Pametna kuća temeljena na Arduino kontrolerima: projektiranje i organizacija upravljanog prostora

Razvoj sredstava automatizacije doveo je do stvaranja složenih sustava koji poboljšavaju kvalitetu ljudskog života. Mnogi poznati proizvođači elektronike i softverskih okruženja nude gotova tipična rješenja za različite objekte.

Razviti samostalne projekte i sastaviti “pametnu kuću” na Arduinu prema svojim potrebama može čak i neiskusni korisnik. Glavno je razumjeti osnove i ne bojati se eksperimentirati.

U ovom članku razmotrit ćemo načelo izrade i osnovne funkcije automatizirane kuće temeljene na Arduino uređajima. Također ćemo razmotriti korištene vrste ploča i osnovne module sustava.

Stvaranje sustava na platformi Arduino

Arduino je platforma za razvoj elektroničkih uređaja s automatskim, poluautomatskim ili ručnim upravljanjem. Izrađena je po principu konstruktora s jasno definiranim pravilima interakcije između elemenata. Sustav je otvoren, što omogućuje vanjskim proizvođačima da sudjeluju u njegovom razvoju.

Klasična “pametna kuća” sastoji se od automatiziranih blokova koji obavljaju sljedeće funkcije:

• prikupljaju potrebne informacije putem senzora;
• analiziraju podatke i donose odluke pomoću programabilnog mikroprocesora;
• provode donesene odluke dajući naredbe različitim uređajima.

Platforma Arduino je dobra upravo zato što nije ograničena na određenog proizvođača, već omogućuje potrošaču da sam odabere komponente koje mu odgovaraju. Njihov izbor je ogroman, stoga se mogu ostvariti gotovo sve zamisli.

Preporučujemo da se upoznate s najboljim pametnim uređajima za dom.

Za učenje rada s Arduinom na web stranici proizvođača možete kupiti startni set (Starter Kit). Poznavanje tehničkog engleskog je obavezno, jer dokumentacija nije prevedena na ruski.

Osim raznolikosti povezivih uređaja, varijabilnost dodaje i programsko okruženje implementirano u jeziku C++. Korisnik može ne samo koristiti postojeće biblioteke, već i sam programirati reakciju komponenata sustava na događaje koji se pojave.

Osnovni elementi ploča

Glavni element “pametnog doma” je jedna ili više centralnih (matičnih) ploča. One su odgovorne za interakciju svih elemenata. Tek nakon što se odrede zadaci koje treba riješiti, može se pristupiti izboru glavnog čvora sustava.

Matična ploča u sebi objedinjuje sljedeće elemente:

• Mikrokontroler (procesor). Njegova glavna namjena je davati i mjeriti napon na portovima u rasponu od 0-5 ili 0-3.3 V, pamtiti podatke i obavljati izračune.
• Programator (nije prisutan na svim pločama). Pomoću ovog uređaja u memoriju mikrokontrolera zapisuje se program prema kojem će “pametni dom” raditi. Na računalo, tablet, pametni telefon ili drugi uređaj povezuje se putem USB sučelja.
• Stabilizator napona. Potreban je uređaj od 5 volti, za napajanje cijelog sustava.

Pod markom Arduino proizvodi se nekoliko modela ploča. One se međusobno razlikuju po obliku (veličini), broju portova i količini memorije. Upravo prema tim pokazateljima treba odabrati odgovarajući uređaj.

Arduino ploče i shieldove za njih bolje je nabaviti od proizvođača, jer su kvalitetnije od kompatibilnih uređaja koji se proizvode u Kini.

Postoje dvije vrste portova:

• digitalni, koji su na ploči označeni slovima “d”;
• analogni, koji su označeni slovom “a”.

Zahvaljujući njima mikrokontroler ostvaruje komunikaciju s povezanim uređajima. Bilo koji port može raditi i za primanje signala i za njegovo slanje. Digitalni portovi s oznakom “pwm” namijenjeni su za ulaz i izlaz signala tipa PWM (pulzno-širinska modulacija).

Stoga je prije kupnje ploče potrebno barem približno procijeniti razinu njezine opterećenosti različitim uređajima. To će omogućiti da se odredi potreban broj portova svih vrsta.

