Nutikodu Arduino kontrolleritel: kujundus ja juhitud ruumi korraldus

Automatiseerimisvahendite areng on viinud komplekssete süsteemide loomiseni, mis parandavad inimese elukvaliteeti. Paljud tuntud elektroonika- ja tarkvarakeskkondade tootjad pakuvad valmis tüüplahendusi erinevate objektide jaoks.

Ka kogenematu kasutaja suudab välja töötada iseseisvaid projekte ja kokku panna oma vajadustele vastava “nutikodu” Arduino abil. Peaasi on mõista põhitõdesid ja mitte karta eksperimenteerida.

Selles artiklis vaatleme automatiseeritud kodu loomise põhimõtet ja põhifunktsioone Arduino seadmete baasil. Samuti vaatleme kasutatavaid plaaditüüpe ja süsteemi põhimooduleid.

Süsteemide loomine Arduino platvormil

Arduino on platvorm elektroonikaseadmete arendamiseks automaatse, poolautomaatse või käsitsi juhtimisega. See on loodud konstruktori põhimõttel, millel on selgelt määratletud elementidevahelise suhtluse reeglid. Süsteem on avatud, mis võimaldab kolmandate osapoolte tootjatel osaleda selle arendamises.

Klassikaline “nutikodu” koosneb automatiseeritud plokkidest, mis täidavad järgmisi funktsioone:

• koguvad vajalikku teavet andurite kaudu;
• analüüsivad andmeid ja teevad otsuseid programmeeritava mikroprotsessori abil;
• viivad vastuvõetud otsused ellu, andes käske erinevatele seadmetele.

Arduino platvorm on hea just selle poolest, et see ei piirdu ühe konkreetse tootjaga, vaid võimaldab tarbijal ise valida talle sobivaid komponente. Nende valik on tohutu, nii et saab realiseerida peaaegu kõiki ideid.

Soovitame tutvuda parimate kodu nutiseadmetega.

Arduinoga töötamise õppimiseks saab tootja veebisaidilt osta algkomplekti (Starter Kit). Tehnilise inglise keele oskus on kohustuslik, kuna dokumentatsioon ei ole venekeelseks tõlgitud.

Lisaks ühendatavate seadmete mitmekesisusele lisab varieeruvust programmeerimiskeskkond, mis on realiseeritud C++ keeles. Kasutaja saab mitte ainult kasutada loodud teeke, vaid ka ise programmeerida süsteemi komponentide reageerimist tekkivatele sündmustele.

Plaatide põhielemendid

“Nutikodu” põhielemendiks on üks või mitu kesk- (ema)plaati. Need vastutavad kõigi elementide omavahelise suhtluse eest. Alles pärast lahendamist vajavate ülesannete kindlaksmääramist saab asuda süsteemi põhisõlme valima.

Emaplaat ühendab endas järgmisi elemente:

• Mikrokontroller (protsessor). Selle peamine eesmärk on anda välja ja mõõta pinget portides vahemikus 0–5 või 0–3,3 V, salvestada andmeid ja teha arvutusi.
• Programmer (pole kõigil plaatidel). Selle seadme abil kirjutatakse mikrokontrolleri mällu programm, mille järgi “nutikodu” töötab. See ühendatakse arvuti, tahvelarvuti, nutitelefoni või muu seadmega USB-liidese abil.
• Pingestabilisaator. Vajalik on 5-voldine seade kogu süsteemi toiteks.

Arduino kaubamärgi all toodetakse mitut mudelit plaate. Need erinevad üksteisest vormfaktori (suuruse), portide arvu ja mälu mahu poolest. Just nende näitajate järgi tuleb valida sobiv seade.

Arduino plaate ja nende jaoks mõeldud kilpe on parem osta tootjalt, kuna need on kvaliteetsemad kui Hiinas toodetavad ühilduvad seadmed.

Porte on kahte liiki:

• digitaalsed, mis on plaadil tähistatud tähtedega “d”;
• analoogsed, mis on tähistatud tähega “a”.

