Arduino denetleyicilerine dayalı akıllı ev: kontrollü alanın tasarımı ve organizasyonu

Otomasyon araçlarının geliştirilmesi, insan yaşam kalitesini artıran karmaşık sistemlerin oluşmasına yol açmıştır.Pek çok tanınmış elektronik ve yazılım ortamı üreticisi, çeşitli nesneler için hazır standart çözümler sunmaktadır.

Deneyimsiz bir kullanıcı bile bağımsız projeler geliştirebilir ve Arduino'yu kullanarak ihtiyaçlarına uygun bir "akıllı ev" kurabilir. Önemli olan temelleri anlamak ve denemekten korkmamaktır.

Bu yazıda Arduino cihazlarına dayalı otomatik bir evin oluşturma prensibine ve ana işlevlerine bakacağız. Ayrıca kullanılan kart türlerini ve sistemin ana modüllerini de dikkate alacağız.

Arduino platformunda sistemler oluşturmak

Arduino, otomatik, yarı otomatik veya manuel kontrole sahip elektronik cihazların geliştirilmesine yönelik bir platformdur. Öğeler arasında açıkça tanımlanmış etkileşim kurallarına sahip bir tasarımcının ilkesine göre yapılır. Sistem açıktır ve üçüncü taraf üreticilerin geliştirilmesine katılmasına olanak tanır.

klasik «akıllı ev» aşağıdaki işlevleri yerine getiren otomatik bloklardan oluşur:

• gerekli bilgileri sensörler aracılığıyla toplamak;
• programlanabilir bir mikroişlemci kullanarak verileri analiz etmek ve kararlar almak;
• Alınan kararları çeşitli cihazlara komutlar vererek uygular.

Arduino platformu tam olarak iyidir çünkü belirli bir üreticiye bağlı değildir, ancak tüketicinin kendisine uygun bileşenleri seçmesine olanak tanır. Seçimleri çok büyük, böylece neredeyse her fikri gerçekleştirebilirsiniz.

En iyisine göz atmanızı öneririz ev için akıllı cihazlar.

Arduino ile nasıl çalışılacağını öğrenmek için üreticinin web sitesinden bir Başlangıç ​​Kiti satın alabilirsiniz. Dokümantasyon Rusça olmadığından teknik İngilizce bilgisi gereklidir.

Bağlı cihazların çeşitliliğine ek olarak, C++'da uygulanan programlama ortamı da çeşitlilik katmaktadır. Kullanıcı yalnızca oluşturulan kütüphaneleri kullanmakla kalmaz, aynı zamanda sistem bileşenlerinin ortaya çıkan olaylara tepkisini de programlayabilir.

Ana kart elemanları

Bir “akıllı evin” ana unsuru bir veya daha fazla merkezi (ana) panodur. Tüm unsurların etkileşiminden sorumludurlar. Ancak çözülmesi gereken görevleri belirledikten sonra sistemin ana düğümünü seçmeye başlayabilirsiniz.

Anakart aşağıdaki unsurları birleştirir:

• Mikrodenetleyici (işlemci). Temel amacı 0-5 veya 0-3,3 V aralığında portlardaki voltajı çıkarmak ve ölçmek, verileri depolamak ve hesaplamalar yapmaktır.
• Programcı (tüm panolarda mevcut değildir). Bu cihazı kullanarak mikrodenetleyicinin hafızasına “akıllı evin” çalışacağı bir program yazılır. Bir USB arayüzü kullanılarak bir bilgisayara, tablete, akıllı telefona veya başka bir cihaza bağlanır.
• Voltaj regülatörü. Tüm sisteme güç sağlamak için 5 voltluk bir cihaz gereklidir.

Arduino markası altında birçok kart modeli üretilmektedir.Form faktörü (boyut), bağlantı noktası sayısı ve bellek kapasitesi bakımından birbirlerinden farklılık gösterirler. Uygun bir cihaz seçmeniz gereken bu göstergelere dayanmaktadır.

Çin'de üretilen uyumlu cihazlardan daha kaliteli oldukları için Arduino kartlarını ve kalkanlarını üreticiden satın almak daha iyidir.

İki tür bağlantı noktası vardır:

• dijitaltahtada harflerle işaretlenmiş olan "D";
• analog, harfiyle işaretlenmiş olan "A".

