Умный дом на Arduino: проектирование и устройство своими силами

Умный дом на Arduino с нуля своими руками

Что такое Arduino

Arduino – открытая небольшая электронная плата с простым в использовании процессором и программным обеспечением. Платформа считывает входящую информацию, затем по заранее введенному алгоритму переформировывать команды к различным устройствам, работающим от электричества. Для этого используется язык программирования Arduino и ПО Arduino (IDE) на базе проекта Processing.

Открытый код платы позволяет использовать составляющие различных производителей. Для конструирования системы Умный дом на Ардуино легко подобрать устройства под запросы пользователя. Людям с минимальными знаниями в программировании и электрике стоит обратить внимание на эту систему.

Преимущества системы Arduino

1. Низкая стоимость по отношению к другим вариантам плат: готовые модули стоят 10 долларов.
2. Межплатформенность ПО позволяет работать с операционными системами Windows, MacOSX, Linux.
3. Интегрированная среда разработки IDE подходит для начинающих программистов, которые решили сделать Умный дом на Ардуино своими руками.
4. Возможность создать небольшой проект за считаные минуты с помощью стандартных библиотек.
5. Удобная в плане конструирования и соединения.

Принцип работы системы

Питание Ардуино

Чтобы при подключении к питанию плата не сгорела и работала без глюков, необходимо уделить отдельное внимание источникам питания и тому, как их подключать.

На плате Ардуино возможно подключение питания 3 способами:

1. Через внешний адаптер в пин Vin (и GND), который ведет ток через бортовой стабилизатор напряжения Arduino. Рекомендуемое напряжение – 7–12 В. Данный тип подключения подходит для Ардуино проектов с не очень большой нагрузкой.
2. С помощью порта USB, что удобно при тестировании или программировании через ПК.
3. Прямая подача на пин 5V. Этот способ обходит стабилизатор входного напряжения, поэтому может вывести плату из строя. Однако для питания больших Ардуино проектов Умный дом – это наиболее подходящий вариант подключения.

Интересно: чтобы не превысить максимальное напряжение в 5,5 В, можно воспользоваться самым популярным решением – взять блок питания зарядки смартфона (диапазон от 300 мА до 3 А потянет практически любой проект).

5V – с этого пина подается питание внешним устройствам.

3.3V – на этот пин через внутренний стабилизатор подается напряжение 3.3 В.

GND – вывод на ноль.

VIN – пин для подачи внешнего напряжения.

IREF – пин для передачи информации о напряжении на внешние приборы.

Какие решения предлагает Arduino

Датчики и устройства, совместимые с Ардуино, выпускают многие производители, поэтому ассортимент комплектующих для системы Умный дом на Arduino внушительный:

• Сенсоры для отслеживания температуры, освещенности в разное время суток, влажности, осадков и атмосферного давления.
• Сенсоры реагирования на движение.
• Аварийные датчики.
• Другие устройства и пульты.

В набор Arduino Start (у большинства производителей – StarterKit) включена часть индикаторов и датчиков.

Для исполнения команд, направляемых системой Умный дом на базе Arduino, требуются:

• реле и переключатели;
• вентили;
• электромоторы;
• 3-ходовые клапаны с сервоприводом;
• диммеры.

Примечание: для освещения в системе Умный дом своими руками на базе Arduino используются светодиоды, так как лампы накаливания при подключении через реле сразу горят.

Виды плат для сборки умного дома

Платы для создания системы Умный дом на Ардуино своими руками с нуля не любят компактность – все задачи лучше разнести по различным блокам. А вот много памяти для ПО и хранения информации не нужно. Чаще всего при самостоятельной сборке используются такие виды плат:

Arduino Leonardo и Micro

Плата Arduino Leonardo довольно мощная по сравнению с другими. Она популярна при создании игровых устройств, определяет мышь, клавиатуру и игровые джойстики.

• чипсет ATMega32u4 (8 bit, 16 MHz);
• цифровые порты – 20, с поддержкой ШИМ – 7 из них;
• аналоговые порты – 12;
• флеш-память – 32 КВ;
• быстрая Sram для хранения программных данных – 2,5 КВ;
• медленная Eeprom, где хранится информация – 1 КВ.

Эту модификацию можно нагружать множеством датчиков благодаря наличию портов.

Arduino Micro – мини-аналог платформы Leonardo. Различие в том, что порт USB заменен на мини-USB и отсутствует питание от 12 В.

Примечание: модель Leonardo Esplora заточена исключительно под игры, поэтому для Умного дома не подходит.

Arduino 101, Arduino Zero и Arduino MKR1000

Эти модели обладают большой вычислительной мощностью и подходят для конструирования сложных систем, где предусмотрено голосовое управление Умным домом на Ардуино, распознавание изображений.

Количество портов для подключения датчиков примерно как у Leonardo, а остальные параметры мощней.

У Arduino 101 есть дополнительные чипсеты и порт USB.

• процессор Intel Curie (32 bit, 32 MHz);
• память flash – 196 КВ;
• Sram: 24 KB;
• Eeprom: нет;
• Bluetooth Low Energy для подключения готовых решений.

Параметры аналогичной Arduino Zero:

• процессор: SAM-D21 (32 bit, 48 MHz);
• flash-накопитель: 256 KB;
• Sram: 32 KB;
• Eeprom: нет;
• встроенный отладчик EDBG для поиска ошибок программирования.

Arduino MKR1000 – мощная платформа-аналог Zero. Особенности:

• чип Wi-Fi с протоколом 802.11 b/g/n;
• поддержка алгоритма SHA–256 для защиты передачи данных.