Tänu neile loob mikrokontroller ühenduse ühendatud seadmetega. Iga port võib töötada nii signaali vastuvõtmiseks kui ka edastamiseks. Digitaalsed pordid märgisega “pwm” on ette nähtud PWM-tüüpi signaali (impulss-laiusmodulatsioon) sisestamiseks ja väljastamiseks.

Seetõttu tuleb enne plaadi ostmist vähemalt ligikaudselt hinnata selle koormuse taset erinevate seadmetega. See võimaldab määrata vajaliku arvu igat tüüpi porte.

Samas tuleb mõista, et “nutikodu” süsteem ei pruugi olla seotud ühele emaplaadile põhineva juhtplokiga. Sellised funktsioonid nagu näiteks kunstliku valgustuse sisselülitamine maja territooriumil sõltuvalt kellaajast ja veereservi hoidmine kogumismahutis on üksteisest sõltumatud.

Elektroonilise süsteemi töökindluse tagamise seisukohalt on parem jaotada omavahel mitteseotud ülesanded erinevatesse plokkidesse, mida Arduino kontseptsioon võimaldab lihtsalt teostada. Kui aga ühendada ühte kohta palju seadmeid, võib tekkida mikroprotsessori ülekuumenemine, tarkvarateekogude konflikt ning raskused tarkvara- ja riistvaravigade leidmisel ja kõrvaldamisel.

Mitme erinevat tüüpi seadme ühendamist ühele plaadile kasutatakse tavaliselt robootikas, kus kompaktsus on oluline. “Targa kodu” jaoks on parem iga ülesande jaoks kasutada oma alust.

Iga mikroprotsessor on varustatud kolme mälutüübiga:

• Flash Memory. Põhimälu, kus hoitakse süsteemihaldusprogrammi koodi. Väikest osa sellest (3-12 %) hõivab sisseõmmeldud laadimisprogramm (bootloader).
• SRAM. Operatiivmälu, kus hoitakse programmi tööks vajalikke ajutisi andmeid. Seda iseloomustab kiire töö.
• EEPROM. Aeglasem mälu, kus saab samuti andmeid hoida.

Andmete salvestamiseks kasutatavate mälutüüpide peamine erinevus seisneb selles, et voolu väljalülitamisel läheb SRAM-i salvestatud teave kaduma, kuid EEPROM-i jääb alles. Kuid mittelenduval tüübil on ka puudus – piiratud arv kirjutustsükleid. Seda tuleb meeles pidada oma rakenduste loomisel.

Erinevalt Arduino kasutamisest robootikas, ei ole enamiku “targa kodu” ülesannete jaoks vaja palju mälu ei programmide ega teabe salvestamise jaoks.

Plaaditüübid nutikodu kokkupanekuks

Vaatleme peamisi plaaditüüpe, mida targa kodu süsteemi kokkupanemisel kõige sagedamini kasutatakse.

Tüüp #1 — Arduino Uno ja selle tuletised

Kõige sagedamini kasutatakse “targa kodu” süsteemides Arduino Uno ja Arduino Nano plaate. Neil on piisav funktsionaalsus tüüpiliste ülesannete lahendamiseks.

Täisformaadiliste plaatide toite olemasolu pingel 7–12 volti pakub palju eeliseid. Eelkõige võimaldab see pikaajalist autonoomset tööd tavalistest patareidest või akudest.

Arduino Uno Rev3 peamised parameetrid:

• protsessor: ATMega328P (8 bit, 16 MHz);
• digitaalportide arv: 14;
• neist PWM funktsiooniga: 6;
• analoogportide arv: 6;
• flash-mälu: 32 KB;
• SRAM: 2 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Mitte kaua aega tagasi ilmus modifikatsioon – Uno Wi-Fi, mis sisaldab integreeritud ESP8266 moodulit, võimaldades teabevahetust teiste seadmetega vastavalt standardile 802.11 b/g/n.

