Qu'est-ce qu'une "maison intelligente" basée sur l'Arduino?

Récemment, de plus en plus de technologies innovantes ont pénétré dans différentes sphères de notre vie. Leur utilisation peut améliorer considérablement le confort et permet d’économiser du temps pour diverses tâches. Aujourd'hui, nous aborderons le sujet des «maisons intelligentes» et expliquerons leurs caractéristiques, leurs avantages, leurs inconvénients et leur technologie de création.

Si vous comprenez le terme "maison intelligente", l'analogue le plus proche, qui sera clair pour la plupart des gens, est l'expression "domotique".La signification de telles choses est d'assurer la mise en œuvre automatique des divers processus qui se produisent dans la salle. Un tel mécanisme peut être utilisé non seulement dans les bâtiments résidentiels, mais aussi dans les bureaux, ainsi que dans diverses installations spécialisées.

La première caractéristique à mentionner sera la possibilité de collecter un système comme un concepteur. Il représente la présence d'un élément central sur la plate-forme Arduino, représenté par un contrôleur central, où toutes les informations des différents systèmes installés dans la maison sont transmises. Et dans la mesure du possible, il est permis d’ajouter de nouveaux composants au système - contrôler la lumière dans différentes pièces, informer le propriétaire de la survenue de diverses situations imprévues, surveiller les conditions climatiques, surveiller les mécanismes techniques.

Mais il faut comprendre qu’il n’ya pas d’idées claires, ni quels composants et quels mécanismes devraient être dans un tel système. C'est un concept, pas un produit spécifique. Si nécessaire, vous pouvez mettre en place un système, les autres non. En d’autres termes, nous commençons avec quelque chose de petit et, si nécessaire, nous augmentons la fonctionnalité de la maison, en créant de nouvelles opportunités dans le domaine de la gestion du logement. L'une des caractéristiques les plus importantes est la capacité de contrôler intelligemment l'éclairage. L'utilisation d'un tel système dans la vie quotidienne peut économiser sérieusement les ressources, car l'éclairage n'est allumé que lorsqu'une personne se trouve dans une pièce.

La prochaine caractéristique est le contrôle de la température intérieure. Le mécanisme décrit est tout aussi important. Par exemple, l’automatisation du chauffage sera extrêmement importante non seulement pour économiser pendant la saison froide, mais également pour allumer le chauffage au bon moment, car il n’est pas toujours possible de le rendre actif en cas de forte baisse de température.Si vous disposez d'un chauffage autonome sur la base de la chaudière, s'il existe des capteurs thermiques et un mécanisme de surveillance du débit de gaz en cas d'urgence, le propriétaire en sera averti et sera en mesure de réagir rapidement en temps réel.

Un autre avantage est l'équipement technique de divers systèmes. Avec l'installation de l'automatisation, le propriétaire de la maison a la possibilité d'effectuer diverses actions: baisser les stores, allumer l'écran du téléviseur ou le lecteur multimédia. En connectant ces systèmes et d'autres systèmes à un mécanisme commun, vous pouvez créer les conditions d'activation d'un périphérique en appuyant sur une seule touche.

La prochaine fonctionnalité est le système de sécurité. Le mécanisme de "maison intelligente" élève à un nouveau niveau la protection contre l'intrusion dans la maison d'invités non invités en l'absence des propriétaires. La maison est simplement transformée en objet presque imprenable. De plus, le système peut imiter les effets de la présence dans la maison en allumant et éteignant la lumière, et les caméras de surveillance transmettent au propriétaire des informations actualisées sur l'activité dans la maison ou ses environs, ce qui permet de gagner en protection.Le système dispose de plusieurs autres moyens pour neutraliser le contrevenant, si nécessaire.