Платы дополнения (шилды)

Для расширения вспомогательного функционала используются дополнительные платы – шилды. Ниже приведен список самых интересных:

• LCD Shield определяет метеорологические показатели в помещениях: влажность, скорость ветра, температуру.
• Motor Shield обеспечивает управление скоростью и оборотами моторов. Есть модели с поддержкой нескольких приводов.
• Data Logging Shield предназначена для записи и хранения информации до 32 Gb.
• Relay Shield самая востребованная в системах Smart Homе, рассчитана на обслуживание приборов мощностью 1 КВт.
• Ethernet Shield от Ардуино обеспечивает независимость Умного дома от ПК, настраивает интернет-связь.
• Wi-fi Shield нужен для передачи шифрованных данных между Arduino и устройствами.
• Energy Shield позволяет разнообразить источники питания для подключения проекта.
• GPRS Shield используется для связи Умного дома с телефоном владельца.

Составление проекта Arduino

При создании системы Умный дом на Ардуино своими руками с нуля проект должен включать такие функции (пример):

• отслеживание колебаний температуры на улице и внутри здания;
• функция открытия и закрытия окон;
• изменения погоды;
• реагирование датчиков слежения при активной сигнализации.

Мониторинг работы системы проверяется через телефон и веб-браузер.

Компоненты для системы Умный дом

Стоимость элементов проекта составляет примерно 90–100 долларов:

• платформа Arduino;
• блок Ethernet ENC28J60;
• два датчика температуры DS18B20;
• микрофон;
• датчик для определения осадков;
• сенсор движения;
• переключатель;
• блок реле;
• резисторы 4,7 кОм;
• интернет-кабель;
• кабель «витая пара».

Какие датчики и контролеры можно подключать и как они работают

Микроконтроллер с помощью ПО обрабатывает данные с датчиков и управляет устройствами. Их подключают через шилды:

• Сенсоры контроля изменений в окружающей среде.
• Сенсоры пространственной ориентации объекта.
• Индикаторы движения объектов.
• Датчики контроля аварийных ситуаций.

Сборка «умного дома»: пошаговая инструкция

Подключение исполнительных и сенсорных устройств

Разработка программного кода

Программа пишется юзером в оболочке Arduino IDE, которая сохраняет файлы в расширении «.ino». При программировании используется язык С++ в упрощенной форме – многие файлы библиотек, заголовков IDE составляет автоматически. Пользователю обязательно прописать при старте настройки setup() и loop() (выполняется постоянно), указать пользовательские библиотеки. В простых настройках IDE не запутается даже начинающий программист.

Сейчас для Ардуино в интернете много готовых программ и скетчей, поэтому можно воспользоваться готовым ПО с объяснениями принципа работы. Нужно только скачать, распаковать архив и отправить в папку IDE.

Установка клиентского приложения на смартфон (для ОС Android)

Для отслеживания и управления Умным домом со смартфона нужно:

• загрузить файл SmartHome.apk;
• разрешить установку софта на телефон;
• активировать и настроить приложение.

Работа с роутером

Для настроек маршрутизатора:

• зайти в настройки устройства;
• прописать IP адрес Arduino;
• указать переход на чипсет Адруино по порту 80.

Настройка браузера на работу с «умным домом»

В адресную строку вводится «IP-адрес пользователя/all». После этого станет доступно управление системой.

На чем лучше написать десктопное приложение под устройство на Arduino

В Arduino стоят МК AVR, поэтому без проблем можно писать на С (без плюсов) в AVRStudio, CodeVisionAVR, AtmelStudio. Для загрузки полученного кода в МК потребуется внешний программатор, для него почти на всех платах есть разъем ISP (6pin).

Также нужно учитывать, что язык в Arduino IDE понимает классы и формально основан на С/С++. Искать что-то еще другое не имеет смысла.

Если нужно соединить Arduino с ПК, то софт для компьютера можно написать на любом удобном языке программирования. Для мобильных гаджетов существует масса приложений.

Дистанционное управление умным домом

Открыть платформе доступ в интернет можно через:

• Wi-Fi-адаптер;
• Wi-Fi роутер;
• Bluetooth.

Для управления с телефона пригодятся приложения:

• Blynk;
• Virtuino;
• Bluino Loader – Arduino IDE;
• Arduino Bluetooth Control;
• RemoteXY: Arduino Control;
• Bluetooth Controller 8 Lamp;
• BT Voice Control for Arduino;
• IoT Wi-Fi контроллер.

Для управления платой Умный дом данные системы размещаются на самостоятельно созданном веб-сервере.

На платформу добавляется разъем RJ-45 на Arduino Ethernet Shield.

Плата с помощью кабелей подключается к USB-разъему и роутеру. Потом в среде разработки IDE прописать код для создания сервера и передачи информации на сервер.

Подробнее о том, что представляет собой система умный дом, читайте здесь.

Умный дом с Arduino

В данном проекте я покажу, как построить умный дом. Он может контролировать температуру снаружи и внутри помещения, фиксировать открыто или закрыто окно, показывать, идет ли дождь, а также подавать тревожный сигнал, когда сработает датчик движения PIR. Я создал приложение на ОС Android для отображения всех данных (данные можно также просматривать через браузер). Вы сможете видеть температуру в вашем доме и другую информацию с любой точки мира! Приложение переведено на английский и польский язык. Я создал данное устройство, поскольку хотел иметь свой собственный умный дом, которым можно управлять. Вы также сможете построить умный дом из компонентов, рекомендованных ниже. Тогда приступим.

Объяснение сокращений для начинающих:

GND – земля
VCC – питание
PIR – датчик движения

Шаг 1: Компоненты

Стоимость всех компонентов не превышает $90

• Arduino
• ethernet модуль ENC28J60
• Датчик температуры DS18B20 x 2 штуки
• Микрофонный модуль
• Датчик дождя
• PIR – датчик движения
• Язычковый переключатель
• Реле
• Резистор 4.7 кОм
• Кабель, витая пара
• ethernet кабель
• инструменты (паяльник, отвертка)

Шаг 2: Соединения

Схема соединений показана выше.

Шаг 3: Программный код

Сначала вам необходимо загрузить, разархивировать и импортировать данную библиотеку в среду разработки Arduino IDE. Далее потребуется загрузить данную программу в Arduino. В комментариях объясняется программный код.