Onlar sayesinde mikrodenetleyici bağlı cihazlarla iletişim kurar. Herhangi bir bağlantı noktası hem sinyal almak hem de göndermek için çalışabilir. "pwm" olarak işaretlenen dijital bağlantı noktaları, bir PWM (darbe genişliği modülasyonu) sinyalinin girişi ve çıkışı için tasarlanmıştır.

Bu nedenle, bir kart satın almadan önce, çeşitli cihazlardaki yük seviyesini en azından yaklaşık olarak tahmin etmek gerekir. Bu, her türden gerekli bağlantı noktası sayısını belirlemenize olanak tanır.

Akıllı ev sisteminin mutlaka tek anakart bazlı bir kontrol ünitesine bağlanması gerekmediği anlaşılmalıdır. Örneğin günün saatine bağlı olarak yerel alandaki yapay aydınlatmanın açılması ve depolama tankında su rezervinin muhafaza edilmesi gibi işlevler birbirinden bağımsızdır.

Elektronik sistemin güvenilirliğini sağlamak açısından ilgisiz görevleri farklı bloklara ayırmak daha iyidir ve Arduino konsepti bunu uygulamayı kolaylaştırır. Birçok cihazı tek bir yerde birleştirirseniz, mikroişlemci aşırı ısınabilir, yazılım kitaplıkları çakışabilir ve yazılım ve donanım hatalarını bulma ve gidermede zorluklar yaşanabilir.

Birçok farklı türdeki cihazın tek bir karta bağlanması genellikle kompaktlığın önemli olduğu robotikte kullanılır. Bir “akıllı ev” için her görev için kendi tabanını kullanmak daha iyidir

Her mikroişlemci üç tür bellekle donatılmıştır:

• Flaş Bellek. Sistem yönetimi program kodunun saklandığı ana bellek. Küçük bir kısmı (%3-12) yerleşik bir önyükleyici programı tarafından kullanılıyor.
• SRAM. Programın çalıştırılması için gerekli olan geçici verilerin saklandığı RAM. Yüksek çalışma hızına sahiptir.
• EEPROM Verilerin de saklanabileceği daha yavaş bellek.

Veri depolamaya yönelik bellek türleri arasındaki temel fark, güç kapatıldığında SRAM'a kaydedilen bilgilerin kaybolması ancak EEPROM'da kalmasıdır. Ancak kalıcı türün bir dezavantajı da vardır; sınırlı sayıda yazma döngüsü. Bu, kendi uygulamalarınızı oluştururken akılda tutulması gereken bir şeydir.

Arduino'nun robotikte kullanılmasının aksine, akıllı ev görevlerinin çoğu, programlar veya bilgi depolamak için çok fazla bellek gerektirmez.

Akıllı bir evin montajı için pano türleri

Akıllı ev sistemlerini monte ederken en sık kullanılan ana pano türlerine bakalım.

Görünüm #1 - Arduino Uno ve türevleri

Akıllı ev sistemlerinde en sık kullanılan kartlar Arduino Uno ve Arduino Nano’dur. Tipik sorunları çözmek için yeterli işlevselliğe sahiptirler.

7-12 Volt ile çalışan tam boy kartlara sahip olmak birçok avantaj sağlar. Her şeyden önce bu, standart pillerden veya şarj edilebilir pillerden uzun süreli otonom çalışma olasılığıdır.

Arduino Uno Rev3'ün ana parametreleri:

• işlemci: ATMega328P (8 bit, 16 MHz);
• dijital bağlantı noktası sayısı: 14;
• bunlardan PWM fonksiyonlu: 6;
• analog bağlantı noktası sayısı: 6;
• flaş bellek: 32 KB;
• SRAM: 2 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Kısa bir süre önce, 802.11 b/g/n standardını kullanarak diğer cihazlarla bilgi alışverişinde bulunmanıza olanak tanıyan entegre bir ESP8266 modülü içeren Uno Wi-Fi adlı bir değişiklik yayınlandı.

