта, на котором они закреплены:

• 6-осный датчик-гироскоп с акселерометром;
• компас.

3. Сенсоры, позволяющие регистрировать присутствие различных объектов:

• датчик движения;
• инфракрасный датчик;
• ультразвуковой датчик.

4. Аварийные сенсоры:

• датчик дыма;
• датчик огня;
• датчик утечки газа;
• датчик углекислоты.

5. Прочие устройства:

• микрофон;
• часы;
•  датчик открывания двери;
• пульты дистанционного управления (радиочастотные и инфракрасные) с приёмниками;
• удалённые кнопки.

Созданный на Arduino умный дом, управляется через Web интерфейс, что позволит удаленно контролировать работу системы с любого устройства, подключенного к интернету. Также поддерживает Arduino GSM управление с помощью обычных мобильных телефонов или смартфонов.

Пример управления освещением с помощью системы умным домом при помощи контроллера Arduino на рис.1.

Контроллер дает системе управления освещением необходимый «ум».

Контроллер позволяет управлять различными режимами освещения, автоматически выключать свет в светлое время суток или когда в помещении никого нет.

Контроллер позволят подключить управление освещением к домашней сети и управлять ей через телефон или компьютер. Настроив соответствующим образом маршрутизатор можно получить возможность управления через интернет из любого места.

Рисунок 1. Схема управления освещением умным домом при помощи контроллера Arduino

Организация управления микроклиматом (отоплением и вентиляцией).

Регулировка температуры воздуха в системе «умный дом» осуществляется с помощью:

• специальных датчиков, установленных внутри и снаружи помещения. Они измеряют температуру и в случае, если она не соответствует заданным параметрам, посылают сигнал на главный пульт управления. После чего принимается ряд мер для достижения оптимальных показателей;
• автоматических терморегуляторов, которые поддерживают в помещении заданный температурный режим. Причем, диапазон доступных температур колеблется в пределах от 0 до 125 градусов Цельсия;
• системы электрических теплых полов, которую при желании можно запрограммировать на недельный или месячный цикл обогрева.

Кроме сбора и анализа информации «умный дом» должен реагировать на возникающие события. Присутствие на современных бытовых приборах продвинутой электроники позволяет обращаться к ним напрямую, используя Wi-Fi, GPRS или EtherNet. Обычно, для систем Arduino реализуют коммутацию микропроцессора и высокотехнологичных устройств посредством Wi-Fi.

На рис.2 приведен пример схемы подключения умного дома Arduino на базе к интернету.

Рисунок 2. Схема подключения умного дома Arduino на базе к интернету

Для того чтобы с помощью Arduino включить кондиционер при высокой температуре в доме, блокировать телевизор и интернет в ночное время в детской комнате или запустить бойлер отопления к приходу хозяев необходимо выполнить три действия:

• установить модуль Wi-Fi на материнскую плату;
• найти незанятые каналы частоты, чтобы избежать конфликта систем;
• разобраться в командах приборов и запрограммировать действия (либо воспользоваться готовыми библиотеками).

Результаты исследования

На данный момент существует много готовых Arduino проектов умный дом, которые можно найти в сети интернет. Также можно создать свой собственный проект, который будет максимально подходить под конкретный объект.

Системы, построенные на Arduino, отличаются тем преимуществом, что их всегда можно модернизировать и масштабировать.

Этот аппаратно-программный комплекс привлекает пользователя такими достоинствами:

• возможность автономной работы, обусловленная наличием собственного контроллера;
• широкие возможности по настройке работы системы (пользователь сам пишет программу, в которой могут быть предусмотрены сценарии любой сложности);
• простота процесса загрузки программы в контроллер: программатор для этого не требуется, достаточно иметь USB-кабель;
• доступная стоимость компонентов, обусловленная отсутствием у того или иного производителя монопольных прав (архитектура является открытой).

Заключение

На сегодня существует много готовых Arduin проектов умный дом, которые можно найти в сети интернет. Также можно создать свой собственный проект, который будет максимально подходить под конкретный объект. Системы, построенные на Arduin, отличаются тем преимуществом, что их всегда можно модернизировать и масштабировать.

Открытость платформы Arduino позволяет использовать компоненты различных производителей. Это позволяет легко сконструировать «умный дом» под запросы пользователя.

Список литературы:

1. Богданов С.В. Умный дом / Пособие, изд. 2 е, перераб. и доп - СПб.: Наука и Техника, 2005. – 210 с.
2. Петин В.А. Создание умного дома на базе Arduino / Издательство: М.: ДМК Пресс, 2018. – 118 с.
3. Тесля Е. «Умный дом» своими руками. Строим интеллектуальную цифровую систему в своей квартире, 2005.