Шаг 4: Принцип работы

Если вы нажмете на кнопке refresh (обновить) в вашем приложении или в браузере, то Arduino отправит данные в смартфон/браузер. Приложение получает программный код с каждой страницы ( /tempin, /tempout, /rain, /window, /alarm) и отображает его на вашем смартфоне.

Шаг 5: Приложения для Android.

Для установки приложения на вашем смартфоне под управлением ОС Android вам необходимо выполнить следующее (это видно на картинках выше):

1. Сначала загрузите файл smartHome.apk
2. Отправьте файл apk на ваш телефон
3. Откройте файловый менеджер и разместите файл smarthHome.apk
4. Щелкните на нем и нажмите установить (вам необходимо установить галочку, которая разрешает устанавливать приложения вне маркета google play)
5. После установки вам необходимо активировать приложение

Шаг 6: Конфигурирование приложения

Я кратко объясню, как работает приложение. Оно отображает все данные из вашего дома. Вы можете нажать на иконку настроек для редактирования вашего IP адреса, и включать и выключать тревожную сигнализацию. Когда вы включаете сигнализацию, то приложение получает данные от активного датчика движения PIR. Если датчик определяет постороннее движение в доме, он посылает уведомление. Приложение получает данные от датчика каждую минуту. В поле IP введите ваш IP-адрес.

Шаг 7: Браузер

Введите в адресной строке браузера ваш ip адрес / all. При этом вы увидите все данные и сможете включать и выключать свет.

Для этих функций вы также можете использовать приложение на Android.

Шаг 8: Переадресация портов

Вам нужно открыть порт на вашем роутере. Войдите в конфигурацию роутера, установите адрес arduino ip и откройте порт 80. Процедура показана на картинке выше.

Шаг 9: Присвоение доменного имени NO IP (опция)

Вы можете настроить учетную запись на no ip, но это не обязательно. На картинке выше показан процесс конфигурации.

Шаг 10: Тестирование

Если вы хотите видеть данные на вашем компьютере, то в адресной строке браузера введите ваш ip адрес / all (напр., 12.345.678.901/all) или используйте приложение Android.

Шаг 11: Редактирование: исходная программа приложения Android app

Ниже указан исходный программный код для Android.

Приложение переведено на английский и польский язык. Вы можете через браузер включать и выключать свет, но не можете через приложение, поскольку данная функция еще не реализована.

«Умный» дом на платформе Arduino – как сделать своими руками?

Arduino — популярная платформа для создания автоматики своими руками. Она подходит для изготовления автоматики в сельском хозяйстве, в рекламной деятельности, в сфере игровых развлечений и других видах деятельности.

Можно ли изготовить на платформе Arduino систему «умного» дома своими руками? Стоит рассмотреть и этот вопрос подробно, на примере одного проекта.

Начальные условия

Умный дом на Ардуино

Необходимо сделать автоматику в однокомнатном доме. Всего в доме пять зон: крыльцо, прихожая, санузел, кухня и комната проживания. На крыльце есть свет, который хозяева включают в тёмное время суток при входе или выходе из дома. В прихожей свет включается, когда хозяева приходят или уходят из дома. В санузле находится бойлер для нагрева воды, а также система вентиляции и освещения.

На кухне и в комнате в зимнее время включаются нагревательные приборы — электрические конвекторы. На кухне есть вытяжка, которая включается при приготовлении пищи. Также в доме установлена пара рекуператоров: на кухне и в комнате.

Составление проекта Arduino

• Крыльцо. Здесь необходимо сделать включение света при приближении хозяина к дому в тёмное время суток. Также необходимо сделать автоматическое включение света при открывании входной двери при выходе из дома.
• Прихожая. Автоматическое включение света при наступлении тёмного времени суток и обнаружения движения. В ночное время включаться должна маломощная лампочка, чтобы резким светом не будить других проживающих.
• Санузел. Нагревание воды в бойлере происходит в зависимости от того, обнаруживает ли автоматика нахождение в доме хозяина. Сам бойлер снабжён внутренним выключателем электричества — при достижении водой предельной температуры он отключается. Когда заходит человек в санузел, то необходимо автоматически включать вытяжку и свет.
• Кухня. Свет на кухне включается и выключается вручную. Но имеется возможность выключения света при фиксации длительного отсутствия движения. При готовке пищи автоматически включается вытяжка.
• Комната. В комнате, как и на кухне свет включается вручную, но при фиксации отсутствия движения есть возможность автоматического выключения света.

Отопительные приборы и рекуперация воздуха. Отопительные приборы работают на поддержание заданной температуры в доме. При фиксации отсутствия хозяина, минимальная поддерживаемая температура снижается на определённое количество градусов. Как только происходит фиксация присутствия хозяина в доме, автоматически нижний порог переключается в нормальный режим поддержки температуры. Рекуперация воздуха происходит при фиксации присутствия хозяина, но не реже чем 10 минут в час.

Какие решения предлагает Arduino

Как видно из данной постановки задач нам, кроме платы Arduino, понадобятся: датчики движения, датчики открывания двери, датчики температуры и освещённости. Для включения электрических приборов нам могут понадобиться реле. В качестве датчика фиксации открытия двери может быть применён обычный геркон. Все датчики можно купить для платы Arduino.

Так как количество датчиков достаточно большое для такого маленького дома, то для платформы Arduino существуют платы расширения. Всё, что необходимо, это правильно подключить датчики к прибору и написать программу, которая будет являться «сердцем» «умного» дома.

Прошить плату Arduino легко с помощью специальной программы, которая выпускается для любой операционной системы, а также кабеля USB. Не нужно никаких программаторов, как в случае разработки автоматики на микроконтроллерах.

Программа, которая прошивается в Arduino, пишется на языке Си. Безусловно, есть ограничения на количество байт этой программы. Для реализации поставленной задачи объёма памяти вполне хватит.