Et la dernière caractéristique dont je veux parler est un contrôle simple et abordable. Malgré son énorme fonctionnalité, le système décrit peut être contrôlé même par un enfant. On utilise généralement une petite télécommande avec des commutateurs traditionnels et des panneaux spéciaux. De plus, les mécanismes peuvent être contrôlés depuis un PC ou un appareil mobile. Et ces dernières années, des solutions sont introduites ainsi que le contrôle de la voix. Comme vous pouvez le constater, un tel système présente de nombreuses fonctionnalités qui en font une excellente solution intégrée pour la maison ou tout autre objet.

Aujourd'hui, un grand nombre de modifications et d'ensembles complets basés sur Arduino, dans lesquels le système en question peut être implémenté. Un grand nombre d'entreprises produisant de tels mécanismes fabriquent déjà des contrôleurs dotés de systèmes Wi-Fi et Bluetooth intégrés, ce qui permet de contrôler le système dans les locaux via un système mobile. Il existe également des solutions de gestion via une interface de type Ethernet: il s'agit d'une méthode câblée utilisant des câbles à fibres optiques via un réseau domestique local.Les commutateurs sont généralement ajoutés à ces solutions, ainsi que les routeurs Wi-Fi, ce qui permet les connexions sans fil, sauf indication contraire du contrôleur lui-même.

La connexion des commutateurs manuels conventionnels peut être effectuée sur le contrôleur central par deux méthodes:

• en utilisant un câblage électrique;
• par la technologie sans fil.

Comme vous pouvez le constater, il existe un grand nombre de composants de la "maison intelligente".

Habituellement, le système comprend les nœuds suivants, qui peuvent être représentés par différents types de périphériques:

• un contrôleur de système central, généralement représenté par le noeud principal, ainsi que des modulateurs d'entrée-sortie discrets;
• Dispositifs d'extension et de communication, comprenant des routeurs, divers commutateurs, ainsi que des modules GPS et GPRS;
• dispositifs responsables de la commutation de circuits électriques - relais, gradateurs et alimentations;
• dispositifs de performance - différents types de vannes (eau, gaz);
• éléments de gestion de système - écrans tactiles, tablettes, assistants numériques personnels et consoles;
• diverses pièces de mesure - appareils, capteurs et capteurs (nous parlons de capteurs de lumière, de température et de mouvement).

Lors de la sélection d'un équipement pour un mécanisme basé sur Arduino, il est nécessaire de prendre en compte la méthode de transfert d'informations utilisée par un système particulier. Par exemple, il est possible de donner un standard assez commun EIB \ KNX. Ici, on utilise généralement le réseau électrique, les réseaux informatiques, ainsi que les canaux radio. En même temps, il existe une norme X10, dans laquelle un courant alternatif ordinaire avec une tension de 230 volts est utilisé pour transmettre des informations.

En parlant des vertus d'une maison intelligente basée sur Arduino, Les points suivants doivent être notés.

• De grandes opportunités pour la mise en place du travail de tout le mécanisme. C'est-à-dire que l'utilisateur peut écrire indépendamment un programme capable d'exécuter des algorithmes de divers niveaux de complexité.
• Si vous le souhaitez, le système peut fonctionner de manière autonome grâce à la présence de son propre contrôleur.
• Télécharger un programme est facile carque le programmeur n’est pas nécessaire pour cela, mais que tout est fait en utilisant une interface USB, puisque le chargeur de démarrage est simplement installé dans le microcontrôleur.
• Composants assez bas prix du système. Cela est dû au fait que différents fabricants ne disposent pas de droits exclusifs. Pour cette raison, l'architecture Arduino est classée comme ouverte.

• La présence de code source ouvert, qui permet à l'utilisateur de contrôler directement le mécanisme d'une maison intelligente.
• L'accessibilité signifie que l'utilisateur choisit les capteurs et les mécanismes dont il a besoin.
• Polyvalence et capacité à mettre en œuvre les idées les plus intéressantes. Il n'y a pas d'instructions ou de normes pour ce qui devrait être une maison intelligente basée sur Arduino. Cela signifie que l'utilisateur peut configurer le système comme il l'entend, car le propriétaire ne se limite pas à l'installation de capteurs dans la chambre ou la cuisine.
• La possibilité de chargeur de firmware automatique.
• La présence d'un connecteur à broche sur les cartes de processeur Arduino, qui permet la programmation au sein du système.