Arduino Nano erinevus oma mahukamast analoogist seisneb oma 12 V toitepesa puudumises. See on tehtud seadme väiksema suuruse saavutamiseks, mis võimaldab seda hõlpsalt väikesesse ruumi peita. Samuti on selleks otstarbeks standardne USB-ühendus asendatud mini-USB kaabliga kiibiga. Arduino Nano-l on võrreldes Uno-ga 2 analoogporti rohkem.

On veel üks Uno plaadi modifikatsioon – Arduino Mini. See on veel väiksem kui Nano ja sellega on palju keerulisem töötada. Esiteks, USB-pordi puudumine tekitab probleemi püsivaraga, kuna selleks tuleb kasutada USB-Serial Converterit. Teiseks, see plaat on toite suhtes nõudlikum – tuleb tagada sisendpinge vahemik 7–9 V.

Ülalkirjeldatud põhjustel kasutatakse Arduino Mini plaati harva “nutika kodu” tööks. Tavaliselt kasutatakse seda kas robootikas või juba valmis projektide teostamisel.

Tüüp #2 — Arduino Leonardo ja Micro

Arduino Leonardo plaat sarnaneb Uno'ga, kuid on veidi võimsam. Selle mudeli huvitav omadus on ka see, et see tuvastatakse arvutiga ühendamisel klaviatuuri, hiire või juhtkangina. Seetõttu kasutatakse seda sageli originaalsete mänguseadmete ja simulaatorite loomiseks.

Mudelite Uno, Leonardo ja nende miniatuursete analoogide suuruste ja mõõtmete tabel. Arendajad ei ole nimedes loogikat järginud – “nano” peaks olema kõige väiksem

Arduino Leonardo peamised parameetrid on järgmised:

• protsessor: ATMega32u4 (8-bitine, 16 MHz);
• digitaalsete portide arv: 20;
• neist PWM-funktsiooniga: 7;
• analoogportide arv: 12;
• flash-mälu: 32 KB;
• SRAM: 2,5 KB;
• EEPROM: 1 KB.

Nagu ülaltoodud parameetrite loetelust näha, on Leonardo'l rohkem porte, mis võimaldab koormata seda mudelit suurema arvu anduritega.

Samuti on Leonardo jaoks olemas täiesti identse omadustega miniatuurne analoog nimega Micro. Sellel puudub toide 12 V ja täisväärtusliku USB-sisendi asemel on kiip mini-USB-kaabli jaoks.

Leonardo modifikatsioon nimega Esplora – on puhtalt mängumudel ja ei sobi “nutika kodu” vajadusteks.

Tüüp #3 — Arduino 101, Arduino Zero ja Arduino MKR1000

Mõnikord on Arduino baasil realiseeritud “nutika kodu” süsteemide tööks vaja suurt arvutusvõimsust, mida 8-bitised mikrokontrollerid ei suuda tagada. Sellised ülesanded nagu hääletuvastus või pildituvastus nõuavad kiiret protsessorit ja nende seadmete jaoks märkimisväärset muutmälu mahtu.

Selliste spetsiifiliste ülesannete lahendamiseks kasutatakse võimsaid plaate, mis toimivad vastavalt Arduino kontseptsioonile. Portide arv on neil ligikaudu sama, mis Uno või Leonardo plaatidel.

Arduino 101 on samade mõõtmetega nagu Uno või Leonardo, kuid kaalub peaaegu kaks korda rohkem. Selle põhjuseks on kahe USB-sisendi ja täiendavate kiipide olemasolu.

Üks lihtsamaid kasutada, kuid võimsaid plaate – Arduino 101 on järgmiste omadustega:

• protsessor: Intel Curie (32-bitine, 32 MHz);
• välkmälu: 196 KB;
• SRAM: 24 KB;
• EEPROM: puudub.

Lisaks on plaat varustatud BLE-funktsionaalsusega (Bluetooth Low Energy), mis võimaldab lihtsalt ühendada valmislahendusi, nagu südamelöökide andur, info hankimine ilmast akna taga, tekstisõnumite saatmine jne. Samuti on seadmesse integreeritud güroskoop ja kiirendusmõõtur, kuid neid kasutatakse peamiselt robootikas.