Визуализация «умного дома» и расширение возможностей на Ардуино

Безусловно, для визуализации процессов «умного» дома можно было бы использовать ЖК-дисплей, любые цифровые табло. Но всё-таки, для «умного» дома это не является хорошим решением.

Для визуализации процессов и состояний автоматики на платформе Arduino лучше всего использовать отдельный сервер обработки состояний. Этот сервер может быть реализован на программной технологии Node.js, позволяющей реализовать любой сервер, в том числе и для обработки состояний платы Arduino.

Node.js используется для решения задач Интернета вещей, поэтому для визуализации автоматики «умного» дома он точно подойдёт. Достаточно создать сервер и обработчик на языке JavaScript, и можно будет отображать результат в браузере компьютера или планшета.

Микрокомпьютер одноплатный Raspberry Pi

В качестве «железа» сервера можно использовать микрокомпьютер Raspberry Pi или обычный стационарный компьютер или ноутбук. При этом расширяются возможности самой системы автоматизации.

Если на плате Arduino ограниченный объём физической памяти, то на сервере этот объём ничем не ограничен. Саму программу сервера можно написать так, что она будет полностью управлять платформой Arduino.

Например, можно расширить функционал нашего «умного» дома и приблизить его к умному дому без кавычек. Есть возможность написать такой алгоритм, который будет вести статистику нахождения хозяина в доме и его возвращение домой. Если хозяин обычно возвращается домой в районе 17:30, то за час можно включить бойлер для нагрева воды. Также, ориентируясь на это время, можно заранее включить отопительные приборы, чтобы возвращение было уже в тёплый дом, а не в тот, где температура ниже на 10 градусов из-за экономии электричества в отсутствии хозяев. Программа может понять когда хозяева обычно ложатся спать и заранее переставать греть воду, так как ею уже никто не будет пользоваться до утра. И таких нюансов может быть множество. Именно внешний компьютер может дать продвинутые «мозги» контроллеру на Arduino, который превратится больше в исполнительный механизм.

Дистанционное управление «умным» домом

Как уже упоминалось выше, с помощью сервера на Node.js можно связать вещи друг с другом. Это касается и визуализации процессов автоматики дома в Интернете через облачные сервисы. Это один способ управления своим домом через Интернет. Можно включить бойлер или отопительные приборы вручную заранее перед приездом в дом.

Другой способ — это получение данных и управление «умным» домом на платформе Arduino с помощью SMS и MMS сообщений. Ведь далеко не всегда может быть Интернет под рукой. И, если включение какого-либо прибора может быть не критичным, то получение сообщения о протечке воды может оказаться просто необходимым. И здесь, на помощь в разработке своими руками полнофункционального «умного» дома на платформе Arduino может прийти плата Edison компании Intel.

И что же мы получаем?

Как видно, Arduino — это не просто плата для разработки каких-то простых устройств автоматики. На платформе Arduino можно легко создать своими руками даже автоматику «умного» дома. При этом нет необходимости переплачивать деньги за устройства от компании Simens, которые дороги и обойдутся в 5-10 раз дороже Arduino.

Arduino можно подключить к компьютеру и получить визуализацию процессов на экране монитора или планшета. Автоматикой «умного» дома на платформе Arduino можно управлять через Интернет или с помощью SMS и MMS сообщений. На Arduino можно создавать своими руками достаточно сложные устройства.

Создание умного дома на базе Arduino

С появлением интернета вещей отношения умного дома с владельцем переходят на новый уровень – теперь контроллер, управляющий жилищем, может в любой момент связаться с хозяином и получить от него новое задание. Специальное приложение для Android или iOS позволит вам управлять своим домом с экрана смартфона из соседней комнаты или с другого континента. Взаимодействовать с техникой будущего и разрабатывать новые способы применения интернета вещей научит вас эта книга – в ней есть всё, что нужно для творчества. Издание познакомит вас с основами создания и отладки проектов по автоматизации дома на основе контроллеров Arduino и NodeMCU.

1. Понятие интернета вещей для умного дома

2. Обзор набора «Интернет вещей для умного дома»

3. Установка программного обеспечения
3.1. Установка Arduino IDE в Windows
3.2. Установка Arduino IDE в Linux
3.3. Установка Arduino IDE в Mac OS X
3.4. Настройка среды Arduino IDE
3.5. Установка Arduino IDE для ESP8266

4. Подключение датчиков
4.1. Датчик влажности и температуры DHT11 (DHT22)
4.1.1. Подключение датчика DHT22 к плате Arduino MEGA
4.1.2. Подключение датчика DHT22 к модулю NodeMCU ESP8266

4.2. Цифровой датчик температуры RI002
4.2.1. Подключение датчика RI002 к плате Arduino MEGA
4.2.2. Подключение датчика DS18B20 к модулю NodeMCU ESP8266

4.3. Датчик увлажненности почвы
4.3.1. Подключение датчика Soil Moisture к плате Arduino MEGA
4.3.2. Расширение аналоговых входов – мультиплексор CD4051
4.3.3. Подключение датчика Soil Moisture к модулю NodeMCU ESP8266

4.4. Датчик уровня воды
4.4.1. Подключение датчика уровня воды к плате Arduino MEGA
4.4.2. Подключение датчика уровня воды к модулю NodeMCU ESP8266

4.5. Датчик газов MQ-2
4.5.1. Подключение датчика MQ-2 к плате Arduino MEGA
4.5.2. Подключение датчика MQ-2 к модулю NodeMCU ESP8266

4.6. Датчик угарного газа MQ-7
4.6.1. Подключение датчика MQ-7 к плате Arduino MEGA
4.6.2. Подключение датчика MQ-7 к модулю NodeMCU ESP8266

4.7. Модуль датчика огня Flame Sensor
4.7.1. Подключение модуля датчика Flame Sensor к плате Arduino MEGA
4.7.2. Подключение модуля датчика Flame Sensor к модулю NodeMCU ESP8266