Pritom treba razumjeti da sustav “pametni dom” ne mora nužno biti vezan za upravljački blok temeljen na jednoj matičnoj ploči. Funkcije poput, na primjer, uključivanja umjetne rasvjete kućnog okoliša ovisno o dobu dana i održavanje rezerve vode u spremniku neovisne su jedna o drugoj.

Sa stajališta osiguravanja pouzdanosti rada elektroničkog sustava, bolje je razdvojiti nepovezane zadatke na različite blokove, što koncepcija Arduino omogućuje lako provesti. Ako se pak na jednom mjestu spoji mnogo uređaja, moguće je pregrijavanje mikroprocesora, sukob programskih biblioteka i poteškoće pri pronalaženju i otklanjanju programskih i hardverskih kvarova.

Spajanje više različitih uređaja na jednu ploču obično se koristi u robotici, gdje je važna kompaktnost. Za “pametni dom” bolje je za svaki zadatak koristiti vlastitu osnovu.

Svaki mikroprocesor opremljen je s tri vrste memorije:

• Flash memorija. Glavna memorija u kojoj se pohranjuje kod programa upravljanja sustavom. Mali njezin dio (3-12 %) zauzima ugrađeni program za pokretanje (bootloader).
• SRAM. Radna memorija u kojoj se pohranjuju privremeni podaci potrebni tijekom rada programa. Odlikuje se velikom brzinom rada.
• EEPROM. Sporija memorija u kojoj se također mogu pohranjivati podaci.

Glavna razlika između vrsta memorije za pohranu podataka je u tome što se pri isključivanju napajanja informacije koje su zapisane u SRAM-u gube, dok u EEPROM-u ostaju. No, nepromjenjiva vrsta memorije ima i nedostatak – ograničen broj ciklusa zapisivanja. To treba imati na umu pri stvaranju vlastitih aplikacija.

Za razliku od primjene Arduina u robotici, za većinu zadataka “pametnog doma” nije potrebno puno memorije ni za programe ni za pohranu informacija.

Vrste ploča za sastavljanje pametne kuće

Razmotrimo osnovne vrste ploča koje se najčešće koriste pri izradi sustava pametnog doma.

Vrsta #1 — Arduino Uno i njegove inačice

Najčešće se u sustavima “pametni dom” koriste ploče Arduino Uno i Arduino Nano. One posjeduju dovoljnu funkcionalnost za rješavanje tipičnih zadataka.

Mogućnost napajanja punoformatnih ploča naponom od 7-12 V pruža brojne prednosti. Prije svega, to je mogućnost dugotrajnog autonomnog rada iz standardnih baterija ili akumulatora.

Osnovni parametri Arduino Uno Rev3:

• procesor: ATMega328P (8 bita, 16 MHz);
• broj digitalnih priključaka: 14;
• od toga s PWM funkcijom: 6;
• broj analognih priključaka: 6;
• flash memorija: 32 KB;
• SRAM: 2 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Ne tako davno izašla je modifikacija – Uno Wi-Fi, koja sadrži integrirani modul ESP8266, koji omogućuje razmjenu informacija s drugim uređajima putem standarda 802.11 b/g/n.

Razlika između Arduino Nano i njegovog većeg analoga leži u nedostatku vlastite utičnice za napajanje od 12 V. To je učinjeno kako bi se postigla manja veličina uređaja, što omogućuje njegovo lako skrivanje u malom prostoru. Također, u tu svrhu standardna USB veza zamijenjena je čipom s mini-USB kabelom. Arduino Nano u odnosu na Uno ima 2 analogna priključka više.

Postoji još jedna modifikacija ploče Uno – Arduino Mini. Ona je još manja od Nano i s njom je raditi mnogo teže. Prvo, nedostatak USB priključka stvara problem s programiranjem, jer će za to trebati koristiti USB-Serijski pretvarač. Drugo, ova ploča je zahtjevnija u pogledu napajanja – potrebno je osigurati raspon ulaznog napona 7-9 V.

Iz gore navedenih razloga, ploča Arduino Mini rijetko se koristi za rad “pametnog doma”. Obično se primjenjuje u robotici ili pri realizaciji već gotovih projekata.