Arduino Nano ile daha büyük muadili arasındaki fark, kendi 12 V güç soketinin bulunmamasıdır.Bu, daha küçük bir cihaz boyutu elde etmek için yapılır, bu da onun küçük bir alanda kolayca gizlenmesine olanak tanır. Ayrıca bu amaçlar için standart USB bağlantısının yerini mini USB kablolu bir çip alır. Arduino Nano'nun Uno'ya kıyasla 2 analog portu daha var.

Uno kartının başka bir modifikasyonu daha var - Arduino Mini. Nano'dan bile daha küçüktür ve onunla çalışmak çok daha zordur. Öncelikle USB bağlantı noktasının olmaması, ürün yazılımıyla ilgili bir sorun yaratır, çünkü bunun için bir USB-Seri Dönüştürücü kullanmanız gerekecektir. İkincisi, bu kart güç kaynağı konusunda daha seçicidir - 7-9 V'luk bir giriş voltajı aralığı sağlamak gerekir.

Yukarıda açıklanan nedenlerden dolayı Arduino Mini kartı akıllı ev işlemleri için nadiren kullanılır. Genellikle robotikte veya hazır projelerin uygulanmasında kullanılır.

Görünüm #2 - Arduino Leonardo ve Mikro

Arduino Leonardo kartı Uno'ya benzer ancak biraz daha güçlüdür. Bu modelin bir diğer ilginç özelliği ise bilgisayara bağlandığında klavye, fare veya joystick olarak tanımlanmasıdır. Bu nedenle sıklıkla orijinal oyun cihazları ve simülatörleri oluşturmak için kullanılır.

Uno, Leonardo ve minyatür analoglarının boyut ve boyut tablosu. Geliştiriciler isimlerdeki mantığı takip etmediler - “nano” en küçük olmalı

Arduino Leonardo'nun ana parametreleri aşağıdaki gibidir:

• işlemci: ATMega32u4 (8 bit, 16 MHz);
• dijital bağlantı noktası sayısı: 20;
• bunlardan PWM fonksiyonlu: 7;
• analog bağlantı noktası sayısı: 12;
• flaş bellek: 32 KB;
• SRAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Parametre listesinden görülebileceği gibi Leonardo'nun daha fazla bağlantı noktası var ve bu da bu modelin daha fazla sayıda sensörle yüklenmesine olanak tanıyor.

Ayrıca Leonardo için Mikro adı verilen tamamen aynı özelliklere sahip minyatür bir analog var. 12V güç kaynağı yok ve tam USB girişi yerine mini USB kablosu için bir çip var.

Esplora adı verilen Leonardo modifikasyonu tamamen oyun modelidir ve "akıllı ev" ihtiyaçlarına uygun değildir.

Görünüm #3 - Arduino 101, Arduino Zero ve Arduino MKR1000

Bazen Arduino temelinde uygulanan akıllı ev sistemlerinin çalışması, 8 bitlik mikrodenetleyicilerin sağlayamadığı çok fazla bilgi işlem gücü gerektirir. Ses veya görüntü tanıma gibi görevler, bu tür cihazlar için hızlı bir işlemci ve önemli miktarda RAM gerektirir.

Bu tür spesifik problemleri çözmek için Arduino konseptine göre çalışan güçlü kartlar kullanılır. Sahip oldukları bağlantı noktası sayısı, Uno veya Leonardo panolarınınkiyle yaklaşık olarak aynıdır.

Arduino 101, Uno veya Leonardo ile aynı boyutlara sahiptir ancak neredeyse iki kat daha ağırdır. Bunun nedeni iki USB girişinin ve ek çiplerin varlığıdır.

Kullanımı en kolay ve güçlü kartlardan biri olan Arduino 101 aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• işlemci: Intel Curie (32 bit, 32 MHz);
• flaş bellek: 196 KB;
• SRAM: 24 KB;
• EEPROM: hayır.

Ek olarak kart, kalp atış hızı sensörü, pencere dışındaki hava durumu hakkında bilgi alma, kısa mesaj gönderme vb. gibi hazır çözümleri kolayca bağlama yeteneğine sahip BLE işlevselliği (Bluetooth Low Energy) ile donatılmıştır. Cihaza bir jiroskop ve bir ivmeölçer de entegre edilmiştir, ancak bunlar esas olarak robotikte kullanılır.