Comme tout mécanisme, Ce système présente des inconvénients.

• Malgré l'ouverture du système, pour le maîtriser et l'utiliser avec succès, vous aurez besoin de connaissances dans un certain nombre de domaines spécifiques, notamment la programmation, la réparation et l'électronique.
• Il est nécessaire de consacrer beaucoup de temps à la mise en œuvre et à la personnalisation de votre propre projet, car chaque projet est intrinsèquement unique et ne peut rien faire de plus que les autres.
• Des difficultés dans la configuration directe d'Arduino car ce mécanisme ne fonctionne qu'avec un petit nombre de systèmes d'exploitation.
• L'existence de la probabilité de défaillances logicielles, ce qui peut entraîner des problèmes ou l'inopérabilité d'une équipe. Pour cette raison, il est nécessaire de temps en temps de faire un diagnostic de la santé de l'équipement.

• Rayonnement de différents types, inévitable avec cet algorithme de contrôle.
• La nécessité d'allouer de l'espace pour une armoire spéciale où seront installés du matériel et des fils supplémentaires.
• Si le contrôle est effectué via Internet, les données transmises entre les composants du mécanisme peuvent être interceptées par des intrus.Une solution partielle au problème sera une connexion exclusivement sécurisée. Mais pour s’assurer que cela nécessitera beaucoup d’argent investi dans la modernisation de l’équipement.

La création de tout système de maison intelligente basée sur Arduino commence par la création du projet. Lors de son développement, vous devez comprendre exactement quelles fonctions et tâches le système doit exécuter.

Généralement, un projet basé sur la solution Arduino Uno implique les tâches suivantes.

• Surveiller les conditions météorologiques en dehors de la fenêtre et la température de la pièce et, par conséquent, réagir adéquatement à leurs changements. L'appareil devient généralement un élément d'un système unifié avec les appareils de chauffage, de ventilation et autres.
• Surveiller l'état des fenêtres et des portes - elles sont fermées ou ouvertes.
• Générez un son lorsque le détecteur de mouvement est activé, si la fonction d'alarme est activée.
• Contrôle automatique des appareils ménagers.
• Contrôle de la consommation d'électricité, grâce à la connexion et à l'arrêt automatiques des appareils d'éclairage.
• Sécurité incendie.Le mécanisme indique au propriétaire la présence de feu ou de fumée dans la pièce. Si un système sophistiqué est développé, il peut même appeler les pompiers sur place.

• Le hall d'entrée Il est nécessaire d'allumer automatiquement la lumière lorsqu'il fait sombre à l'extérieur, ainsi que de créer un mécanisme de détection de mouvement. La nuit, le voyant d'alimentation moyen est généralement activé, ce qui ne devrait pas gêner les membres de la famille.
• Cuisine L'activation et la désactivation de l'éclairage dans la cuisine se fait généralement manuellement. La déconnexion peut être automatique si personne ne circule dans la pièce depuis longtemps. Si le système détecte qu'une personne commence à cuisiner, la hotte s'allume automatiquement.
• Le porche L'activation des dispositifs d'éclairage peut s'effectuer soit lorsque la porte est ouverte lorsqu'une personne quitte le bâtiment, soit lorsque le propriétaire s'approche de la maison s'il fait déjà noir à l'extérieur.
• Chambre L'inclusion de dispositifs d'éclairage est réalisée manuellement, bien que si nécessaire, et en présence d'un capteur de mouvement, l'activation puisse être effectuée en mode automatique.