Vrsta #2 — Arduino Leonardo i Micro

Ploča Arduino Leonardo slična je Uno, ali nešto snažnija. TakoĐer, zanimljiva značajka ovog modela je njegovo prepoznavanje pri poveziivanju s raćunalom ka tipkovnica, miš ili džojstik. Stoga se često koristi za stvaranje originalnih igraćih ureĐaja i simulatora.

Tablika veličina i dimenzija modela Uno, Leonardo i njihovih minijaturnih analoga. Razvojni inženjeri nisu poštivali logiku u nazivima – “nano” bi trebao biti najmanji.

Osnovni parametri Arduino Leonarda su sljedeći:

• procesor: ATMega32u4 (8 bit, 16 MHz);
• broj digitalnih portova: 20;
• od njih s PVM funkcijom: 7;
• broj analognih portova: 12;
• flash memorija: 32 KB;
• SRAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Kao što se vidi iz navedenog popisa parametara, Leonardo ima više portova, što omogućuje opteerećenje ovog modela većim brojem senzora.

Također za Leonardo postoji apsolutno identičan po karaktristikama minijaturni analog pod nazivom Micro. On nema napajanje od 12 V, a umjesto punog USB ulaza ima čip za mini-USB kabel.

Modifikacija Leonarda pod nazivom Esplora – čisto je igraća model i ne odgovara potrebama “pametnog doma”.

Vrsta #3 — Arduino 101, Arduino Zero i Arduino MKR1000

Ponekad je za rad sustava “pametnog doma” implementiranih na bazi Arduino potrebna veća raćunalna snaga koju 8-bitni mikrokontroleri nisu u stanju pružiti. Zadaci poput prepoznavanja glasa ili slike zahtjevaju brz procesor i značajnu količinu radne memorije za takve ureĐaje.

Za rješavanje takvih specifičnih zadataka koriste se snažne ploče koje funkioniraju prema konceptu Arduino. Broj portova na njima približno je isti ka na pločama Uno ili Leonardo.

Arduino 101 ima iste dimenzije kao Uno ili Leonardo, ali teži gotovo dvostruko više. Razlog tome je prisustvoduva USB ulaza i dodatinih čipova.

Jedna od najjednostvnjih za korištenje, ali snažnih ploča – Arduino 101 ima sljedeće karaktristike:

• procesor: Intel Curie (32 bit, 32 Mhz);
• flaš memorija: 196 KB;
• SRAM: 24 KB;
• EEPVOM: nema.

Dodatno, ploča je opremljena BLE funkcionalnošću (Bluetooth Low Energy) s mogućnošću jednostavnog povezivanja gotovih rješenja, poput senzora otkucaja srca, primanja informacija o vremenskim prilikama vani, slanja tekstualnih poruka itd. Također, u uređaj su integrirani giroskop i akcelerometar, ali se uglavnom koriste u robotici.

Još jedna slična ploča – Arduino Zero ima sljedeće pokazatelje:

• procesor: SAM-D21 (32 bit, 48 MHz);
• Flash memorija: 256 KB;
• SRAM: 32 KB;
• EEPVOM: nema.

Posebnost ovog modela je ugrađeni debugger (EDBG). Uz njegovu pomoć puno je lakše pronalaziti greške pri programiranju ploče.

Pri pisanju opsežnog koda, čak i kod visokokvalificiranog programera pojavljuju se greške. Za njihovo pronalaženje koristi se debugger.

Arduino MKR1000 – još jedan model, prikladan za snažne izračune. Ima mikroprocesor i memoriju slične Zero. Glavna razlika je integrirani Wi-Fi čip s protokolom 802.11 b/g/n i kripto čip s podrškom za algoritam SHA-256 za zaštitu prenesenih podataka.

Vrsta #4 — modeli iz serije Mega

Ponekad je potrebno koristiti veliki broj senzora i upravljati značajnim brojem uređaja. Na primjer, to je potrebno za automatsko funkcioniranje sustava distribuiranog klimatiziranja koji održavaju određenu temperaturu za pojedine zone.

Za svako lokalno područje potrebno je pratiti očitanja dva temperaturna senzora (drugi se koristi kao kontrolni) i u skladu s algoritmom regulirati položaj zaklopke koja određuje količinu dotoka toplog zraka.

