Casa intelligente basata su controller Arduino: progettazione e organizzazione dello spazio controllato

Lo sviluppo di strumenti di automazione ha portato alla creazione di sistemi complessi che migliorano la qualità della vita umana.Molti rinomati produttori di ambienti elettronici e software offrono soluzioni standard già pronte per vari oggetti.

Anche un utente inesperto può sviluppare progetti indipendenti e assemblare una “casa intelligente” utilizzando Arduino secondo le proprie esigenze. La cosa principale è capire le basi e non aver paura di sperimentare.

In questo articolo vedremo il principio di creazione e le principali funzioni di una casa automatizzata basata sui dispositivi Arduino. Prenderemo in considerazione anche le tipologie di schede utilizzate ed i principali moduli del sistema.

Realizzazione di sistemi su piattaforma Arduino

Arduino è una piattaforma per lo sviluppo di dispositivi elettronici con controllo automatico, semiautomatico o manuale. È realizzato secondo il principio di un designer con regole di interazione tra gli elementi chiaramente definite. Il sistema è aperto, il che consente ai produttori terzi di partecipare al suo sviluppo.

Classico "casa intelligente» è costituito da blocchi automatizzati che svolgono le seguenti funzioni:

• raccogliere le informazioni necessarie attraverso sensori;
• analizzare i dati e prendere decisioni utilizzando un microprocessore programmabile;
• attuare le decisioni prese impartendo comandi a vari dispositivi.

La piattaforma Arduino è buona proprio perché non è vincolata a un produttore specifico, ma consente al consumatore di scegliere i componenti che gli si addicono. La loro selezione è enorme, quindi puoi realizzare quasi ogni idea.

Ti consigliamo di dare un'occhiata al meglio dispositivi intelligenti per la casa.

Per imparare a lavorare con Arduino, puoi acquistare uno Starter Kit sul sito web del produttore. È richiesta la conoscenza dell'inglese tecnico, poiché la documentazione non è russificata

Oltre alla varietà dei dispositivi collegati, l’ambiente di programmazione implementato in C++ aggiunge varietà. L'utente non solo può utilizzare le librerie create, ma anche programmare la reazione dei componenti del sistema agli eventi emergenti.

Elementi principali della scheda

L'elemento principale di una "casa intelligente" sono una o più schede centrali (madre). Sono responsabili dell'interazione di tutti gli elementi. Solo dopo aver identificato i compiti che devono essere risolti puoi iniziare a selezionare il nodo principale del sistema.

La scheda madre combina i seguenti elementi:

• Microcontrollore (processore). Il suo scopo principale è emettere e misurare la tensione nelle porte nell'intervallo 0-5 o 0-3,3 V, memorizzare dati ed eseguire calcoli.
• Programmatore (non tutte le schede ce l'hanno). Utilizzando questo dispositivo, nella memoria del microcontrollore viene scritto un programma in base al quale funzionerà la "casa intelligente". Si collega a un computer, tablet, smartphone o altro dispositivo tramite un'interfaccia USB.
• Regolatore di tensione. Per alimentare l'intero sistema è necessario un dispositivo da 5 volt.

Diversi modelli di schede sono prodotti con il marchio Arduino.Differiscono tra loro per fattore di forma (dimensione), numero di porte e capacità di memoria. È sulla base di questi indicatori che è necessario scegliere un dispositivo adatto.

È meglio acquistare le schede e gli schermi Arduino dal produttore, poiché sono di qualità migliore rispetto ai dispositivi compatibili prodotti in Cina

Esistono due tipi di porte:

• digitale, che sono contrassegnati sulla lavagna con lettere "D";
• analogico, contrassegnati dalla lettera "UN".

Grazie a loro il microcontrollore comunica con i dispositivi collegati. Qualsiasi porta può funzionare sia per ricevere un segnale che per inviarlo. Le porte digitali contrassegnate con "pwm" sono destinate all'ingresso e all'uscita di un segnale PWM (modulazione di larghezza di impulso).

Pertanto, prima di acquistare una scheda, è necessario stimare almeno approssimativamente il livello del suo carico su vari dispositivi. Ciò ti consentirà di determinare il numero richiesto di porte di tutti i tipi.

