Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Смята се, че понятието "умен дом" (от английската умна къща) произхожда от средата на миналия век, но поради високата цена на изпълнението такива проекти не са широко разпространени. Ситуацията коренно се промени с развитието на електрониката и в момента такива системи, въпреки че не се прилагат навсякъде, вече не се възприемат като чудо. Предлагаме да се разгледа какво представлява “умен дом”, неговият обхват от задачи, както и възможността за независимо изпълнение на такъв проект.
Каква е системата "умен дом"?
Този термин се отнася до хардуерна и софтуерна система, която ви позволява да автоматизирате и опростите управлението на различни системи, както и друго оборудване у дома или апартамента.
Като пример представяме функциите, които могат да бъдат присвоени на „Умна къща“ (наричана по-долу „SH“):
Управление на осветителната система, например:
- включване на светлината на сигнала на датчика за движение;
- имитация на присъствието на собствениците (светлината периодично светва в различни помещения);
- смяна на различни опции за вътрешно осветление;
- дистанционно управление на светлината с помощта на таблет или смартфон и др.
Опционален функционален набор от системи за сигурност:
- Получаване на SMS съобщения в случай на активиране, деактивиране и активиране на системата;
- изпращане на MMS съобщения от видеокамери при получаване на сигнали от датчици за движение;
- възможност за гледане на видео през интернет и др.
Система за контрол на климата:
- поддръжка на температура на дадено ниво, с възможност за дистанционно инсталиране (например чрез използване на смартфон);
- задаване на режим на максимална икономия при липса на собственици и др.
Това не е цялостен функционален комплект, той може да бъде разширен в зависимост от желанията и финансовите възможности. Благодарение на развитието на безжичните технологии, скалируемостта на системата не изисква големи ремонти.
Какви са недостатъците на „Умния дом“:
- Всяка електроника не е застрахована от повреди или замръзване. Трябва да сте подготвени за необходимостта от ръчно преконфигуриране на отделни електронни системи и компоненти по всяко време;
- Висока цена. На пазарите в Русия и ОНД производителите продават системи на най-ниска цена от $ 2000 до $ 5, 000, в зависимост от “пълненето” и желанията на клиента.
Как да направим къщата "умна"?
В идеалния случай изпълнението на такива решения трябва да се провежда на етапа на строителството, но този вариант не е популярен сред разработчиците по различни причини. В резултат на това има два начина за автоматизиране:
- Свържете се с профилната компания, където проект с последващото му изпълнение ще бъде изготвен въз основа на TZ на клиента. Минималната цена на такова решение варира, както бе споменато по-горе, в диапазона от $ 2000 - $ 5000, максимумът зависи от функционалния комплект и използваното оборудване.
- Независимо разработване и внедряване на системата Smart Home.
В първия случай клиентът получава решение "до ключ". Във втория, цената на изпълнението може да бъде значително намалена, ако не с порядък, тогава няколко пъти, особено ако използвате платформата Arduino за тази цел (ние ще говорим за това малко по-ниско). Необходимо е да се предупреди, че проектът ще изисква умения за програмиране, но разработчиците са се опитали да опростят тази задача колкото е възможно повече.
Накратко за платформата
Основата на платформата е платка с микроконтролер (наричан по-нататък МК) и електронен комплект за тяло. На разположение на контролера са различни сензори и карти за разширение с различни функции.
обозначение:
- Порт за мигане (стандартен USB).
- Бутон за нулиране на хардуера.
- Референтен сигнал за напрежение
- GND.
- Контакти за цифрови сигнали.
- TX сигнал.
- PX сигнал.
- Порт за свързване на външен програмист.
- Контакти за аналогови сигнали.
- Свържете външното захранване.
- GND.
- +5 V.
- +3.3 V.
- Нулиране на сигнала
- Конектор за захранване.
- Микроконтролер.