Ako takvih zona u vikendici ima više od 10, tada je za upravljanje cijelim sustavom potrebno više od 30 portova. Naravno, može se koristiti nekoliko ploča tipa Uno pod zajedničkim upravljanjem jedne od njih, no to stvara dodatne komplikacije s povezivanjem. U tom slučaju preporučljivo je koristiti modele obitelji Mega.

Veličina ploča obitelji Mega (101.5 x 53.4 cm) veća je od prethodno razmatranih modela. To je tehnička nužnost – inače se toliki broj portova ne može smjestiti.

Ploča Arduino Mega izgrađena je na bazi prilično jednostavnog 8-bitnog 16-megahertnog mikroprocesora aTMega1280.

Ima veliku količinu memorije:

• Flash memorija: 128 KB;
• SRAM: 8 KB;
• EEPROM: 4 KB.

No njezina glavna prednost je mnoštvo portova:

• broj digitalnih portova: 54;
• od toga s PWM funkcijom: 15;
• broj analognih portova: 16.

Ova ploča ima dvije moderne varijante:

• Mega 2560 temelji se na mikroprocesoru aTMega2560, koji ima veliku količinu Flash memorije – 256 KB;
• Mega ADK osim mikroprocesora aTMega2560 opremljena je USB sučeljem s mogućnošću povezivanja na uređaje temeljene na operativnom sustavu Android.

Model Arduino Mega ADK ima jednu posebnost. Prilikom spajanja telefona na USB ulaz moguća je sljedeća situacija: ako telefonu treba punjenje, on će ga “vući” iz ploče. Stoga postoji dodatni zahtjev za izvorom električne energije – mora osigurati struju od 1,5 ampera. Pri napajanju putem baterija ovaj uvjet treba uzeti u obzir.

Autonomno napajanje za Arduino može se ostvariti pomoću priključenih akumulatora ili baterija. Kombiniranjem serijskog i paralelnog povezivanja može se postići potreban napon i dugotrajno vrijeme rada.

Due – još jedan model tvrtke Arduino, koji ujedinjuje snagu mikroprocesora i velik broj priključaka.

Njegove karakteristike su sljedeće:

• procesor: Atmel SAM3X8E (32 bitna, 84 MHZ);
• broj digitalnih portova: 54;
• od toga s PWM funkcijom: 12;
• broj analognih priključaka: 14;
• flash memorija: 512 KB;
• SRAM: 96 KB;
• EEPVOM: nema.

Analogni kontakti ove ploče mogu raditi i u uobičajenoj 10-bitnoj razlučivosti za Arduino, što je učinjeno radi kompatibilnosti s prethodnim modelima, i u 12-bitnoj, koja omogućuje dobinje precižnijeg signala.

Značajke interakcije modula putem portova

Svi moduli koji će biti spojeni na ploču imaju najmanje tri izlaza. Dva od njih su žice za napajanje, t jew . “masa” (uzemljenje), te napon od 5 ili 3,3 V. Treća žica je logička. Nome se prenose podaci do priključka. Za povezivanje modula koriste se posebne žice grupirane po tri, koje se ponekad nazivaju jumperima.

Budući da modeli Arduino obično imaju samo jedan priključak za napon i 1-2 priključka za “masu”, za povezivanje više uređaja potrebno je ili lemiti žice ili koristiti eksperimentalne pločice (breadboard).

Na eksperimentalnu pločicu moguće je spojiti ne samo napajanje i priključke Arduino ploče, već i druge elemente, kao što su npr. otpornike, registre i td.

Lemljenje je pouzdanije i primjenjuje se u uređjima koji su izloženi fizičkom utjecaju, npr. upravljačke ploče za robote i kvadrokoptere. Za pametnu kuću bolje je koristiti eksperimentalne pločice jer je to jednostavnije i kod postavljanja i kod uklanjanja modula.

Kod nekih modela (npr. Arduino Zero i MKR1000) radni napon iznosi 3,3 V, stoga ako se na priključke dovede veća vrijednost, moguće je oštećenje ploče. Sve informacije o napajanju dostupne su u tehničkoj dokumentaciji uređaja.

Dodatne ploče (shieldovi)

Za povećanje mogućnosti matičnih ploča koriste se shieldovi – dodani uređaji koji proširuju funkcionalnost. Izrađuju se za određeni form-faktor, što ih razlkuje od modula koji se spajaju na priključke. Shieldovi su skuplji od modula, ali je rad s njima jednostavniji. Također su opremljeni gotovim bibliotekama sa kodom, što ubrzava razvoj vlastitih upravljačkih programa za “pametnu kuću”.