• Salle de bain. En parlant de cette pièce, disons qu’il s’agit généralement ici de gérer une chaudière. Il a lui-même un interrupteur d'alimentation lorsque l'appareil s'éteint lorsqu'il atteint une certaine température de l'eau. La gestion de l'appareil de chauffage sera effectuée en fonction de l'automatisation disponible. De plus, à l'entrée de la salle de bain, vous pouvez allumer la lumière et activer l'échappement.

Lorsque tous les points décrits ci-dessus sont devenus aussi clairs que possible, la tâche technique est en cours de préparation, le client apportant les modifications éventuelles. Lorsque la version finale sera réalisée, elle servira de base à la constitution de la documentation d’estimation pour les travaux de type de projet.

Généralement, le projet comprend les composants suivants:

• un document explicatif décrivant les différents sous-systèmes;
• disposition des dispositifs de commande;
• plan schématique des chemins de câbles;
• le projet de placer des dispositifs dans les casiers de l'automatisation;
• options de base pour connecter des appareils dans de telles armoires;
• plans de connexion;
• magazine de câble;
• diverses spécifications.

De plus, au stade de la formation du projet, le prix de la «maison intelligente» est calculé.

Le prix dépendra de ces facteurs:

• nombre d'appareils;
• équipements et sous-systèmes sélectionnés.

Il faut dire que les étapes de la création d'un système de «maison intelligente» avec la participation de spécialistes ou avec leurs propres mains seront les mêmes. Cependant, dans ce dernier cas, la version clé en main coûtera beaucoup moins cher que si elle attire des spécialistes qui font déjà défaut sur le marché. Pour cette raison, leurs salaires seront appropriés, ce qui signifie que si vous ne voulez pas dépenser d'argent supplémentaire, vous pouvez le faire vous-même. Commençons donc par les composants de ce système si vous décidez de le créer vous-même.

Si nous parlons de la configuration du système, La technologie comprendra les composants suivants:

• capteur de mouvement;
• capteur de température et d'humidité;
• capteur de lumière;
• une paire de capteurs de température avec marquage DS18B20;
• Module Ethernet de marque ENC28J60;
• microphone;
• commutateur à lames;
• relais;
• câble à paire torsadée;
• Câble Ethernet;
• une résistance ayant une résistance de 4,7 kilo;
• carte de microprocesseur arduino.

Il faut dire que la maison intelligente devrait être équipée exclusivement de lampes à LED, car les options habituelles ne peuvent tout simplement pas supporter beaucoup de tension. Lorsque le projet est prêt et que toutes les pièces nécessaires ont déjà été achetées, vous devez commencer à connecter des capteurs et des contrôleurs. Cela devrait être fait exclusivement selon le schéma créé précédemment. Les contacts doivent être entièrement isolés.

En bref, l’algorithme de connexion va ressembler pas à pas à ceci:

• code d'installation;
• mise en place d'une application pour PC ou mobile;
• redirection de port;
• mise en œuvre de tests de logiciels et de capteurs;
• dépannage si elles ont été détectées au cours des tests.

Commençons donc par installer le code.

Tout d'abord, l'utilisateur doit écrire le logiciel dans l'IDE Arduino. Il présente:

• éditeur de texte;
• créateur de projet;
• programme de compilation;
• pré-processeur;
• outil de téléchargement de logiciel sur le mini-processeur Arduino.

Il faut dire qu'il existe des versions de logiciel pour les principaux systèmes d'exploitation de l'ordinateur - Windows, Linux, Mac OS X. Si nous parlons du langage de programmation utilisé, nous parlons du C ++ avec un certain nombre de simplifications. Les programmes écrits par les utilisateurs pour Arduino sont communément appelés esquisses. Le système crée automatiquement un certain nombre de fonctions et l'utilisateur n'a pas besoin de comprendre leur écriture, ce qui nécessite une liste d'actions courantes. De plus, il n'est pas nécessaire d'ajouter des fichiers du type en-tête des bibliothèques ordinaires. Mais l'intégration personnalisée est nécessaire.