4.8. Модуль датчика присутствия HC-SR501
4.8.1. Подключение модуля датчика присутствия HC-SR501 к плате Arduino MEGA
4.8.2. Подключение модуля датчика присутствия HC-SR501 к модулю NodeMCU ESP8266

5. Отображение показаний и индикация состояний датчиков
5.1. Цифровой дисплей Nokia 5110
5.2. Вывод показаний датчиков на дисплей Nokia 5110 для Arduino MEGA
5.3. Светодиодная индикация и звуковая сигнализация о критических параметрах датчиков для Arduino MEGA
5.4. Увеличение цифровых контактов для NodeMCU для ESP8266. Микросхема MCP23017
5.5. Светодиодная индикация и звуковая сигнализация о критических параметрах датчиков для NodeMCU
5.6. TFT 2.4″ Shield 240×320
5.7. Вывод показаний датчиков на TFT 2.4″
Shield 240*320 для Arduino MEGA

6. Управление исполнительными устройствами
6.1. Подключение блока реле для управления исполнительными устройствами
6.2. Подключение блока реле к плате Arduino MEGA
6.3. Подключение блока реле к модулю NodeMCU
6.4. Управление блока реле по ИК-каналу (для NodeMCU)
6.5. Организация доступа в дом с помощью RFID-модуля для Arduino MEGA
6.6. Отображение данных о статусе исполнительных
устройств на экране дисплея и управление с помощью сенсора

7. Создание будильников для запуска исполнительных устройств по расписанию
7.1. Подключение модуля DS3231 к плате Arduino MEGA. Добавление срабатывания устройств умного дома по будильнику (для Arduino MEGA)
7.2. Использование TFT 2.4″ Shield 240×320. Вывод времени на экран дисплея
7.3. Вывод списка будильников на TFT 2.4 Shield 240×320
7.3. Подключение модуля DS3231 к модулю NodeMCU
7.4. Добавление срабатывания устройств умного дома по будильнику (для NodeMCU)

8. Организация подключения к сети Интернет
8.1. Модуль GSM/GPRS SIM800L
8.2. Управление модулем GSM/GPRS SIM800L с помощью AT-команд
8.3. Подключение модуля GSM/GPRS SIM800L к плате Arduino MEGA
8.4. Подключение модуля NodeMCU к сети Интернет по Wi-Fi

9. Протокол MQTT – простой протокол для интернета вещей
9.1. IoT Manager
9.2. Передача данных брокеру (тестовый пример)
9.3. Публикация данных датчиков в темы брокера (для NodeMCU)
9.4. Управление из IoT Manager исполнительными устройствами на плате NodeMCU
9.5. Публикация данных датчиков в темы брокера (для Arduino MEGA)

Название: Создание умного дома на базе Arduino
Автор: Петин В.А.
Год 2018
Издательство: ДМК-Пресс
Язык: русский
Формат: PDF
Качество: Изначально электронное (ebook)
Иллюстрации: Цветные
Страниц: 180
Размер: 23,68 мб

Скачать Петин В.А. Создание умного дома на базе Arduino

Что такое умный дом Apple и как он работает

Концепция умного дома разрабатывалась довольно давно. Она предполагает управление системой безопасности, противопожарной системой, домашним оборудованием вплоть до простейших приборов с помощью одного модуля. Умный дом Apple – один из вариантов программной платформы.

1. Принцип работы умного дома Apple
2. Полный список устройств умного дома
3. Освещение, розетки и выключатели
4. Система вентиляции
5. Датчики
6. Контроль аварий
7. Системы охраны
8. Интернет-устройства
9. Правила подключения и управления системой
10. Основные достоинства и недостатки умного дома Apple
11. Место на рынке

Принцип работы умного дома Apple

Apple — закрытая система, допускает использование только сертифицированных компанией составляющих

Фреймворк разработан для интеграции бытовых приборов и максимальной автоматизации их работы. С технологической точки зрения решения просты. Однако система от Эппл закрытая и предполагает использование только тех элементов, которые были сертифицированы компанией.

Основным рынком Apple выступает США. Стандарты электроснабжения здесь отличаются. Аксессуары, специально разработанные для Home Kit, могут оказаться неработоспособными.

Платформа Apple Home Kit решает такие задачи:

• собирает данные с установленных и подсоединенных приборов и мониторов;
• управляет домашним оборудованием;
• выполняет запрограммированные сценарии: включить отопление или кондиционер в нужный момент, обеспечивает работу охранной сигнализации, регистрирует посетителя и передает о нем сведения пользователю;
• уведомляет владельца жилища о возникновении нештатных ситуаций.

Фреймворк Home Kit управляется устройствами iPhone, iPad или AppleTV.

Полный список устройств умного дома

Лампы имеют голосовое управление, меняют цвет, яркость свечения

Платформа позволяет работать с устройствами и приспособлениями, рассчитанными на функционирование в системе умного дома. Возможна установка и подсоединение приборов других производителей. Однако выбор на российском рынке ограниченный.

Освещение, розетки и выключатели

В условиях РФ использовать можно только те приборы, размеры и стандарт энергопотребления которых совпадает с российскими стандартами.

В умном доме на базе Apple Home Kit компания выпускает всего 3 вида ламп, работающих от сети на 220 В и цоколем E27. Все модели поддерживают функцию работы на неполную мощность. Доступно декоративное освещение. Например, световые панели Nanoleaf Light Panels. Светодиоды в ее составе генерируют цветное излучение разной мощности.

Дополнительное удобство – интеллектуальные выключатели. iPhone или iPad не всегда под рукой. Готовые сценарии активируют нажатием на кнопку – кратким, двойным, длительным. Выключатели располагают в местах, где требуется реализация.

Если домашние приборы не поддерживают Home Kit, есть другой способ – интеллектуальные розетки. С айпода можно управлять их включением и отключением. Розетки действует как счетчики. Это позволяет контролировать аппараты, работающие от них.