Resta inteso che il sistema di casa intelligente non deve necessariamente essere collegato a un'unità di controllo basata su un'unica scheda madre. Funzioni come ad esempio l'accensione dell'illuminazione artificiale nell'ambiente in base all'ora del giorno e il mantenimento della riserva idrica nel serbatoio di accumulo sono indipendenti l'una dall'altra.

Dal punto di vista dell'affidabilità del sistema elettronico, è meglio separare i compiti non correlati in diversi blocchi, cosa che il concetto di Arduino rende facile da implementare. Se si combinano più dispositivi in ​​un unico posto, il microprocessore potrebbe surriscaldarsi, creare conflitti tra le librerie software e avere difficoltà nel trovare ed eliminare guasti software e hardware.

Il collegamento di molti tipi diversi di dispositivi a una scheda viene solitamente utilizzato nella robotica, dove la compattezza è importante. Per una "casa intelligente" è meglio utilizzare la propria base per ogni attività

Ogni microprocessore è dotato di tre tipi di memoria:

• Memoria flash. Memoria principale in cui è memorizzato il codice del programma di gestione del sistema. Una piccola parte (3-12%) è occupata da un programma bootloader integrato.
• SRAM. RAM, dove vengono memorizzati i dati temporanei necessari per l'esecuzione del programma. Presenta un'elevata velocità operativa.
• EEPROM Memoria più lenta in cui è possibile archiviare anche i dati.

La differenza principale tra i tipi di memoria per l'archiviazione dei dati è che quando si spegne l'alimentazione, le informazioni registrate nella SRAM vengono perse, ma rimangono nella EEPROM. Ma il tipo non volatile presenta anche uno svantaggio: un numero limitato di cicli di scrittura. Questo è qualcosa da tenere a mente quando crei le tue applicazioni.

A differenza dell’uso di Arduino nella robotica, la maggior parte delle attività domestiche intelligenti non richiedono molta memoria né per i programmi né per la memorizzazione delle informazioni.

Tipi di schede per l'assemblaggio di una casa intelligente

Diamo un'occhiata ai principali tipi di schede che vengono spesso utilizzate durante l'assemblaggio di sistemi di casa intelligente.

Visualizza n. 1 - Arduino Uno e i suoi derivati

Le schede più comunemente utilizzate nei sistemi di casa intelligente sono Arduino Uno e Arduino Nano. Hanno funzionalità sufficienti per risolvere i problemi tipici.

Avere schede a tutta lunghezza alimentate da 7-12 Volt offre molti vantaggi. Innanzitutto, questa è la possibilità di funzionamento autonomo a lungo termine con batterie standard o batterie ricaricabili

Parametri principali di Arduino Uno Rev3:

• processore: ATMega328P (8 bit, 16 MHz);
• numero di porte digitali: 14;
• di cui con funzione PWM: 6;
• numero di porte analogiche: 6;
• memoria flash: 32 kbyte;
• SRAM: 2KB;
• EEPROM: 1KB.

Non molto tempo fa è stata rilasciata una modifica: Uno Wi-Fi, che contiene un modulo ESP8266 integrato che consente di scambiare informazioni con altri dispositivi utilizzando lo standard 802.11 b/g/n.

La differenza tra Arduino Nano e la sua controparte più grande è che non dispone di una propria presa di corrente da 12 V. Questo viene fatto per ottenere dimensioni più piccole del dispositivo, che gli consente di essere facilmente nascosto in un piccolo spazio. Anche per questi scopi la connessione USB standard viene sostituita da un chip con cavo mini-USB. Arduino Nano ha 2 porte analogiche in più rispetto a Uno.

C'è un'altra modifica della scheda Uno: Arduino Mini. È ancora più piccolo di Nano e molto più difficile da lavorare. Innanzitutto la mancanza di una porta USB crea un problema con il firmware, poiché per questo sarà necessario utilizzare un convertitore USB-seriale. In secondo luogo, questa scheda è più esigente in termini di alimentazione: è necessario fornire un intervallo di tensione in ingresso di 7-9 V.