Особеността на платформата е, че процесът на програмиране на МК е максимално опростен. Фърмуер с помощта на вградения товарач през USB порта на дъската. В случай на случайно “смесване” на тази програма е осигурена възможност за мигане със стандартни програмисти.
Програмирането използва безплатна обвивка (Arduino IDE), съвместима с най-често използваните операционни системи (Windows, Linux, Mac OS). Тази обвивка включва текстов редактор за писане на програми, компилатор и библиотеки. Основният език за програмиране е опростена версия на C ++. По-пълна информация за програмирането MK може да се получи на сайта на разработчика и тематичните форуми. В същите източници можете да разберете всичко за визуализацията на управлението на системата.
Очакваната стойност на оригиналния базов модул е $ 30 - $ 50 (в зависимост от модификацията), китайски аналози - $ 10 - $ 16.
Примери за разширителни карти и сензори
Даваме кратко описание на щита, който може да ви е необходим, когато разработвате свой собствен проект SH.
Модул за свързване към локална мрежа или интернет с помощта на стандартен TCP / IP протокол. Основният елемент е контролерът ENC28J60. Това устройство ви позволява да организирате визуализираното управление на системата от сайта.
Модулът GPRS / GSM SIM900 ви позволява да управлявате системата чрез обмен на данни през мрежата на всеки мобилен оператор. За да се свържете с мрежата, като използвате стандартна SIM карта. Можете да изпращате SMS и MMS съобщения, библиотеката на модула поддържа други функции.
A 10 A 250 V електромеханично реле може да се използва за управление на осветлението или друго подходящо натоварване. Когато захранването е включено, червеният светодиод се включва, ако релето е активирано, зеленият индикатор светва допълнително. Сигналът може да се подава от всеки цифров изход МК.
За съжаление, при максимално натоварване или в близост до него при електромеханичните релета, след няколко седмици работа, контактите могат да започнат да се залепват, поради което не са подходящи за контролиране на работата на електрически котли на отоплителната система. Но не трябва да се разстройвате, защото за платформата на Arduino можете да намерите модули за всички случаи, в тази ситуация можете да решите проблема с реле на твърдо състояние, например SSR-25DA.
Легенда:
- GND на основата.
- За цифров изход, например, D
- Захранване 220 V.
- Заредете връзка.
Имайте предвид, че този модул е реализиран на триак, а за неговата стабилна работа е необходимо отвеждане на топлината, затова препоръчваме да закупите радиатор в пълен размер заедно с модула.
сензори
Сега ще разгледаме няколко типа сензори, които също могат да бъдат полезни за проекта, да започнем с HC-SR501 IR устройството, което улавя движението.
Легенда:
- Захранване от източник в диапазона от 5-12 V (може да бъде свързан към +5 V на борда на контролера).
- Сигналът, идващ от сензора (свързва се към всеки цифров вход MK)
- GND е свързан със съответния контакт на основата.
- Времето на закъснение (запазване на логическата единица на изхода) е от 5 до 300 секунди.
- Чувствителност на сензора (може да се настрои от 3 до 7 метра).
- Превключете на режим "H" (с поредица от операции е зададена логическа единица).
- Задаване на режим "L" (при активиране се изпраща един импулс).
Не по-малко полезен ще бъде цифровия температурен датчик DS18B20 (произведен в запечатан и конвенционален дизайн). Тяхната особеност е, че устройствата не изискват калибриране и всеки от тях има свой собствен уникален идентификатор. Това означава, че сензорът предава данните за температурата и неговия уникален номер. Благодарение на това е възможно да се инсталират няколко сензора в един контур и да се обработи входящата информация програмно. Ограничете дължината на сигналните проводници - 50 метра.
Завършвайки темата на сензорите, представяме модул за измерване на влажността, който може да се използва като сигнално устройство за изтичане на вода или за организиране на поливане на вътрешни или оранжерийни растения.
Легенда:
- Цифров изход, свързва се към всеки подходящ конектор на основната карта MK. Той сигнализира за влажността, съответстваща на прага.