Система вентиляции

Продукция Haier интегрируется с умным домом Apple

Существует крайне ограниченное число кондиционеров или вентиляторов, сертифицированных Apple. Со смартфона можно управлять оборудованием, рассчитанным на напряжение до 120 В. Список короткий:

• потолочные вентиляторы от Hunter;
• линейка кондиционеров от Haier;
• масляные обогреватели той же компании;
• очистители воздуха O’pro9 – выпускаются для США.

Чтобы включить кондиционирование в общую систему, прибегают к другим решениям: настраивают 3 сценария работы и подсоединяют к интеллектуальному выключателю или розетке.

Другой способ – Elgato Eve. Это централизованный контроллер, который с помощью розеток способен координировать работу вентиляции и кондиционирования с платформой от Эппл.

Датчики

Датчик движения Elgato Eve Motion

Лучше воспользоваться Elgato Eve. Погодная станция оценивает и показывает температуру, уровень влажности, давление, анализатор воздуха в комнате предоставляет те же данные о воздухе в помещении. Контактные датчики контролируют открывание дверей и окон, могут закрывать двери и сигнализировать о несанкционированном открытии. Сенсоры движения регистрируют перемещение объектов.

Совместимы с Home Kit продукция компания August Smart Lock. Со смартфона владелец жилища контролирует вход в дом, просматривает статистику посещений, получает изображение гостя.

Контроль аварий

Такая возможность осуществляется за счет датчиков Elgato Eve. Средства автоматизации уведомляют о происходящем владельца, однако платформа рассчитана скорее на управление, а не на предупреждение аварий.

Системы охраны

GSM сигнализация Honeywell

Базой для нее выступают уже упомянутые контактные датчики и сенсоры движения. Дополняют структуру видеокамеры, совместимые с Home Kit, например, продукция компании D-link. Предварительно на устройство устанавливают ПО от Apple.

Существует и комплексное решение – готовая охранная система от Honeywell. Однако она рассчитана на голосовое управление и использует английский, французский, испанский и португальский языки.

Интернет-устройства

Компания предлагает собственный протокол для передачи данных по локальной сети – AirPlay. Если колонки, ресиверы, камеры поддерживают протокол, не составляет труда подключить их.

Чтобы управлять удаленно системой умный дом, необходимо установить мобильное приложение – сетевой мост, смарт хаб. Apple TV так же может справиться с этой функцией.

Есть и другие приспособления, которые можно автоматизировать: моторизированные шторы – регулируют поток света; приводы для открывания подъемных и раздвижных ворот – предполагают голосовое управление на английском языке; системы полива – подают воды по запрограммированному алгоритму; термостаты – регулируют нагрев каждого радиатора.

Правила подключения и управления системой

Устройства определяются и настраиваются автоматически

Все устройства, совместимые с Home Kit, определяются и подключаются автоматически. Настройка выполняется в несколько этапов:

• на вкладке комнаты задают разделение приборов по зонам;
• определяют аппараты, совместимые с платформой;
• каждому обнаруженном устройству назначают зону;
• долго нажимая на кнопку прибора, открывают элементы управления и составляют сценарии.

Добавленные в «Избранные» приборы или сценарии доступны не только приложению Home, но и другим устройствам: макбук, планшету, часам, если на них есть учетная запись Apple.

Основные достоинства и недостатки умного дома Apple

У платформы Apple Smart для Home есть свои преимущества:

• управление с одного устройства;
• в пределах возможностей ПО можно разработать любые сценарии;
• доступно управление голосом через облачный голосовой помощник Siri;
• соединение беспроводное.

Основной недостаток — ограниченное количество совместисых устройств

Недостатки есть и существенные:

• список совместимых аппаратов и технологий ограничен;
• выбор настенных выключателей очень мал;
• для голосового управления требуется интернет;
• нет элементов, устанавливаемых в электрощите, система не может предупредить аварийные ситуации.

Apple предполагает максимальное упрощение управления. Такой подход плохо совмещается со сложными системами.

Место на рынке

Apple – далеко не первая и не единственная компания, занимающаяся разработкой умного дома. Crestron, AMX предлагают решения более объемные и комплексные. В то же время уже появились приложения, поддерживающие отдельные технологии Apple.

Простое управление привлекает потребителя. Нередка ситуация, когда для взаимодействия между iPhone и «чужой» системой, пишут драйверы или устанавливают специальные устройства по типу Raspberry Pi.

Что такое умный дом Apple HomeKit, зачем он вам нужен (и нужен ли)?

В прошлом году компания Apple представила платформу HomeKit и приложение Home для более простой интеграции и управления гаджетами умного дома, поддерживающими работу с iPhone. В этом году компания открыла платформу для большего числа сторонних разработчиков, добавила поддержку умной колонки HomePod и мультирум систем на базе AirPlay 2.

Ни о какой полноценной конкуренции с продвинутыми профессиональными системами, существующими много лет, до сих пор речи не шло, но владельцы оных и эксперты рынка домашних инсталляций не без причин обеспокоились появлением столь крупного нового игрока.

Apple свойственно приходить на подготовленную конкурентами почву и предлагать самые простые с точки зрения обычного человека программные и технологические решения. Зачастую эти решения сильно меняют правила игры. Давайте попробуем разобраться, насколько это возможно на сложившемся рынке систем умного дома.

Что такое Apple Home и как это работает

В основе всей идеологии умного дома Apple лежит управление устройствами с iPhone при помощи Siri и специального приложения «Дом». Подразумевается, что у потенциального хозяина умного дома уже есть iPad или Apple TV, которые можно использовать в качестве главного контрольного хаба для связки всех имеющихся устройств и дистанционного контроля.

Список поддерживаемых устройств огромный: тут есть как банальные светильники, лампы, переключатели, так и продвинутые системы охраны дома, управления окнами, дверьми гаража и сетевыми мостами. Более пятидесяти компаний на данный момент уже поддерживают платформу HomeKit. Сама Apple не продает никаких готовых комплектов оборудования, все нужно искать самостоятельно. Большая часть аксессуаров продается в фирменном интернет-магазине Apple, однако для нашей страны там пока все очень скудно.