Shieldovi Proto i Sensor

Ova dva standardna shielda ne donose nikakve posebne funkcije. Koriste se za kompaktnije i praktičnije povezivanje velikog broja modula.

Proto Shield je gotovo potpuna kopija originala u pogledu priključaka, a u sredini modula može se zalijepiti prototipna pločica. To olakšava sastavljanje konstrukcije. Takvi dodaci postoje za sve pune veličine Arduino ploče.

Proto Shield se postavlja na matičnu ploču. To neznatno povećava visinu konstrukcije, ali štedi puno prostora u ravnini.

Ali ako je uređaja jako puno (više od 10), bolje je koristiti skuplje komunikacijske ploče Sensor Shield.

One nemaju ugrađenu breadboard ploču, ali su na sve pinove priključaka individualno dovedeni napajanje i uzemljenje. To omogućuje da se ne zbunjujete u žicama i kratkospojnicima.

Površina matične ploče i senzorske ploče je ista, međutim na shield-u nema čipova, kondenzatora i drugih elemenata. Zbog toga se oslobađa puno pro stora za potpuna spajanja.

Također na ovoj ploči postoje konektori za jednostavno povezivanje nekoliko modula: Bluetoth, SD kartice, RS232 (COM-port), radio i ultrazvuk.

Povezivanje dodatnih funkcija

Shieldovi s integriranom funkcionalnošću dizajnirani su za rješavanje složenih, ali tipičnih zadataka. Ako je potrebno ostvariti originalne ideje, bolje je ipak odabrati odgovarajući modul.

Motor Shield. Namijenjen je za upravljanje brzinom i okretanjem slabijih motora. Originalni model opremljen je jednim L298 čipom i može raditi istovremeno s dva istosmjerna motora ili jednim servo pogonom. Postoji i kompatibilni dio od altrnativnog proizvođača koji ima dva L293D čipa s mogućnošću upravljanja dvostruko većim brojem pogona.

Relay Shield. Često korišteni modul u sustavima "pametne kuće". Ploča s četiri elektromehanička releja, od kojih svaki dopušta prolaz struje jačine do 5A. To je dovoljno za automatsko uključivanje i isključivanje kilovatnih uređaja ili rasvjetnih linija predviđenih za izmjeničnu struju od 220 V.

LCD Shield. Omogućuje prikaz informacija na ugrađenom zaslonu, koji se može nadograditi na TFT uređaj. Ovo proširenje često se koristi za izradu meteoroloških stanica s očitanjima temperature u različitim stambenim prostorima, dograđenim prostorijama, garaži, te temperature, vlažnosti i brzine vjetra na otvorenom.

U LCD Shield ugrađeni su gumbi koji omogućuju programiranje listanja informacija i odabir radnji za slanje naredbi mikroprocesoru.

Data Logging Shield. Osnovni zadatak modula je snimati podatke sa senzora na SD karticu pune veličine do 32 Gb s podrškom za FAT32 datotečni sustav. Za snimanje na micro-SD karticu treba kupiti adapter. Ovaj štit može se koristiti kao spremište informacija, npr. pri snimanju podataka s videorekordera. Proizvod američke tvrtke Adafruit Industries.

SD-card Shield. Jednostavnija i jeftinija verzija prethodnog modula. Takva proširenja proizvode mnogi proizvođači.

EtherNet Shield. Službeni modul za povezivanje Arduina s Internetom bez računala. Ima utor za micro-SD karticu, što omogućuje snimanje i slanje podataka putem svjetske mreže.

Wi-Fi Shield. Omogućuje bežičnu razmjenu informacija uz podršku načina šifriranja. Služi za povezivanje s internetom i uređajima koji se mogu upravljati putem Wi-Fi-ja.

GPRS Shield. Ovaj modul se u pravilu koristi za povezivanje “pametnog doma” s vlasnikom putem mobilnog telefona putem SMS poruka.