Per i motivi sopra descritti, la scheda Arduino Mini viene utilizzata raramente per il funzionamento della casa intelligente. Di solito viene utilizzato nella robotica o nella realizzazione di progetti già pronti.

Visualizza n.2 - Arduino Leonardo e Micro

La scheda Arduino Leonardo è simile alla Uno, ma un po' più potente. Un'altra caratteristica interessante di questo modello è che viene identificato come tastiera, mouse o joystick quando è collegato a un computer. Pertanto, viene spesso utilizzato per creare dispositivi di gioco e simulatori originali.

Tabella delle misure e dimensioni di Uno, Leonardo e dei loro analoghi in miniatura. Gli sviluppatori non hanno seguito la logica dei nomi: "nano" dovrebbe essere il più piccolo

I parametri principali di Arduino Leonardo sono i seguenti:

• processore: ATMega32u4 (8 bit, 16 MHz);
• numero di porte digitali: 20;
• di cui con funzione PWM: 7;
• numero di porte analogiche: 12;
• memoria flash: 32 kbyte;
• SRAM: 2,5KB;
• EEPROM: 1KB.

Come si può vedere dall'elenco dei parametri, Leonardo ha più porte, il che consente a questo modello di essere caricato con un numero maggiore di sensori.

Anche per Leonardo esiste un analogo in miniatura con caratteristiche assolutamente identiche chiamato Micro. Non dispone di un'alimentazione a 12 V e al posto dell'ingresso USB completo è presente un chip per un cavo mini-USB.

La modifica Leonardo denominata Esplora è un modello puramente gaming e non è adatta alle esigenze di una “casa intelligente”.

Visualizza n. 3: Arduino 101, Arduino Zero e Arduino MKR1000

A volte il funzionamento dei sistemi domestici intelligenti realizzati sulla base di Arduino richiede molta potenza di calcolo, che i microcontrollori a 8 bit non sono in grado di fornire. Attività come il riconoscimento vocale o di immagini richiedono un processore veloce e una notevole quantità di RAM per tali dispositivi.

Per risolvere problemi così specifici vengono utilizzate potenti schede che funzionano secondo il concetto Arduino. Il numero di porte di cui dispongono è all'incirca uguale a quello delle schede Uno o Leonardo.

Arduino 101 ha le stesse dimensioni di Uno o Leonardo, ma pesa quasi il doppio. La ragione di ciò è la presenza di due ingressi USB e chip aggiuntivi

Una delle schede più facili da usare ma potenti, Arduino 101 ha le seguenti caratteristiche:

• processore: Intel Curie (32 bit, 32 MHz);
• memoria flash: 196 kbyte;
• SRAM: 24KB;
• EEPROM: no.

Inoltre, la scheda è dotata di funzionalità BLE (Bluetooth Low Energy) con la possibilità di collegare facilmente soluzioni già pronte, come un sensore di frequenza cardiaca, ricevere informazioni sul tempo fuori dalla finestra, inviare messaggi di testo, ecc. Nel dispositivo sono integrati anche un giroscopio e un accelerometro, ma vengono utilizzati principalmente nella robotica.

Un'altra scheda simile, Arduino Zero, ha i seguenti indicatori:

• processore: SAM-D21 (32 bit, 48 MHz);
• memoria flash: 256 KB;
• SRAM: 32KB;
• EEPROM: no.

Una caratteristica distintiva di questo modello è la presenza di un debugger integrato (EDBG). Con il suo aiuto è molto più facile trovare errori durante la programmazione della scheda.

Quando si scrive codice voluminoso, anche un programmatore altamente qualificato riscontra errori. Per trovarli, utilizzare un debugger

Arduino MKR1000 è un altro modello adatto al calcolo ad alta potenza. Ha un microprocessore e una memoria simile allo Zero. La sua principale differenza è la presenza di un chip Wi-Fi integrato con protocollo 802.11 b/g/n e di un chip crittografico con supporto per l'algoritmo SHA-256 per proteggere i dati trasmessi.

Visualizza n. 4 - Modelli della famiglia Mega

A volte è necessario utilizzare un gran numero di sensori e controllare un numero significativo di dispositivi. Ciò è necessario, ad esempio, per il funzionamento automatico dei sistemi di climatizzazione distribuita, che mantengono una determinata temperatura per le singole zone.