Приложение «Дом» комбинирует устройства по разным комнатам, позволяет задать готовые сценарии и автоматическое поведение в зависимости от времени суток, геопозиции хозяина и действий разных датчиков. Подробнее об этом вы можете прочитать на официальном сайте компании.

Кроме того, Apple делает акцент на простоту настройки и сопряжения всех умных девайсов в одну систему. Устройства опознаются смартфоном сразу же после включения, либо требуют сканирования специального кода. Если у вас уже были настроены какие-то устройства с поддержкой HomeKit, то приложение «Дом» моментально их распознает. Никаких специалистов для создания системы умного дома вызывать не нужно.

Место на рынке и отношения с конкурентами

Сложившийся рынок систем умного дома не спешит реагировать на появление Apple у их ворот. Компании вроде Crestron, Control 4, AMX, Savant и других продолжают развивать свои платформы и приложения, игнорируя поддержку HomeKit, но не игнорируя поддержку iPhone и прочих систем. Та же Crestron, например, имеет приложение для Apple Watch, а недавно появилась поддержка Amazon Alexa и Sonos.

И хотя некоторые компании уже делают первые шаги навстречу иным умным платформам, общая картина остается примерно следующей: производители систем умного дома с многолетней историей не хотят впускать в свои владения Apple и альтернативные решения конкурентов, предлагая более целостный и комплексный подход.

Между тем пользователи подобных систем все чаще начинают чувствовать себя обделенными. Многим людям действительно хочется управлять умным домом с помощью Siri и очень простого приложения вместо громоздких и не всегда поворотливых альтернатив. Люди сами пишут драйверы для Control 4 и используют устройства по типу Raspberry Pi в качестве связующего моста между iPhone и целой домашней системой. Один из таких способов сопряжения устройств из разных миров доступен и описан здесь.

А вот так это может работать:

Недостатки и достоинства

При всей кажущейся простоте концепции умного дома Apple, система имеет ряд очевидных минусов, с которыми не каждый потенциальный владелец захочет мириться. Например, все то же отсутствие готового комплекта устройств от самой Apple вносит путаницу и создает сложности для пользователей, не знающих, какие именно девайсы и гаджеты им выбрать для будущего умного дома.

Не менее важной и не слишком приятной особенностью Apple Home является необходимость использования iPhone, iPad и Apple TV. Их все нужно покупать и они не будут работать с вашим Android-смартфоном или любым другим устройством на любой другой платформе.

Многообразие компаний, поддерживающих платформу HomeKit, имеет и обратную сторону. Если что-то пойдет не так, то владелец устанет писать претензии каждому производителю и бегать по разным сервисам, потому что Apple не несет никакой ответственности за их устройства. Комплексный подход от одной компании в данном случае тоже будет удобнее.

Но в отличие от обычных систем умного дома, настройка Apple Home не требует выезда специалиста и глубокого изучения инструкций. С подключением девайсов к смартфону сможет разобраться даже ребенок — и в этом состоит главное преимущество платформы Apple.

Возможность выбора любых гаджетов для умного дома также развязывает руки владельцам. Широкий ассортимент устройств позволит создать именно такой умный дом, какой хочется, а не какой предлагает одна компания производитель.

Плюс ко всему дизайн гаджетов и аксессуаров для умного дома, поддерживающих HomeKit, чаще всего выполнен в присущей Apple эстетике и отлично сочетается с любым современным интерьером. К тому же вероятность появления эксклюзивных дизайнерских хай-тек аксессуаров на этом рынке выше, потому что в наши дни можно продать любую красивую безделушку, если она работает в связке с iPhone.

Так убийца или нет?

Многие владельцы существующих систем умного дома и эксперты сходятся во мнении, что Apple HomeKit не убьет актуальные платформы, но поможет им стать современнее и ближе к людям. Вместе они смогут эволюционировать в более гибкие, безопасные и продвинутые комплексные решения, от которых выиграют все, и прежде всего — потребители.

На мой взгляд, конкретно навредить текущим умным системам Apple сможет лишь в том случае, если начнет сама предлагать какие-то комплексные решения умного дома, обладающие уникальными функциями. А до этого момента конкурентам можно не беспокоиться. Но вот обновить свои приложения и гаджеты под HomeKit им все же не помешает.

Что такое Apple HomeKit и как использовать систему в России

Каждый из нас думает о безопасности и повышении комфорта собственного жилья. Мы проверяем, закрыты ли двери и окна, когда уходим, чтобы не стать жертвой домушников. Следим за температурой и влажностью в комнатах. Регулярно возвращаемся, чтобы выключить свет, утюг и обогреватели. Беспокоимся о возможных неприятных ситуациях, как например, протечка воды или утечка газа.

Система «умный дом» выполняет повседневные рутинные действия за человека, а упростить процесс контроля и управления поможет Apple HomeKit.

Apple HomeKit упростила управление умным домом

Умные розетки, контроллеры открытия и закрытия дверей и окон, датчики протечки воды, дыма, утечки газа, камеры наблюдения, термостаты и так далее — эти устройства, которые обещают превратить обычный дом в умный, существуют не первый год.

Но раньше использовать их было сложно. Каждый производитель делал отдельное приложение под iPhone для управления теми или иными процессами. Чтобы найти необходимое на устройстве, требовалась уйма времени, поэтому говорить об удобстве не приходилось.

Apple увидела проблему и представила HomeKit еще на WWDC 2014.

Это универсальная система умного дома, которой можно управлять с iPhone, iPad, Apple Watch и даже Apple TV. Ее центром стало приложение Дом — оно сразу установлено на эти устройства.

Apple решила проблему совместной работы нескольких устройств разных производителей и упростила управление умным домом, заменив десяток разношерстных приложений одним универсальным.