Başka bir benzer kart olan Arduino Zero'da aşağıdaki göstergeler bulunur:

• işlemci: SAM-D21 (32 bit, 48 MHz);
• flaş bellek: 256 KB;
• SRAM: 32 KB;
• EEPROM: hayır.

Bu modelin ayırt edici bir özelliği, yerleşik bir hata ayıklayıcının (EDBG) varlığıdır. Yardımı ile kartı programlarken hataları bulmak çok daha kolaydır.

Hacimli kod yazarken, yüksek vasıflı bir programcı bile hatalarla karşılaşabilir. Bunları bulmak için bir hata ayıklayıcı kullanın

Arduino MKR1000, yüksek güçlü hesaplamalara uygun başka bir modeldir. Zero'ya benzer bir mikroişlemciye ve belleğe sahiptir. Temel farkı, 802.11 b/g/n protokolüne sahip entegre bir Wi-Fi çipinin ve iletilen verileri korumak için SHA-256 algoritmasını destekleyen bir kripto çipinin varlığıdır.

Görünüm #4 - Mega aile modelleri

Bazen çok sayıda sensör kullanmak ve önemli sayıda cihazı kontrol etmek gerekebilir. Örneğin bu, bireysel bölgeler için belirli bir sıcaklığı koruyan dağıtılmış iklimlendirme sistemlerinin otomatik çalışması için gereklidir.

Her yerel alan için, iki sıcaklık sensörünün (ikincisi kontrol olarak kullanılır) okumalarını izlemek ve algoritmaya uygun olarak, giren sıcak havanın hacmini belirleyen damperin konumunu ayarlamak gerekir.

Bir kulübede bu tür 10'dan fazla bölge varsa, tüm sistemi kontrol etmek için 30'dan fazla bağlantı noktasına ihtiyaç vardır. Elbette, bunlardan birinin ortak kontrolü altında birden fazla Uno tipi kartı kullanabilirsiniz, ancak bu, ek geçiş zorlukları yaratır. Bu durumda Mega ailesinin modellerinin kullanılması tavsiye edilir.

Mega ailesi panellerin boyutu (101,5 x 53,4 cm), daha önce incelenen modellerden daha büyüktür. Bu teknik bir zorunluluktur - aksi takdirde bu kadar çok sayıda bağlantı noktası yerleştirilemez

Arduino Mega kartı oldukça basit bir 8 bit 16 MHz mikroişlemci olan ATMega1280'e dayanmaktadır.

Çok miktarda hafızası var:

• flaş bellek: 128 KB;
• SRAM: 8 KB;
• EEPROM: 4 KB.

Ancak asıl avantajı birçok limanın varlığıdır:

• dijital bağlantı noktası sayısı: 54;
• bunlardan PWM fonksiyonlu: 15;
• analog bağlantı noktası sayısı: 16.

Bu tahtanın iki modern çeşidi vardır:

• Mega 2560, büyük miktarda flash bellek - 256 KB ile karakterize edilen atMega2560 mikroişlemcisini temel almaktadır;
• Mega ADK, atMega2560 mikroişlemcisine ek olarak, Android işletim sistemi tabanlı cihazlara bağlanabilen bir USB arayüzü ile donatılmıştır.

Arduino Mega ADK modelinin bir özelliği bulunmaktadır. Bir telefonu USB girişine bağlarken aşağıdaki durum mümkündür: Telefonun şarj edilmesi gerekiyorsa, onu karttan "çekmeye" başlayacaktır. Bu nedenle, elektrik kaynağı için ek bir gereksinim vardır - 1,5 amperlik bir akım sağlamalıdır. Pillerle güç verirken bu durum dikkate alınmalıdır.

Bağlı pilleri veya akümülatörleri kullanarak Arduino için otonom güç kaynağı yapabilirsiniz.Seri ve paralel bağlantıları birleştirerek istediğiniz voltajı ve uzun çalışma süresini elde edebilirsiniz.

Due, bir mikroişlemcinin gücünü çok sayıda bağlantı noktasıyla birleştiren Arduino'nun başka bir modelidir.