Veel üks sarnane plaat – Arduino Zero on järgmiste näitajatega:

• protsessor: SAM-D21 (32-bit, 48 MHz);
• flash memory: 256 KB;
• SRAM: 32 KB;
• EEPROM: puudub.

Selle mudeli eripäraks on sisseehitatud siluri (EDBG) olemasolu. Tema abil on palju lihtsam plaadi programmeerimisel vigade otsimist teostada.

Mahuka koodi kirjutamisel tekivad vead isegi kõrgelt kvalifitseeritud programmeerijal. Nende leidmiseks kasutatakse silurit (debugger).

Arduino MKR1000 on veel üks mudel, mis sobib võimsateks arvutusteks. Sellel on Zero-ga sarnane mikroprotsessor ja mälu. Peamine erinevus on integreeritud Wi-Fi-kiibi olemasolu protokolliga 802.11 b/g/n ning krüptokiibi toega SHA-256 algoritmi jaoks edastatavate andmete kaitsmiseks.

Tüüp #4 — Mega perekonna mudelid

Mõnikord on vaja kasutada suurt hulka andureid ja juhtida märkimisväärset arvu seadmeid. Näiteks on seda vaja hajutatud kliimaseadmete süsteemide automaatseks toimimiseks, mis tagavad teatud temperatuuri hoidmise üksikute tsoonide jaoks.

Iga lokaalse ala jaoks tuleb jälgida kahe temperatuurianduri näitu (teist kasutatakse kontrollina) ja vastavalt algoritmile reguleerida siibri asendit, mis määrab sooja õhu sissevoolu mahu.

Kui suvilas on selliseid tsoone rohkem kui 10, siis on kogu süsteemi juhtimiseks vaja rohkem kui 30 porti. Muidugi võib kasutada mitut Uno-tüüpi plaati ühe neist üldise juhtimise all, kuid see tekitab täiendavaid lülitusraskusi. Sel juhul on otstarbekas kasutada Mega perekonna mudeleid.

Mega perekonna plaatide mõõtmed (101,5 x 53,4 cm) on suuremad kui varem vaadeldud mudelitel. See on tehniline vajadus – muidu nii palju porte pole võimalik paigutada.

Arduino Mega plaat põhineb piisavalt lihtsal 8-bitisel 16-megahertsilisel mikroprotsessoril ATmega1280.

Sellel on suur mälumaht:

• flash memory: 128 KB;
• SRAM: 8 KB;
• EEPROM: 4 KB.

Kuid selle peamine eelis on paljude portide olemasolu:

• digitaalsete portide arv: 54;
• neist PWM-i funktsiooniga: 15;
• analoogportide arv: 16.

Sellel plaadil on kaks kaasaegset varianti:

• Mega 2560 põhineb mikroprotsessoril ATmega2560, mis erineb suurema flash-mälu mahu poolest – 256 KB;
• Mega ADK on lisaks mikroprotsessorile ATmega2560 varustatud USB-liidesega, mis võimaldab ühenduda Androidi operatsioonisüsteemil põhinevate seadmetega.

Arduino Mega ADK mudelil on üks eripära. Telefoni ühendamisel USB-sisendiga on võimalik järgmine olukord: kui telefon vajab laadimist, hakkab see seda plaadist “tõmbama”. Seetõttu on lisanõue toiteallikale – see peab tagama voolutugevuse 1,5 amprit. Patareidest toitmisel tuleb seda tingimust arvestada.

Arduino jaoks saab iseseisva toiteallika teha ühendatud akude või patareide abil. Jada- ja paralleelühendust kombineerides on võimalik saavutada soovitud pinge ja pikk tööaeg.

Due on veel üks Arduino mudel, mis ühendab mikroprotsessori võimsuse ja suure hulga porte.