С помощью системы можно создавать сценарии из нескольких действий и условий. А также просто, быстро и безопасно управлять любыми поддерживаемыми устройствами — в том числе удаленно через интернет, а также голосом с помощью Siri.

Чтобы сделать дом умным, ремонт не понадобится

Для установки системы умного дома не понадобится штробить стены, переделывать ремонт в квартире или офисе, вызывать специалистов и долго учиться пользоваться какими-то сложными приложениями.

Чтобы перейти на новый уровень комфорта, нужно просто расставить устройства по дому и потратить минимум времени на настройку.

Сегодня гаджеты с поддержкой HomeKit выпускает больше пяти десятков компаний — сделать свое устройство совместимым с системой может любой производитель, который пройдет сертификацию Apple. И им можно будет управлять с iPhone, iPad, Apple Watch и Apple TV.

Среди российских систем, поддерживающих HomeKit, заметно выделяется компания Rubetek. Кстати, недавно она получила Национальную премию в области потребительской электроники в России ПРОДУКТ ГОДА.

Набор «Умная квартира»

На фоне западных аналогов решения компании Rubetek выделяются добротным качеством, полным набором необходимых возможностей и невысокой ценой.

Теперь весь дом окажется в мобильном телефоне. Управлять устройствами, смотреть онлайн-видео, общаться с близкими, контролировать доступ в квартиру можно с помощью одного бесплатного мобильного приложения, которое полностью на русском языке и с удобным интерфейсом.

Система позволит дому подстроиться под вас, избавит от выполнения регулярных рутинных действий. Благодаря ей вы будете осведомлены о всех событиях, происходящих у вас дома.

Только задумайтесь, всего с января по май 2016 года МВД РФ зарегистрировало 100 000 краж с проникновением в жилище. В среднем в России обкрадывают 657 квартир в день, или 27 квартир в час.

В случае непрошеных гостей, открытии окон, шкафов и дверей, неприятных ситуаций (задымление, протечка воды, утечка газа), вы сразу же получите уведомление и сможете оперативно устранить проблему.

Используя систему вы рационально расходуете энергоресурсы, экономите свое время и деньги, снижаете риск непредвиденных ситуаций.

Благодаря системе умного дома вы сможете:

• моментально узнавать о всех событиях в доме
• включать и выключать свет в помещении удаленно, управлять теплым полом и другими отопительными приборами, следить за потреблением электроэнергии и отключать устройства
• управлять жалюзи и шторами на окнах, автоматически открывать ворота и рольставни со смартфона
• контролировать закрытие и открытие дверей и окон, следить за движением в помещении и записывать происходящее на видео
• общаться с близкими на расстоянии через мобильное приложение
• управлять любыми действиями в помещении с помощью голоса
• создавать сценарии с последовательностью действий устройств в доме и условий включения-выключения приборов
• получать Push-уведомления на телефон обо всех событиях в доме

Благодаря системе можно сделать несколько действий сразу с помощью одной команды. Например, вы говорите «ушёл на работу», и у вас в доме отключаются все электрические приборы, освещение и теплый пол.

Также получится настроить автоматические включение света в квартире при открытии дверей, активацию отопительных приборов при понижении температуры и даже открытие жалюзи на окнах сразу после срабатывания будильника.

Какие устройства помогут сделать дом умным

Центр управления

Центр управления позволяет удаленно управлять устройствами, создавать сценарии взаимодействия между ними, добавлять гаджеты сторонних производителей в открытую экосистему и многое другое.

У вас уже есть умные устройства? Отлично. Просто включите их в открытую экосистему Rubetek и создавайте новые сценарии.

Датчики

Датчик протечки

С помощью специальных датчиков вы сможете избежать протечки воды и предотвратить затопление своей квартиры и соседей снизу. Как показывает опыт, куда проще установить один маленький прибор, чем страховать квартиру, а потом бороться за выплаты.

Датчики защитят дом от посторонних, пожара и утечки газа. С помощью них можно автоматически включить отопление при понижении температуры или кондиционеры при повышении.

Благодаря датчикам открытия получится увидеть время, когда дети приходят из школы и убедиться, что с ними все в порядке.

Камеры

Миниатюрная поворотная камера

С помощью миниатюрных и поворотных камер можно узнать, чем занимаются дети дома, пока родители на работе. А также увидеть на смартфоне баловство скучающих без хозяев домашних животных своими глазами.

А вот уличные камеры пригодятся автолюбителям, которые хотят быть уверены, что с машиной на парковке все в полном порядке — они же понадобятся, чтобы узнать виновного в повреждении имущества.

При подключении камер к Центру управления, система ведет журнал событий, который можно просмотреть через мобильное приложение, и сохраняет записи на Google Drive и Яндекс Диск.

Управлять поворотом видеокамеры можно прямо с вашего смартфона через мобильное приложение Rubetek.

Розетки

Умная розетка

Умные розетки станут настоящей находкой для всех, кто постоянно забывает, выключил ли утюг или телевизор. С помощью системы можно послать команду и тут же обесточить подключенные устройства.

Техника

Умный кондиционер

Умные кондиционеры обычно используются вместе с датчиками температуры и влажности. С их помощью можно встроить бытовой прибор в сценарии — например, когда стало жарко, нужно включиться.

Такими устройствами можно управлять голосом с помощью Siri и создать максимальный комфорт для дома и офиса.

Наборы

Если не хочется думать по поводу комплекта устройств, которые нужно приобрести для того или иного сценария, можно купить готовые наборы для безопасности и защиты от протечки, видеонаблюдения и контроля доступа, видеоконтроля и безопасности, а также базовый для умной квартиры.

Системы умного дома — это просто. Они не потребуют больших вложений, но заметно повысят комфорт работы и жизни, увеличат уровень безопасности и позволят избавить себя от рутинных обязанностей.

При покупке устройств умного дома Rubetek в наборе или по отдельности можно получить iPhone 7 и другие подарки. Акция действует до 31 августа — подробности здесь.