Moduli “pametne kuće”

Spa janje modula trćih proizvođača i mogućnost rada s njima koristeći ugrađeni programski jezik, glavna je prednost otvorenog sustava Arduino u usporedbi s “vlasnićkim” rješenjima za “pametni dom”. Bitn o je da moduli imaju opis primljenih ili prenesenih signala.

Načini dobivanja informacija

Unos informacija može se izvršiti putem digitalnih ili analognih portova. To ovisi o vrsti tipke ili senzora koji prima informacije i prenosi ih na ploču.

Za računalni program digitalni signal odgovara periodima s “0” i “1”, dok analogni određuje raspon vrijednosti u skladu sa svojom dimenzijom.

Signal mikroprocesoru može poslati osoba koja za to koristi dva načina:

• Pritisak tipke (gumba). Lo gička žica u ovom slučaju ide do digitalnog porta koji prima vrijednost “0” u slučaju otpuštene tipke i “1” u slučaju njenog pritiska.
• Okretanje kapice rotacijskog potenciometra (otpornika) ili pomicanje poluge kliznog. U ovom slučaju logička žica ide do analognog porta. Napon prolazi kroz analogno-digitalni pretvarač, nakon čega podaci stižu do mikroprocesora.

Tipke se koriste za pokretanje nekog događaja, npr. uključivanje i isključivanje svjetla, grijanja ili ventilacije. Rotacijske ručke koriste se za promjenu intenziteta – povećanje ili smanjenje svjetline svjetla, glasnoće zvuka ili brzine vrtnje lopatica ventilatora.

Potenciometar predstavlja najjednostavniji uređaj, stoga košta vrlo malo. Njegove glavne karakteristike su električni otpor i kut zakreta.

Za automatsko određivanje parametara okoline ili podrijetla nekog događaja koriste se senzori.

Za rad “pametne kuće” najtraženije su sljedeće njihove vrste:

• Senzor zvuka. Digitalne varijante ovog uređaja koriste se za aktivaciju nekog događaja pomoću pljeska ili glasovne naredbe. Analogne inačice omogućuju prepoznavanje i obradu zvuka.
• Senzor svjetla. Ovi uređaji mogu raditi u vidljivom i infracrvenom spektru. Potonji se mogu koristiti kao sustav upozorenja na požar.
• Senzor temperature. Za dom i vanjski prostor koriste se različiti modeli, jer su vanjski bolje zaštićeni od djelovanja vlage. Također postoje i izdvojeni uređaji na žici.
• Senzor vlažnosti zraka. Za unutarnji prostor odgovara model DHT11, a za vanjski – skuplji DHT22. Oba uređaja također mogu dati i očitanje temperature. Povezuju se na digitalni priključak.
• Senzor tlaka zraka. Za zajednički rad s pločama Arduino dobro su se pokazali analogni barometri tvrtke Bosh: bmp180, bmp280. Oni također mjere temperaturu. Model bme280 može se nazvati meteorološkom stanicom jer dodatno daje i vrijednost vlažnosti.
• Senzori pokreta i prisutnosti. Koriste se u sigurnosne svrhe ili za automatsko uključivanje svjetla.
• Senzor kiše. Reagira na ulazak vode na njegovu površinu. Može se također koristiti za aktiviranje alarma o curenju u vodovodnom ili grijnom krugu.
• Senzor struje. Koriste se za otkrivanje neispravnih električnih uređaja (pregorjelih žarulja) ili za analizu napona kako bi se spriječilo preopterećenje.
• Senzor curenja plina. Koristi se za otkrivanje i reakciju na povišenu koncentraciju propana.
• Senzor ugljičnog dioksida. Koristi se za određivanje koncentracije ugljičnog dioksida u stambenim sobama i posebnim prostorijama, poput vinskih podruma, gdje se odvija fermentacija.

Postoji još mnogo različitih senzora za specifične zadatke, primjerice za mjerenje težine, brzine protoka vode, udaljenosti, vlažnosti tla itd.

Neki senzori, poput anemometra, namijenjenog za mjerenje brzine i smjera vjetra, predstavljaju složene elektromehaničke uređaje.

Mnoge senzore možete izraditi samostalno, koristeći jednostavnije komponente. To će biti jeftinije. Ali, za razliku od korištenja serijskih uređaja, morat ćete potrošiti vrijeme na kalibraciju.