Selle omadused on järgmised:

• protsessor: Atmel SAM3X8E (32-bitine, 84 MHz);
• digitaalsete portide arv: 54;
• neist PWM-funktsiooniga: 12;
• analoogportide arv: 14;
• välkmälu: 512 KB;
• SRAM: 96 KB;
• EEPROM: puudub.

Selle plaadi analoogkontaktid võivad töötada nii tavalises Arduino 10-bitises eraldusvõimes, mis on tehtud ühilduvuseks eelmiste mudelitega, kui ka 12-bitises, mis võimaldab saada täpsemat signaali.

Moodulite omavahelise suhtluse iseärasused portide kaudu

Kõigil moodulitel, mis plaadile ühendatakse, on vähemalt kolm väljundit. Kaks neist on toitejuhtmed, st “maa” ja pinge 5 või 3,3 V. Kolmas juhe on loogiline. Selle kaudu toimub andmete edastus porti. Moodulite ühendamiseks kasutatakse spetsiaalseid kolmekaupa rühmitatud juhtmeid, mida mõnikord nimetatakse džemperiteks.

Kuna Arduino mudelitel on tavaliselt ainult 1 pingeport ja 1-2 “maa” porti, siis mitme seadme ühendamiseks tuleb juhtmed kas kokku joota või kasutada makettplaate (breadboard).

Makettplaadile saab ühendada mitte ainult Arduino plaadi toite ja porte, vaid ka muid elemente, nagu näiteks takistid, registrid jne.

Jootmine on töökindlam ja seda kasutatakse seadmetes, mis on füüsiliselt koormatud, näiteks robotite ja nelikopterite juhtplokid. Nutika kodu jaoks on parem kasutada makettplaate, kuna see on lihtsam nii paigaldamisel kui mooduli eemaldamisel.

Mõnedel mudelitel (näiteks Arduino Zero ja MKR1000) on tööpinge 3,3 V, seega kui portidele anda suurem väärtus, võib plaat kahjustuda. Kogu teave toite kohta on saadaval seadme tehnilises dokumentatsioonis.

Lisaplaadid (shieldid)

Emalaudade võimaluste suurendamiseks kasutatakse kilpe (Shields) – lisaseadmeid, mis laiendavad funktsionaalsust. Need valmistatakse kindla vormifaktori järgi, mis eristab neid moodulitest, mis ühendatakse portidesse. Kilbid on kallimad kui moodulid, kuid nendega töötamine on lihtsam. Samuti on need varustatud valmis kooditeegiga, mis kiirendab oma juhtprogrammide arendamist “nutika kodu” jaoks.

Proto ja Sensor shieldid

Need kaks standardset kilpi ei too kaasa erilisi funktsioone. Neid kasutatakse suure hulga moodulite kompaktsemaks ja mugavamaks ühendamiseks.

Proto Shield on portide poolest peaaegu täielik koopia originaalist ning mooduli keskele saab liimida makettplaati. See hõlbustab konstruktsiooni kokkupanekut. Sellised lisad on olemas kõigi täismõõduliste Arduino plaatide jaoks.

Proto Shield asetatakse emaplaadi peale. See suurendab veidi konstruktsiooni kõrgust, kuid säästab palju ruumi tasapinnas.

Kuid kui seadmeid on väga palju (rohkem kui 10), siis on parem kasutada kallimaid kommuteerimisplaate Sensor Shield.

Neil ei ole ette nähtud makettplaati, kuid kõigile portide väljunditele on individuaalselt toide ja maa ühendatud. See võimaldab mitte sattuda segadusse juhtmetes ja hüpikutes.

Emaplaadi ja sensorplaadi pindala on sama, kuid kilbil puuduvad kiibid, kondensaatorid ja muud elemendid. Seetõttu vabaneb palju ruumi täisväärtuslikeks ühendusteks.

Samuti on sellel plaadil pistikud mitme mooduli lihtsaks ühendamiseks: Bluetooth, SD-kaart, RS232 (COM-port), raadio ja ultraheli.

