Создание и реализация системы «Умный дом» на базе микроконтроллера Arduino с управлением через web-страницу



Шло время, и в жизни человека появлялись всё новые бытовые приборы, инженерные системы, и сложность их со временем росла. Все эти устройства выполняли функции, которые приносили всё больше комфорта в быт человека.

Количество различных инженерных систем стало исчисляться сотнями и одновременное управление ими становилось невозможно. Но благодаря компьютерным технологиям, человек смог упростить себе жизнь. Появились различные автоматизации в том числе и в обычных домах.

Домашняя автоматизация, или умный дом (англ. smart home) — система домашних устройств, способных выполнять действия и решать определенные повседневные задачи без участия человека. Домашняя автоматизация включает доступные через интернет домашние устройства [1].

Наиболее распространенные примеры автоматических действий в «Умном доме» — автоматическое включение и выключение света, автоматическая коррекция работы отопительной системы или кондиционера и автоматическое уведомление о вторжении, возгорании или протечке воды.

Рис. 1. Пример системы «Умный дом»

Домашняя автоматизация в современных условиях — чрезвычайно гибкая система, которую пользователь конструирует и настраивает самостоятельно в зависимости от собственных потребностей. Это предполагает, что каждый владелец умного дома самостоятельно определяет, какие устройства и где установить и какие задачи и как они будут исполнять [1].

На базе «Брянского строительного колледжа имени профессора Н. Е. Жуковского» функционирует секция научного студенческого общества «Робототехника и Электроника» с октября 2017г под руководством преподавателя Комкова Сергея Сергеевича. Данный проект разработали студенты 2 курса группы 9Э-22 специальности 08.02.09 «Монтаж наладка и эксплуатация электрооборудования ПГиЗ»

Целью нашей работы было создание “Умного дома” на базе микроконтроллеров Arduino, который управляется дистанционно, с помощью web-браузера.

Для достижения цели были поставлены следующе задачи:

1. Создание макета
2. Изучение модулей и датчиков
3. Создание web-страницы и управление всеми процессами

На данный момент разработан макет системы «Умный дом», на примере аудитории. В котором управление всей системой производится с любого устройства (телефон, планшет и т. д.) через web-браузер.

Рис. 2. Макет системы «Умный дом»

Наша система «Умный дом» управляет следующими процессами:

1. Включение и выключение:

a) света в помещениях

b) розеток

2. Открытие и закрытие жалюзи
3. Измерение температуры и влажности помещения
4. сплит-системой

Проект построен на:

1. Платформе Arduino Uno.

Arduino Uno один из самых распространённых микроконтроллеров. Питание может получать от USB порта или от внешнего источника постоянного тока до 12В. Выходное напряжение 3,3В, 5В, 5–12В. Язык программирования С++ подобный, легок в освоении [2].

Рис. 3. Arduino Uno

2. Ethernet Shield

Ethernet Shield — это плата расширения, позволяющая Arduino работать в локальных вычислительных сетях для приёма и передачи данных, а также в сети Интернет. С ней можно управлять удалёнными объектами через web-браузер со своего компьютера, планшета или телефона. Более того, устройства смогут сами выступать в роли сервера [3].

Рис. 4. Ethernet Shield

На макете освещение представлено светодиодами

Рис. 5. светодиоды

Они применятся в группах подсветки: коридора, доски и самой аудитории.

С web-страницы осуществляется управление точечным освещением в вышеперечисленных группах.

Как аналог сплит-системы использовался электродвигатель постоянного тока-электрическая машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую [4].

Рис. 6. Электродвигатель постоянного тока

Датчиком служащим для измерения температуры и влажности является DHT11.

DHT11 — это цифровой датчик влажности и температуры, состоящий из термистора и емкостного датчика влажности. Также датчик содержит в себе АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры. Датчик DHT11 не обладают высоким быстродействием и точностью, но зато прост, недорог и отлично подходят для контроля влажности в помещении [5].

Рис. 7. Датчик DHT11

Цифровые значения температуры и влажности выводятся непосредственно на web-страницу.

Микросервопривод FS90 используется для выполнения механической работы –открытие и закрытие жалюзи на макете. Этот сервопривод позволяет установить и удерживать угол поворота колеса. Привод обладает углом поворота 180°, т. е. может быть установлен в любое положение в пределах полуокружности.

Рис. 8. Микросервопривод FS90

Рис. 9. Схема подключения оборудования

Рис. 10. Часть программного кода

Рис. 11. Пример web-страницы

Вывод

В результате работы нами был создан макет системы «Умный дом» и создана веб-страница, с помощью которой мы управляем всей нашей периферией. Макет системы находится в постоянной модернизации.

Литература:

1. Домашняя автоматизация https://ru.wikipedia.org/wiki/Домашняя_автоматизация
2. Arduino https://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino
3. Ethernet Shield http://wiki.amperka.ru/продукты:ethernet-shield
4. Электродвигатель https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_двигатель
5. Датчик DHT11 http://makerplus.ru/wiki/datchik-vlazhnosti-i-temperatury-dht11