Özellikleri aşağıdaki gibidir:

• işlemci: Atmel SAM3X8E (32 bit, 84 MHz);
• dijital bağlantı noktası sayısı: 54;
• bunlardan PWM fonksiyonlu: 12;
• analog bağlantı noktası sayısı: 14;
• flaş bellek: 512 KB;
• SRAM: 96 KB;
• EEPROM: hayır.

Bu kartın analog kontakları, hem önceki modellerle uyumluluk için yapılmış olan Arduino için olağan 10 bit çözünürlükte hem de daha doğru bir sinyal almanızı sağlayan 12 bit çözünürlükte çalışabilir.

Bağlantı noktaları aracılığıyla modül etkileşiminin özellikleri

Karta bağlanacak tüm modüllerin en az üç çıkışı vardır. Bunlardan ikisi güç kablolarıdır, yani. “toprak” ve 5 veya 3,3 V'luk bir voltaj. Üçüncü tel mantıksaldır. Verileri porta iletir. Modülleri bağlamak için bazen jumper olarak adlandırılan 3'lü gruplar halinde gruplandırılmış özel kablolar kullanılır.

Arduino modellerinde genellikle yalnızca 1 voltaj bağlantı noktası ve 1-2 toprak bağlantı noktası olduğundan, birden fazla cihazı bağlamak için kabloları lehimlemeniz veya devre tahtaları kullanmanız gerekecektir.

Breadboard'a yalnızca Arduino kartının güç ve bağlantı noktalarını değil aynı zamanda direnç, yazmaçlar vb. gibi diğer elemanları da bağlayabilirsiniz.

Lehimleme daha güvenilirdir ve robotlar ve dörtlü helikopterler için kontrol panoları gibi fiziksel darbeye maruz kalan cihazlarda kullanılır. Akıllı bir ev için, modülün kurulumu ve çıkarılması daha kolay olduğundan geliştirme kartlarını kullanmak daha iyidir.

Bazı modellerde (örneğin Arduino Zero ve MKR1000) 3,3 V çalışma voltajı vardır, dolayısıyla portlara daha yüksek bir değer uygulanırsa kart zarar görebilir. Güç kaynağına ilişkin tüm bilgiler cihazın teknik belgelerinde mevcuttur.

Eklenti panoları (kalkanlar)

Anakartların yeteneklerini artırmak için, işlevselliği genişleten ek cihazlar olan Kalkanlar kullanılır. Onları bağlantı noktalarına bağlı modüllerden ayıran belirli bir form faktörüne göre üretilirler. Kalkanlar modüllerden daha pahalıdır ancak onlarla çalışmak daha kolaydır. Ayrıca akıllı bir ev için kendi kontrol programlarınızın geliştirilmesini hızlandıran hazır kod kütüphaneleriyle donatılmıştır.

Proto ve Sensör kalkanları

Bu iki standart kalkan herhangi bir özel işlevsellik eklemez. Çok sayıda modülün daha kompakt ve rahat bağlantısı için kullanılırlar.

Proto Shield, bağlantı noktaları açısından orijinalin neredeyse eksiksiz bir kopyasıdır ve modülün ortasına bir geliştirme kartı yapıştırabilirsiniz. Bu, yapının montajını kolaylaştırır. Bu tür eklentiler tüm tam uzunluktaki Arduino kartları için mevcuttur.

Proto Shield anakartın üstüne yerleştirilmiştir. Bu, yapının yüksekliğini biraz artırır, ancak düzlemde çok fazla yer tasarrufu sağlar.

Ancak çok sayıda cihaz varsa (10'dan fazla), daha pahalı olan Sensor Shield anahtarlama kartlarını kullanmak daha iyidir.

Bradboard'ları yoktur ancak tüm port pinlerine ayrı ayrı güç ve topraklama sağlanır. Bu, kablolara ve atlama tellerine dolanmanızı önlemenizi sağlar.

Anakartın ve sensör kartlarının yüzey alanı aynı ancak kalkanın üzerinde çip, kapasitör ve diğer unsurlar bulunmuyor. Bu, tam bağlantılar için çok fazla alan açar.

Bu kart aynı zamanda çeşitli modülleri kolayca bağlamak için konektörlere de sahiptir: Bluetoot'lar, SD kartlar, RS232 (COM bağlantı noktası), radyo ve ultrason.