Per ogni area locale è necessario monitorare le letture di due sensori di temperatura (il secondo viene utilizzato come controllo) e, secondo l'algoritmo, regolare la posizione della serranda, che determina il volume di aria calda in entrata.

Se in un cottage sono presenti più di 10 zone di questo tipo, sono necessarie più di 30 porte per controllare l'intero sistema. Naturalmente è possibile utilizzare più schede di tipo Uno sotto il controllo comune di una di esse, ma ciò crea ulteriori difficoltà di commutazione. In questo caso è consigliabile utilizzare i modelli della famiglia Mega.

La dimensione delle tavole della famiglia Mega (101,5 x 53,4 cm) è maggiore rispetto a quella dei modelli precedentemente recensiti. Questa è una necessità tecnica, altrimenti non è possibile posizionare un tale numero di porte

La scheda Arduino Mega si basa su un microprocessore abbastanza semplice aTMega1280 a 8 bit e 16 MHz.

Ha una grande quantità di memoria:

• memoria flash: 128 KB;
• SRAM: 8KB;
• EEPROM: 4KB.

Ma il suo vantaggio principale è la presenza di numerosi porti:

• numero di porte digitali: 54;
• di cui con funzione PWM: 15;
• numero di porte analogiche: 16.

Questa tavola ha due varietà moderne:

• Mega 2560 si basa sul microprocessore ATMega2560, caratterizzato da una grande quantità di memoria flash - 256 KB;
• Mega ADK, oltre al microprocessore aTMega2560, è dotato di un'interfaccia USB con la possibilità di connettersi a dispositivi basati sul sistema operativo Android.

Il modello Arduino Mega ADK ha una caratteristica. Quando si collega il telefono all'ingresso USB, è possibile la seguente situazione: se il telefono necessita di ricarica, inizierà a “tirarlo” dalla scheda. Pertanto, esiste un requisito aggiuntivo per la fonte di energia elettrica: deve fornire una corrente di 1,5 ampere. Quando si alimenta tramite batterie, questa condizione deve essere presa in considerazione.

Puoi realizzare un'alimentazione autonoma per Arduino utilizzando batterie o accumulatori collegati.Combinando connessioni seriali e parallele è possibile ottenere la tensione desiderata e un lungo tempo di funzionamento

Due è un altro modello di Arduino che combina la potenza di un microprocessore con un gran numero di porte.

Le sue caratteristiche sono le seguenti:

• processore: Atmel SAM3X8E (32 bit, 84 MHz);
• numero di porte digitali: 54;
• di cui con funzione PWM: 12;
• numero di porte analogiche: 14;
• memoria flash: 512 KB;
• SRAM: 96KB;
• EEPROM: no.

I contatti analogici di questa scheda possono funzionare sia nella consueta risoluzione di 10 bit per Arduino, realizzata per compatibilità con i modelli precedenti, sia in quella a 12 bit, che consente di ricevere un segnale più preciso.

Caratteristiche dell'interazione del modulo tramite porte

Tutti i moduli che verranno collegati alla scheda hanno almeno tre uscite. Due di questi sono cavi di alimentazione, ad es. "terra", nonché una tensione di 5 o 3,3 V. Il terzo filo è logico. Trasmette i dati alla porta. Per collegare i moduli vengono utilizzati cavi speciali raggruppati in gruppi di 3, talvolta chiamati ponticelli.

Poiché i modelli Arduino di solito hanno solo 1 porta di tensione e 1-2 porte di terra, per collegare diversi dispositivi sarà necessario saldare i cavi o utilizzare breadboard.

Puoi collegare alla breadboard non solo l'alimentazione e le porte della scheda Arduino, ma anche altri elementi, come resistenze, registri, ecc.

La saldatura è più affidabile e viene utilizzata in dispositivi soggetti a impatti fisici, come schede di controllo per robot e quadricotteri. Per una casa intelligente, è meglio utilizzare schede di sviluppo, poiché è più semplice sia durante l'installazione che durante la rimozione del modulo.