Abifunktsioonide ühendamine

Integreeritud funktsionaalsusega kilbid on mõeldud keerukate, kuid tüüpiliste ülesannete lahendamiseks. Kui on vaja realiseerida originaalseid ideid, on parem siiski valida sobiv moodul.

Motor Shield. See on ette nähtud väikese võimsusega mootorite kiiruse ja pöörlemise juhtimiseks. Originaalmudel on varustatud ühe L298 kiibiga ja võib töötada samaaegselt kahe alalisvoolumootori või ühe servomootoriga. On olemas ka kolmanda osapoole tootja ühilduv detail, millel on kaks L293D kiipi ja võimalus juhtida kaks korda rohkem ajameid.

Relay Shield. Sageli kasutatav moodul “targa kodu” süsteemides. Plaat nelja elektromehaanilise releega, millest igaüks lubab kuni 5A voolu läbimist. Sellest piisab kilovatiste seadmete või 220 V vahelduvvoolule mõeldud valgustusliinide automaatseks sisse- ja väljalülitamiseks.

LCD Shield. Võimaldab kuvada teavet sisseehitatud ekraanile, mida saab uuendada TFT-seadmeks. Seda laiendust kasutatakse sageli ilmajaamade loomiseks, millel on temperatuurinäidud erinevates eluruumides, juurdeehitistes, garaažis, samuti temperatuur, niiskus ja tuulekiirus väljas.

LCD Shieldisse on sisse ehitatud nupud, mis võimaldavad programmeerida teabe kerimist ja toimingute valikut mikroprotsessorile käskude saatmiseks.

Data Logging Shield. Mooduli peamine ülesanne on salvestada andmeid anduritelt täissuuruses SD-kaardile mahutavusega kuni 32 GB, mis toetab FAT32 failisüsteemi. Mikro-SD kaardile salvestamiseks tuleb soetada adapter. Seda kilpi saab kasutada infohoidlana, näiteks videosalvesti andmete salvestamiseks. Tootja: Ameerika firma Adafruit Industries.

SD-card Shield. Lihtsam ja odavam versioon eelmisest moodulist. Selliseid laiendusi toodavad paljud tootjad.

EtherNet Shield. Ametlik moodul Arduino ühendamiseks Internetiga ilma arvuti osaluseta. Sellel on pesa mikro-SD kaardile, mis võimaldab salvestada ja saata andmeid ülemaailmse võrgu kaudu.

Wi-Fi Shield. Võimaldab juhtmevaba andmevahetust krüpteerimisrežiimi toega. Seda kasutatakse Interneti ja seadmetega ühendamiseks, mida saab juhtida Wi-Fi kaudu.

GPRS Shield. Seda moodulit kasutatakse tavaliselt “targa kodu” ühendamiseks omanikuga mobiiltelefoni kaudu SMS-sõnumite abil.

“Nutikodu” moodulid

Kolmandate osapoolte tootjate moodulite ühendamine ja võimalus nendega töötada, kasutades sisseehitatud programmeerimiskeelt, on avatud Arduino süsteemi peamine eelis võrreldes “firmaliste” lahendustega “targa kodu” jaoks. Peaasi, et moodulitel oleks vastuvõetavate või edastatavate signaalide kirjeldus.

Teabe hankimise viisid

Info sisestamist saab teostada digitaalsete või analoogportide kaudu. See sõltub nupu või anduri tüübist, mis võtab info vastu ja edastab selle plaadile.

Arvutiprogrammi jaoks vastab digitaalsignaal perioodidele “0” ja “1”, analoogsignaal aga määrab väärtuste vahemiku vastavalt oma mõõtmele.

Signaali mikroprotsessorile saab saata inimene, kes kasutab selleks kahte viisi:

• Nupu (klahvi) vajutamine. Loogiline juhe läheb sel juhul digitaalporti, mis saab väärtuse “0”, kui nupp on vabastatud, ja “1”, kui see on vajutatud.
• Pöördpotentsiomeetri (takisti) korgi pööramine või liuguri hooba nihutamine. Sel juhul läheb loogiline juhe analoogporti. Pinge läbib analoog-digitaalmuunduri, mille järel andmed jõuavad mikroprotsessorisse.