Yardımcı işlevlerin bağlanması

İşlevselliği entegre edilmiş kalkanlar, karmaşık ancak tipik sorunları çözmek için tasarlanmıştır. Orijinal fikirleri uygulamanız gerekiyorsa uygun bir modül seçmek daha iyidir.

Motor Kalkanı. Düşük güçlü motorların hızını ve dönüşünü kontrol etmek için tasarlanmıştır. Orijinal model bir L298 yongasıyla donatılmıştır ve aynı anda iki DC motoru veya bir servoyu çalıştırabilir. Ayrıca iki kat daha fazla sürücüyü kontrol etme özelliğine sahip iki L293D yongasına sahip uyumlu bir üçüncü taraf parçası da bulunmaktadır.

Röle Kalkanı. Akıllı ev sistemlerinde sıklıkla kullanılan bir modül. Her biri 5A'ya kadar kuvvetle akımın geçişine izin veren dört elektromekanik röleye sahip bir kart. Bu, kilowatt cihazları veya 220 V alternatif akım için tasarlanmış aydınlatma hatlarını otomatik olarak açıp kapatmak için yeterlidir.

LCD Kalkanı. Bilgileri bir TFT cihazına yükseltilebilen yerleşik bir ekranda görüntülemenizi sağlar. Bu uzantı genellikle çeşitli yaşam alanlarında, müştemilatlarda, garajlarda sıcaklık okumalarının yanı sıra dışarıdaki sıcaklık, nem ve rüzgar hızını gösteren hava istasyonları oluşturmak için kullanılır.

LCD Kalkanı, bilgi kaydırmayı programlamanıza ve mikroişlemciye komut göndermek için eylemleri seçmenize olanak tanıyan yerleşik düğmelere sahiptir.

Veri Kaydı Kalkanı. Modülün ana görevi, sensörlerden gelen verileri FAT32 dosya sistemi desteğiyle 32 Gb'ye kadar tam formatlı bir SD karta kaydetmektir. Mikro SD karta kayıt yapmak için bir adaptör satın almanız gerekir.Bu kalkan, örneğin bir DVR'den veri kaydederken bilgi depolama olarak kullanılabilir. Amerikan şirketi Adafruit Industries tarafından üretilmiştir.

SD Kart Kalkanı. Önceki modülün daha basit ve daha ucuz bir versiyonu. Birçok üretici bu tür uzantılar üretmektedir.

Ethernet Kalkanı. Arduino'yu bilgisayar olmadan internete bağlamak için resmi modül. World Wide Web üzerinden veri kaydetmenize ve göndermenize olanak tanıyan bir mikro SD kart yuvası vardır.

Wi-Fi Kalkanı. Şifreleme modu desteğiyle kablosuz bilgi alışverişine olanak tanır. İnternete ve Wi-Fi üzerinden kontrol edilebilen cihazlara bağlanmaya yarar.

GPRS Kalkanı. Bu modül genellikle akıllı ev ile sahibi arasında cep telefonu aracılığıyla SMS mesajları yoluyla iletişim kurmak için kullanılır.

Akıllı ev modülleri

Üçüncü taraf üreticilerin modüllerini bağlamak ve yerleşik programlama dilini kullanarak onlarla çalışma yeteneği, açık Arduino sisteminin "markalı" akıllı ev çözümlerine kıyasla temel avantajıdır. Önemli olan, modüllerin alınan veya iletilen sinyallerin bir açıklamasına sahip olmasıdır.

Bilgi edinme yolları

Bilgi girişi dijital veya analog portlar üzerinden yapılabilir. Bilgiyi alan ve panoya ileten düğmenin veya sensörün türüne bağlıdır.

Bir bilgisayar programı için dijital sinyal “0” ve “1” periyotlarına karşılık gelir ve analog sinyal boyutuna göre değer aralığını belirler.

Bunun için iki yöntem kullanan bir kişi tarafından mikroişlemciye bir sinyal gönderilebilir:

• Bir düğmeye (tuş) basmak. Bu durumda mantıksal kablo, düğme bırakılırsa "0", basıldığında "1" değerini alan dijital bağlantı noktasına gider.
• Döner potansiyometre (direnç) kapağının döndürülmesi veya motor kolunun değiştirilmesi. Bu durumda mantıksal kablo analog bağlantı noktasına gider. Gerilim bir analog-dijital dönüştürücüden geçer ve ardından veriler mikroişlemciye gider.