Alcuni modelli (ad esempio Arduino Zero e MKR1000) hanno una tensione di funzionamento di 3,3 V, quindi se alle porte viene applicato un valore superiore la scheda potrebbe danneggiarsi. Tutte le informazioni sull'alimentazione sono disponibili nella documentazione tecnica del dispositivo.

Schede aggiuntive (scudi)

Per aumentare le capacità delle schede madri, vengono utilizzati gli scudi: dispositivi aggiuntivi che espandono la funzionalità. Sono prodotti per un fattore di forma specifico, che li distingue dai moduli collegati alle porte. Gli scudi sono più costosi dei moduli, ma lavorare con essi è più semplice. Sono inoltre dotati di librerie già pronte con codice, che accelerano lo sviluppo dei propri programmi di controllo per una casa intelligente.

Schermi Proto e Sensor

Questi due scudi standard non aggiungono alcuna funzionalità speciale. Vengono utilizzati per il collegamento più compatto e conveniente di un gran numero di moduli.

Proto Shield è una copia quasi completa dell'originale in termini di porte e puoi incollare una scheda di sviluppo al centro del modulo. Ciò facilita l'assemblaggio della struttura. Tali componenti aggiuntivi esistono per tutte le schede Arduino a lunghezza intera.

Proto Shield è posizionato sopra la scheda madre. Ciò aumenta leggermente l'altezza della struttura, ma consente di risparmiare molto spazio sull'aereo

Ma se i dispositivi sono molti (più di 10), è meglio utilizzare schede di commutazione Sensor Shield più costose.

Non hanno una Bradboard, ma tutti i pin delle porte sono forniti individualmente di alimentazione e terra. Ciò consente di evitare di rimanere impigliati in cavi e ponticelli.

La superficie della scheda madre e delle schede dei sensori è la stessa, ma sullo schermo non sono presenti chip, condensatori e altri elementi. Ciò libera molto spazio per connessioni complete.

Questa scheda dispone anche di connettori per collegare facilmente diversi moduli: Bluetoot, schede SD, RS232 (porta COM), radio e ultrasuoni.

Collegamento di funzionalità ausiliarie

Gli scudi con funzionalità integrate al loro interno sono progettati per risolvere problemi complessi ma tipici. Se hai bisogno di implementare idee originali, è meglio scegliere un modulo adatto.

Scudo motore. È progettato per controllare la velocità e la rotazione dei motori a bassa potenza. Il modello originale è dotato di un chip L298 e può azionare due motori DC o un servo contemporaneamente. Esiste anche una parte compatibile di terze parti che ha due chip L293D con la capacità di controllare il doppio delle unità.

Scudo relè. Un modulo utilizzato frequentemente nei sistemi di casa intelligente. Una scheda con quattro relè elettromeccanici, ognuno dei quali consente il passaggio di corrente con una forza fino a 5A. Questo è sufficiente per accendere e spegnere automaticamente dispositivi kilowatt o linee di illuminazione progettate per corrente alternata a 220 V.

Schermo LCD. Consente di visualizzare le informazioni su uno schermo integrato, che può essere aggiornato a un dispositivo TFT. Questa estensione viene spesso utilizzata per creare stazioni meteorologiche con letture della temperatura in vari ambienti abitativi, annessi, garage, nonché temperatura, umidità e velocità del vento all'esterno.

Lo schermo LCD è dotato di pulsanti integrati che consentono di programmare lo scorrimento delle informazioni e selezionare azioni per inviare comandi al microprocessore

Protezione per la registrazione dei dati. Il compito principale del modulo è registrare i dati dai sensori su una scheda SD di formato completo fino a 32 Gb con supporto per il file system FAT32. Per registrare su una scheda micro SD è necessario acquistare un adattatore.Questa protezione può essere utilizzata come archivio di informazioni, ad esempio, durante la registrazione di dati da un DVR. Prodotto dalla società americana Adafruit Industries.

Protezione della scheda SD. Una versione più semplice ed economica del modulo precedente. Molti produttori producono tali estensioni.

Scudo Ethernet. Modulo ufficiale per connettere Arduino a Internet senza computer. C'è uno slot per una scheda micro SD, che consente di registrare e inviare dati tramite il World Wide Web.