Vous pouvez ajouter des bibliothèques au gestionnaire IDE de projet en utilisant différentes méthodes. Sous la forme de codes sources, écrits en C ++, est ajouté à un répertoire distinct du répertoire de travail du shell IDE. Maintenant, les noms des bibliothèques requises apparaissent dans un menu IDE spécifique. Ceux que vous marquez seront inclus dans la liste de compilation. L'EDI a un petit nombre de paramètres, et il n'y a aucune possibilité de définir les subtilités du compilateur. Ceci est fait pour qu'une personne inconsciente ne commette aucune erreur.

Si vous avez téléchargé la bibliothèque, elle doit être décompressée et simplement insérée dans l'EDI. Le texte du programme contient des commentaires expliquant le principe de son travail. Il convient de noter que toutes les applications de l’Arduino fonctionnent sur la même technologie: l’utilisateur envoie une demande au processeur et lui-même télécharge le code nécessaire sur l’écran de l’appareil. Lorsqu'une personne appuie sur la touche Actualiser, le microcontrôleur envoie des informations. Un code de programme est affiché à l'écran avec chacune des pages ayant une désignation spécifique.

Le prochain jeu d’actions consiste à installer le client sur un ordinateur personnel ou un smartphone. Vous pouvez le télécharger sur Internet, sur Google Play Market ou à partir d'une autre source. Pour ce faire, vous devez ouvrir le fichier sur le téléphone que vous avez téléchargé, puis cliquez dessus, puis dans la fenêtre qui apparaît, cliquez sur le bouton “Installer”. Dans le même temps, vous devez savoir que cette option doit être activée pour permettre l’installation de logiciels autres que ceux du service Google Play. Pour activer cette option, vous devez entrer dans la section des paramètres et sélectionner l’élément «Sécurité».C'est le moyen d'activer l'option correspondante. Une fois l'installation terminée, il sera possible d'activer l'application et de la configurer.

En utilisant ce logiciel, vous pouvez non seulement recevoir des informations du système, mais également gérer - par exemple, activer et désactiver l'alarme. Si l'option est active, lorsque le capteur de mouvement est activé, le programme reçoit les informations appropriées. Notez que l’Arduino interroge le programme pour activer le détecteur de mouvement à des intervalles de 60 secondes.

La prochaine étape de la connexion est la configuration du programme du navigateur pour une utilisation avec la «maison intelligente». Dans la ligne d'adresse, vous devez entrer une séquence spécifique, qui sera l'adresse IP de votre ordinateur. Après la mise en œuvre de cette action, l’utilisateur pourra recevoir des informations de la «maison intelligente» et les gérer.

Après cela, vous pouvez continuer à travailler avec le routeur. Il faut ouvrir le port.

Vous pouvez le faire en utilisant l'algorithme suivant:

• ouvrir les paramètres;
• enregistrer l'adresse du microcontrôleur Arduino;
• ouvrir le quatorzième port.

Vous devez maintenant créer un compte sur le portail Noip. com.Bien que cette étape soit facultative, elle est nécessaire si un nom de domaine doit être attribué à l'adresse. Vous devez suivre la procédure d'inscription sur le portail www. noip. com, puis accédez à la catégorie Ajouter un hôte et spécifiez le système IP. Après avoir suivi cette procédure, il sera possible d'obtenir un accès non seulement par IP, mais également par domaine. À ce stade, la formation du projet est terminée et vous pouvez vérifier le fonctionnement du système.

Étant donné que les composants compatibles avec Arduino sont produits par un grand nombre de fabricants et qu'Arduino ne peut pas contrôler les produits, l'utilisateur est confronté à la probabilité d'acquérir un composant qui fonctionnera, pour ne pas dire autrement. En général, cette situation existe déjà dans le segment de la création d'ordinateurs personnels. Il y a longtemps, IBM a ouvert l'architecture de ses ordinateurs personnels. C'est pourquoi différentes entreprises ont commencé à produire des ordinateurs compatibles.