Düğmeler, örneğin ışıkları açmak, ısıtmayı veya havalandırmayı açmak ve kapatmak gibi bir olayı başlatmak için kullanılır. Döner düğmeler yoğunluğu değiştirmek için kullanılır; ışığın parlaklığını, sesin seviyesini veya fan kanatlarının dönüş hızını artırmak veya azaltmak.

Potansiyometre basit bir cihazdır, dolayısıyla çok ucuzdur. Başlıca özellikleri elektriksel direnç ve dönme açısıdır.

Sensörler, çevresel parametreleri veya bir olayın kaynağını otomatik olarak belirlemek için kullanılır.

Akıllı ev işletimi için en çok aşağıdaki türler talep edilmektedir:

• Ses sensörü. Bu cihazın dijital versiyonları, bir etkinliği alkış veya ses kullanarak etkinleştirmek için kullanılır. Analog modeller sesi tanımanıza ve işlemenize olanak tanır.
• Işık sensörü. Bu cihazlar hem görünür hem de kızılötesi aralıklarda çalışabilir. İkincisi bir yangın uyarı sistemi olarak kullanılabilir.
• Sıcaklık sensörü. Dış mekan nemden daha iyi korunduğu için iç ve dış mekanlarda farklı modeller kullanılmaktadır. Kablo üzerinde uzak cihazlar da var.
• Hava nem sensörü. DHT11 modeli iç mekanlara, daha pahalı olan DHT22 modeli ise dış mekanlara uygundur. Her iki cihaz da sıcaklık okumaları sağlayabilir. Dijital bir bağlantı noktasına bağlanın.
• Hava basıncı sensörü. Bosh'un analog barometreleri Arduino kartlarıyla iyi çalıştıklarını kanıtladı: bmp180, bmp280. Ayrıca sıcaklığı da ölçerler.Bme280 modeli aynı zamanda ek nem değeri de sağladığı için meteoroloji istasyonu olarak adlandırılabilir.
• Hareket ve varlık sensörleri. Güvenlik amacıyla veya ışıkları otomatik olarak açmak için kullanılırlar.
• Yağmur sensörü. Yüzeyine giren suya tepki verir. Ayrıca tesisat veya ısıtma devresindeki sızıntılara karşı alarmı tetiklemek için de kullanılabilir.
• Akım sensörü. Çalışmayan elektrikli cihazları (yanmış lambalar) tespit etmek veya aşırı yükü önlemek için voltajı analiz etmek için kullanılırlar.
• Gaz sızıntısı sensörü. Artan propan konsantrasyonlarını tespit etmek ve tepki vermek için kullanılır.
• Karbondioksit sensörü. Oturma odalarında ve şarap mahzenleri gibi fermantasyonun gerçekleştiği özel odalarda karbondioksit konsantrasyonunu belirlemek için kullanılır.

Ağırlığı, su akış hızını, mesafeyi, toprak nemini vb. ölçmek gibi belirli görevler için çok daha farklı sensörler vardır.

Rüzgar hızını ve yönünü ölçen anemometre gibi bazı sensörler karmaşık elektromekanik aletlerdir.

Birçok sensör ve sensör, daha basit bileşenler kullanılarak bağımsız olarak yapılabilir. Daha az maliyetli olacak. Ancak seri cihazların kullanımının aksine kalibrasyon için zaman harcamanız gerekecektir.

Cihaz ve sistemlerin kontrolü

Bilgi toplama ve analiz etmenin yanı sıra, bir "akıllı ev" ortaya çıkan olaylara da yanıt vermelidir. Modern ev aletlerinde gelişmiş elektroniklerin bulunması, bunlara Wi-Fi, GPRS veya EtherNet kullanarak doğrudan erişmenizi sağlar. Tipik olarak Arduino sistemleri, Wi-Fi aracılığıyla bir mikroişlemci ile yüksek teknolojili cihazlar arasında geçiş yapar.