Protezione Wi-Fi. Consente lo scambio wireless di informazioni con supporto per la modalità di crittografia. Serve per connettersi a Internet e ai dispositivi che possono essere controllati tramite Wi-Fi.

Scudo GPRS. Questo modulo viene solitamente utilizzato per comunicare tra una casa intelligente e il suo proprietario tramite telefono cellulare tramite messaggi SMS.

Moduli per la casa intelligente

Il collegamento di moduli di produttori di terze parti e la possibilità di lavorare con essi utilizzando il linguaggio di programmazione integrato è il vantaggio principale del sistema aperto Arduino rispetto alle soluzioni di casa intelligente "di marca". La cosa principale è che i moduli abbiano una descrizione dei segnali ricevuti o trasmessi.

Modi per ottenere informazioni

L'immissione delle informazioni può essere effettuata tramite porte digitali o analogiche. Dipende dal tipo di pulsante o sensore che riceve l'informazione e la trasmette alla scheda.

Per un programma per computer, un segnale digitale corrisponde ai periodi con "0" e "1", mentre un segnale analogico determina l'intervallo di valori in base alla sua dimensione

Un segnale al microprocessore può essere inviato da una persona che utilizza a tal fine due metodi:

• Premendo un pulsante (tasto). Il filo logico in questo caso va alla porta digitale, che riceve il valore “0” se il pulsante viene rilasciato e “1” se viene premuto.
• Rotazione del cappuccio del potenziometro rotante (resistore). o spostando la leva del motore. In questo caso, il cavo logico va alla porta analogica. La tensione passa attraverso un convertitore analogico-digitale, dopo di che i dati vanno al microprocessore.

I pulsanti vengono utilizzati per avviare un evento, ad esempio per accendere e spegnere le luci, il riscaldamento o la ventilazione. Le manopole rotanti vengono utilizzate per modificare l'intensità: aumentare o diminuire la luminosità della luce, il volume del suono o la velocità di rotazione delle pale del ventilatore.

Un potenziometro è un dispositivo semplice, quindi è molto economico. Le sue caratteristiche principali sono la resistenza elettrica e l'angolo di rotazione

I sensori vengono utilizzati per determinare automaticamente i parametri ambientali o l'origine di un evento.

I seguenti tipi sono più richiesti per il funzionamento della casa intelligente:

• Sensore del suono. Le versioni digitali di questo dispositivo vengono utilizzate per attivare un evento utilizzando le mani o la voce. I modelli analogici consentono di riconoscere ed elaborare il suono.
• Sensore di luce. Questi dispositivi possono funzionare sia nel campo visibile che in quello infrarosso. Quest'ultimo può essere utilizzato come sistema di allarme antincendio.
• Termometro. Vengono utilizzati diversi modelli per interni ed esterni, poiché quelli esterni sono meglio protetti dall'umidità. Ci sono anche dispositivi remoti sul cavo.
• Sensore di umidità dell'aria. Il modello DHT11 è adatto per interni e il più costoso DHT22 per esterni. Entrambi i dispositivi possono anche fornire letture della temperatura. Connettersi a una porta digitale.
• Sensore di pressione dell'aria. I barometri analogici di Bosh hanno dimostrato di funzionare bene con le schede Arduino: bmp180, bmp280. Misurano anche la temperatura.Il modello bme280 può essere definito una stazione meteorologica, poiché fornisce anche un ulteriore valore di umidità.
• Sensori di movimento e presenza. Vengono utilizzati per scopi di sicurezza o per accendere automaticamente le luci.
• Sensore di pioggia. Reagisce all'acqua che penetra nella sua superficie. Può essere utilizzato anche per attivare un allarme per perdite nel circuito idraulico o di riscaldamento.
• Sensore di corrente. Vengono utilizzati per rilevare apparecchi elettrici non funzionanti (lampade bruciate) o per analizzare la tensione per evitare sovraccarichi.
• Sensore perdite di gas. Utilizzato per rilevare e rispondere a maggiori concentrazioni di propano.
• Sensore di anidride carbonica. Viene utilizzato per determinare la concentrazione di anidride carbonica nei soggiorni e in locali speciali, come le cantine, dove avviene la fermentazione.