Upravljanje uređajima i sustavima

Osim prikupljanja i analize informacija “pametan dom” mora reagirati na nastale događaje. Prisutnost napredne elektronike na modernim kućanskim uređajima omogućuje izravno pristupanje istima, koristeći Wi-Fi, GPRS ili EtherNet. Obično se za Arduino sustave ostvaruje komunikacija mikropocesora i visokotehnoloških uređaja putem Wi-Fi-ja.

Da biste pomoću Arduina uključili klima-uređaj pri visokoj temperaturi u kući, blokirali televizor i internet noću u dječjoj sobi ili pokrenuli bojler za grijanje prije dolaska vlasnika, potrebno je izvršiti tri radnje:

1. Instalirati Wi-Fi modul na matičnu ploču.
2. Pronaći nezauzete frekvencijske kanale kako bi se izbjegao sukob sustava.
3. Razumjeti naredbe uređaja i programirati radnje (ili se koristiti gotovim bibliotekama).

Osim “komunikacije” s računaliziranim uređajima često se javljaju zadaci povezani s izvršavanjem nekakvih mehaničkih radnji. Na primjer, na ploču se može spojiti servo pogon ili mali reduktor koji će se napajati s nje.

Servo pogon sastoji se od motorića i nekoliko reduktora. Stoga, unatoč maloj struji (5 V), može razviti pristojnu snagu koja će biti dovoljna, na primjer, za otvaranje prozorčića.

U slučaju potrebe za spajanjem snažnih uređaja koji rade na vanjski izvor napajanja, koriste se dvije mogućnosti:

1. Uključivanje releja u krug.
2. Spajanje tranzistora snage i trijaka.

Elektromagnetski relej ili relej na čvrsto stanje koji se uključuje u električni krug zatvara i otvara jednu od žica prema naredbi koja dolazi od mikropocesora. Njihova glavna karakteristika je maksimalno dopuštena jakost struje (na primjer, 40 A) koja može prolaziti kroz taj uređaj.

Što se tiče spajanja tranzistora snage (MOSFET) za istosmjernu struju i trijaka za izmjeničnu, oni imaju manju vrijednost dopuštene jakosti struje (5-15 A), ali mogu glatko povećavati opterećenje. Upravo za to su na pločama predviđeni PWM portovi. Ovo se svojstvo koristi pri reguliranju jačine osvjetljenja, brzine vrtnje ventilatora itd.

Pomoću releja i tranzistora snage može se potpuno automatizirati svi električni krugovi kuće i pokrenuti generator u nedostatku struje. Stoga je na osnovi Arduina stvarno moguće ostvariti autonomnu opskrbu stana ili zgrade, uključujući sve posebno važne funkcije – grijanje, vodoopskrbu, odvodnju, ventilaciju i sigurnosni sustav.

Želite da vam dom postane pametniji, ali s programiranjem ste na “vi”? U tom slučaju preporučujemo da pogledate gotova rješenja od Xiaomi i Apple, koja je lako instalirati i podesiti čak i početniku. A zadavati naredbe i kontrolirati njihovo izvršavanje možete čak i sa svog pametnog telefona.

Više o pametnom domu od Xiaomi i Apple u sljedećim člancima:

• Pametni dom Xiaomi: osobitosti projektiranja, pregled glavnih čvorova i radnih elemenata
• Pametna kuća Apple: nijanse organizacije sustava upravljanja domom od “jabučne” tvrtke

Zaključci i koristan video na temu

Primjer samostalno sastavljenog početnog okvira za “pametni dom”:

Otvorenost platforme Arduino omogućuje korištenje komponenti različitih proizvođača. To omogućuje lako konstruiranje “pametnog doma” prema zahtjevima korisnika. Stoga, ako imate barem osnovna znanja iz područja programiranja i povezivanja elektroničkih uređaja, na ovaj sustav vrijedi obratiti pozornost.

Jeste li Vi u praksi upoznati s platformom Arduino i želite li podijeliti svoje iskustvo s početnicima u ovom području? Možda želite dopuniti gore navedeni materijal korisnim preporukama ili primjedbama? Pišite svoje komentare ispod ove objave.

Ako imate pitanja o projektiranju sustava automatiziranog doma na bazi Arduina, postavite ih našim stručnjacima i drugim posjetiteljima stranice u donjem bloku.