Evdeki sıcaklık yüksek olduğunda klimayı açmak, gece çocuk odasında TV'yi ve interneti kapatmak veya sahipleri geldiğinde ısıtma kazanını çalıştırmak için Arduino'yu kullanmak için üç adımı uygulamanız gerekir:

1. Wi-Fi modülünü anakarta takın.
2. Sistem çakışmasını önlemek için boş frekans kanallarını bulun.
3. Cihaz komutlarını ve program eylemlerini anlayın (veya hazır kitaplıkları kullanın).

Bilgisayarlı cihazlarla "iletişim kurmanın" yanı sıra, genellikle bazı mekanik eylemlerin gerçekleştirilmesini içeren görevler de ortaya çıkar. Örneğin, karttan güç alacak olan bir servo sürücüyü veya küçük bir dişli kutusunu bağlayabilirsiniz.

Servo sürücü bir motor ve birkaç dişli kutusundan oluşur. Bu nedenle, düşük akıma (5 V) rağmen, örneğin bir pencereyi açmak için yeterli olan iyi bir güç geliştirebilir.

Harici bir güç kaynağından çalışan güçlü cihazları bağlamak gerekiyorsa iki seçenek kullanılır:

1. Röle devresine dahil olma.
2. Bir güç anahtarı ve triyakın bağlanması.

Bir elektrik devresine dahil elektromanyetik veya katı hal rölesi Mikroişlemciden gelen komuta göre kablolardan birini kapatıp açar. Ana özellikleri, bu cihazdan geçebilecek izin verilen maksimum akımdır (örneğin, 40 A).

Doğru akım için bir güç anahtarını (mosfet) ve alternatif akım için bir triyak bağlamaya gelince, izin verilen daha düşük bir akıma (5-15 A) sahiptirler, ancak yükü sorunsuz bir şekilde artırabilirler. Bu amaçla kartlarda PWM bağlantı noktaları sağlanmıştır. Bu özellik aydınlatma parlaklığını, fan hızını vb. düzenlerken kullanılır.

Röleleri ve güç anahtarlarını kullanarak evdeki tüm elektrik devrelerini tamamen otomatikleştirebilir ve akım olmadığında jeneratörü çalıştırabilirsiniz. Bu nedenle, Arduino'ya dayanarak, özellikle önemli tüm işlevler dahil olmak üzere bir dairenin veya binanın özerk bir şekilde sağlanmasını uygulamak mümkündür - ısıtma, su temini, drenaj, havalandırma ve güvenlik sistemi.

Evinizin daha akıllı olmasını, ancak "sizin" için programlama yapılmasını mı istiyorsunuz? Bu durumda, yeni başlayanlar için bile kurulumu ve yapılandırması kolay olan Xiaomi ve Apple'ın hazır çözümlerine bakmanızı öneririz. Ayrıca akıllı telefonunuzdan bile komutları ayarlayabilir ve bunların uygulanmasını kontrol edebilirsiniz.

Aşağıdaki makalelerde Xiaomi ve Apple'dan akıllı ev hakkında daha fazla bilgi edinin:

• Xiaomi akıllı ev: tasarım özellikleri, ana bileşenlere ve çalışma öğelerine genel bakış
• Apple akıllı ev: Apple şirketinden ev kontrol sistemlerini organize etmenin incelikleri

Konuyla ilgili sonuçlar ve faydalı videolar

"Akıllı ev" için kendi kendine monte edilen giriş seviyesi iş parçası örneği:

Arduino platformunun açıklığı, çeşitli üreticilerin bileşenlerinin kullanılmasına olanak tanır. Bu, kullanıcının ihtiyaçlarına uygun bir “akıllı ev” tasarlamayı kolaylaştırır. Bu nedenle, elektronik cihazların programlanması ve bağlanması alanında en azından küçük bir bilginiz varsa, bu sisteme dikkat etmeye değer..

Arduino platformuna pratikte aşina mısınız ve bu konudaki deneyiminizi yeni gelenlerle paylaşmak mı istiyorsunuz? Belki yukarıdaki materyali faydalı tavsiyeler veya yorumlarla desteklemek istersiniz? Yorumlarınızı bu yayının altına yazın.

Arduino tabanlı otomatik ev sistemi tasarlama konusunda sorularınız varsa aşağıdaki bloktaki uzmanlarımıza ve diğer site ziyaretçilerine sorun.