Esistono molti altri sensori diversi per compiti specifici, ad esempio per misurare il peso, la velocità del flusso dell'acqua, la distanza, l'umidità del suolo, ecc.

Alcuni sensori, come l’anemometro, che misura la velocità e la direzione del vento, sono strumenti elettromeccanici complessi

Molti sensori e sensori possono essere realizzati in modo indipendente utilizzando componenti più semplici. Costerà meno. Ma, a differenza dell'uso dei dispositivi seriali, dovrai dedicare tempo alla calibrazione.

Controllo di dispositivi e sistemi

Oltre a raccogliere e analizzare informazioni, una “casa intelligente” deve rispondere agli eventi emergenti. La presenza di elettronica avanzata sui moderni elettrodomestici consente di accedervi direttamente tramite Wi-Fi, GPRS o EtherNet. In genere, i sistemi Arduino implementano la commutazione tra un microprocessore e dispositivi ad alta tecnologia tramite Wi-Fi.

Per poter utilizzare Arduino per accendere il condizionatore quando la temperatura in casa è alta, bloccare la TV e Internet di notte nella stanza dei bambini o avviare la caldaia del riscaldamento all'arrivo dei proprietari, è necessario eseguire tre passaggi:

1. Installa il modulo Wi-Fi sulla scheda madre.
2. Trova canali di frequenza non occupati per evitare conflitti di sistema.
3. Comprendere i comandi del dispositivo e le azioni del programma (o utilizzare librerie già pronte).

Oltre a “comunicare” con i dispositivi computerizzati, spesso sorgono compiti che implicano l’esecuzione di alcune azioni meccaniche. Ad esempio è possibile collegare alla scheda un servoazionamento o un piccolo riduttore, che verrà alimentato da essa.

Il servoazionamento è costituito da un motore e diversi riduttori. Pertanto, nonostante la bassa corrente (5 V), può sviluppare una potenza decente, sufficiente, ad esempio, per aprire una finestra

Se è necessario collegare dispositivi potenti che funzionano da una fonte di alimentazione esterna, vengono utilizzate due opzioni:

1. Inclusione nel circuito relè.
2. Collegamento di un interruttore di alimentazione e di un triac.

Incluso in un circuito elettrico elettromagnetico O relè a stato solido chiude e apre uno dei fili secondo un comando proveniente dal microprocessore. La loro caratteristica principale è la corrente massima consentita (ad esempio 40 A) che può passare attraverso questo dispositivo.

Per quanto riguarda il collegamento di un interruttore di alimentazione (MOSFET) per corrente continua e un triac per corrente alternata, hanno una corrente consentita inferiore (5-15 A), ma possono aumentare gradualmente il carico. È a questo scopo che sulle schede sono previste le porte PWM. Questa proprietà viene utilizzata per regolare la luminosità dell'illuminazione, la velocità della ventola, ecc.

Utilizzando relè e interruttori di alimentazione, puoi automatizzare completamente tutti i circuiti elettrici di casa e avviare il generatore in assenza di corrente. Pertanto, sulla base di Arduino, è possibile implementare la fornitura autonoma di un appartamento o edificio, comprese tutte le funzioni particolarmente importanti - riscaldamento, approvvigionamento idrico, drenaggio, ventilazione e sistema di sicurezza.

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Maggiori informazioni sulla casa intelligente di Xiaomi e Apple nei seguenti articoli:

• Xiaomi smart home: caratteristiche di design, panoramica dei componenti principali ed elementi di funzionamento
• Casa intelligente Apple: sottigliezze nell'organizzazione dei sistemi di controllo domestico dell'azienda Apple

Conclusioni e video utile sull'argomento

Un esempio di un pezzo entry-level autoassemblato per una "casa intelligente":

L'apertura della piattaforma Arduino consente l'utilizzo di componenti di diversi produttori. Ciò semplifica la progettazione di una “casa intelligente” in base alle esigenze dell’utente. Pertanto, se hai almeno una conoscenza minima nel campo della programmazione e del collegamento di dispositivi elettronici, vale la pena prestare attenzione a questo sistema.

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