Dans le même temps, la qualité des pièces et le degré de compatibilité ont baissé. En revanche, c’est la politique d’Apple, qui limite considérablement le nombre de développeurs ayant accès à son architecture.

Les utilisateurs ont noté les fonctionnalités suivantes dans le fonctionnement d'un certain nombre de composants Adruino.

• Sur un certain nombre de solutions à microprocesseur Arduino, lorsqu'un port de type COM est fermé, un port de type COM est rompu. Pour cette raison, le microcontrôleur ne peut pas charger l'esquisse. Lorsque vous démarrez cette procédure, l’équipement va redémarrer. La chose la plus intéressante est que le relais fait un clic, le port COM est désactivé et l’esquisse ne se charge pas.
• En cas de dysfonctionnement du microcontrôleur ou d’apparition d’une erreur de code, il est préférable d’utiliser des relais bien fermés auxquels des commutateurs à commande manuelle sont connectés en série.
• Le capteur de fermeture de la porte peut parfois agir faussement. Pour cette raison, l'esquisse est créée de sorte que le système effectue l'action souhaitée lorsqu'il reçoit deux signaux à la fois.
• Pour un appareil responsable d'une alarme incendie, il est préférable d'utiliser un détecteur de fumée plutôt qu'un détecteur d'incendie.Ce dernier a un défaut - il détecte le feu à moins de trente centimètres de lui-même.

• Le capteur de température modèle DHT11, qui vient dans le jeu standard, génère une erreur grave de deux à trois degrés. Dans la construction est préférable d'utiliser le modèle DHT22, qui est beaucoup plus précis. Et en dehors de la fenêtre, il est préférable d'utiliser DHT21. Il peut fonctionner même à des températures inférieures à zéro et résiste aux dommages mécaniques.
• Pour configurer le contrôle de processus à l'aide de claps, un certain nombre d'utilisateurs choisissent inconsciemment un détecteur de son au lieu d'un microphone, où il existe un paramètre de seuil de type manuel. À ces fins, ce dispositif ne convient pas car il a un rayon d'action relativement petit. Oui, et le capteur transmet des signaux avec de petites impulsions de temps. En présence d'une esquisse de grande taille, dont le traitement prend du temps, le microcontrôleur ne capture tout simplement pas les signaux.

Il convient de noter que, pour la visualisation des processus dans le système considéré, des tableaux d'affichage numériques ou un affichage à cristaux liquides peuvent être utilisés. Mais ce n'est pas la meilleure option dans ce cas. L'utilisation d'un serveur de traitement d'état distinct pour la visualisation sera plus efficace. Il peut être implémenté sur le nœud. js, qui vous permet d'implémenter n'importe quel serveur. Naturellement, nous parlons de traiter les états de la carte Adruino.

Cette technologie est utilisée pour exécuter les tâches de l’Internet des objets, raison pour laquelle elle convient à la visualisation de l’automatisation du système. Il vous suffit de créer un serveur et un gestionnaire en JavaScript. Il sera alors facile d'afficher le total dans le navigateur de n'importe quel appareil. Sur une base matérielle, vous pouvez utiliser le même micro-ordinateur, Raspberry Pi ou PC. Mais les possibilités du mécanisme d'automatisation augmenteront considérablement. Par exemple, sur le serveur, la quantité de mémoire est illimitée et le programme du serveur peut être créé de manière à tout gérer.

Avec ce type de serveur, vous pouvez même relier des éléments. L'idée est de visualiser les processus automatiques à la maison à l'aide de services cloud.Une autre option consiste à recevoir des informations et à contrôler le système par SMS.

Le fait qu'une telle "maison intelligente" basée sur l'Arduino, voir la vidéo suivante.