- Аналогов изход информира за текущата влажност.
- GND
- Мощност +5 V.
- Контролирайте прага на чувствителност.
Донесохме само три типични сензора, съвместими с платформата, всъщност има много повече. Можете да се запознаете с разнообразието на тези продукти на уебсайтовете на производителите.
След като приключим с прегледа на оборудването, ще пристъпим към проектирането на системата за управление и автоматизация, трябва да започнем с изложението на проблема.
Определяне на началните условия
На първо място, необходимо е да се определи формулировката на проблема, т.е. функционалността на системата. Да предположим, че имаме едно студио, което може да се раздели на следните зони:
- Ролетни.
- Коридорът.
- Тоалетна комбинирана с баня.
- Кухня.
- Всекидневна
Задача: автоматизиране на управлението на осветлението, котелното и вентилационната система.
Зададохме задачите за всяка от зоните.
гергеф
В този случай можете автоматично да включите светлината, когато се приближавате към входната врата. Това означава, че ви трябва датчик за движение. В същото време е необходимо да се вземе под внимание нивото на осветяване, съответно и автоматиката да работи само на тъмно. За да направите това, ви е необходим сензор GY302 или подобен (в прегледа не го донесохме, но намирането на описание няма да бъде проблем). Включването и изключването на електрическата крушка (след определеното време в програмата) може да бъде доверено с твърдо реле за ниска мощност, например G3MB-202P , проектирано за ток на натоварване от 2 A.
Входно антре
Контролът на осветлението в тази област може да бъде организиран на същия принцип, както в преддверието. Можете да добавите светлината, когато отваряте входната врата. Като сензор е подходящ типичен превключвател за врата.
Тоалетна и баня
Включването на котела може да бъде свързано с присъствието на собствениците в апартамента. Ако няма кой да е, автоматиката ще изключи принудително бойлера с помощта на модула SSR-25DA. Няма смисъл да се следи температурата на отопление, тъй като тези устройства се изключват сами, когато се достигне предварително зададения праг. Светлината и отработените газове трябва да се включат автоматично, когато човек влезе в тази зона, и да се изключи след известно време, ако движението не бъде открито.
Автоматизация на кухнята
Контролът на осветлението на тази зона може да се остави ръчен, но може да се дублира чрез автоматично изключване на светлината, ако движението не се открива дълго време. Когато работите с електрическа или газова печка, капакът трябва да се включва и изключва след известно време след готвене. Можете да контролирате работата на аспиратора с помощта на термичен сензор, който открива повишаване на температурата, когато плочата е включена.
Всекидневна
В тази стая е по-добре да управлявате осветлението ръчно, но можете да реализирате възможността за автоматично изключване на светлината с достатъчно ниво на осветяване.
Даденият пример е доста условен, тъй като всеки разработва алгоритъм за работа на Умния дом, в зависимост от личните предпочитания.
Характеристики на терморегулацията
В заключение, ние даваме няколко препоръки за управлението на отоплението. Трябва да се обърне внимание на инерцията на системата. Вероятно контролът чрез просто включване и изключване на отоплението, в съответствие с даден температурен диапазон, може да създаде доста неприятни условия. В този случай трябва да се използва алгоритъмът за PID регулиране, в мрежата е налична библиотека с нейното приложение за Arduino.
Без да навлизате в подробности, можете да опишете работата на този алгоритъм, както следва:
- Извършва се анализ между необходимата и текущата температура в помещението и се определя определена мощност на отоплителната система от резултата.
- Извършва се отчитане на постоянна топлинна загуба. Те могат да зависят от външната температура или други фактори. Следователно, когато се достигне зададената температура, отоплението не се изключва напълно, а намалява до нивото на топлинните загуби, необходими за компенсиране.
- Последният фактор, който влияе върху работата на алгоритъма, отчита инерцията на отоплителната система, която не позволява температурата да надвиши определения диапазон.