Nuppe kasutatakse mõne sündmuse käivitamiseks, näiteks valguse, kütte või ventilatsiooni sisse- ja väljalülitamiseks. Pöördnuppe kasutatakse intensiivsuse muutmiseks – valguse heleduse, helitugevuse või ventilaatori labade pöörlemiskiiruse suurendamiseks või vähendamiseks.

Potentsiomeeter on kõige lihtsam seade, seetõttu on see väga odav. Selle peamised omadused on elektritakistus ja pöördenurk.

Keskkonna parameetrite või sündmuse päritolu automaatseks määramiseks kasutatakse andureid.

“Targa kodu” toimimiseks on kõige nõutumad järgmised nende liigid:

• Heliandur. Selle seadme digitaalseid variante kasutatakse sündmuse aktiveerimiseks plaksu või hääle abil. Analoogmudelid võimaldavad heli ära tunda ja töödelda.
• Valgusandur. Need seadmed võivad töötada nii nähtavas kui ka infrapunavahemikus. Viimaseid saab kasutada tulekahjust teavitamise süsteemina.
• Temperatuuriandur. Kodu ja õue jaoks kasutatakse erinevaid mudeleid, kuna välismudelid on niiskuse mõju eest paremini kaitstud. Samuti on olemas juhtmega kaugseadmed.
• Õhuniiskuse andur. Ruumi jaoks sobib mudel DHT11, õue jaoks aga kallim DHT22. Mõlemad seadmed võivad anda ka temperatuuri näitu. Need ühendatakse digitaalporti.
• Õhurõhu andur. Arduino plaatidega koostööks on end hästi tõestanud Bosh firma analoogbaromeetrid: bmp180, bmp280. Need mõõdavad ka temperatuuri. Mudelit bme280 võib nimetada ilmajaamaks, kuna see väljastab lisaks ka niiskuse väärtust.
• Liikumis- ja kohalolekuandurid. Neid kasutatakse valve eesmärgil või valguse automaatseks sisselülitamiseks.
• Vihmaandur. See reageerib vee sattumisele oma pinnale. Seda saab kasutada ka veetorustiku või küttesüsteemi lekkehäire käivitamiseks.
• Vooluandur. Neid kasutatakse mittetöötavate elektriseadmete (läbipõlenud lambid) tuvastamiseks või pinge analüüsimiseks, et vältida ülekoormust.
• Gaasilekke andur. Seda kasutatakse propaani suurenenud kontsentratsiooni tuvastamiseks ja sellele reageerimiseks.
• Süsinikdioksiidi andur. Seda kasutatakse süsihappegaasi kontsentratsiooni määramiseks elutubades ja spetsiaalsetes ruumides, nagu veinikeldrid, kus toimub käärimine.

On veel palju erinevaid andureid spetsiifiliste ülesannete jaoks, näiteks kaalu, veevoolu kiiruse, vahemaa, mulla niiskuse jne mõõtmiseks.

Mõned andurid, nagu anemomeeter, mis on mõeldud tuule kiiruse ja suuna mõõtmiseks, on keerukad elektromehaanilised seadmed.

Paljusid andureid ja sensoreid saab ise valmistada, kasutades lihtsamaid komponente. See tuleb odavam. Kuid erinevalt seeriatoodete kasutamisest tuleb aega kulutada kalibreerimisele.

Seadmete ja süsteemide juhtimine

Lisaks teabe kogumisele ja analüüsile peaks “tark kodu” reageerima tekkivatele sündmustele. Täiustatud elektroonika olemasolu tänapäevastel kodumasinatel võimaldab nendega otse suhelda, kasutades Wi-Fi, GPRS või EtherNeti. Tavaliselt realiseeritakse Arduino süsteemide puhul mikroprotsessori ja kõrgtehnoloogiliste seadmete ühendamine Wi-Fi kaudu.

Selleks, et Arduino abil konditsioneeri sisse lülitada, kui majas on kõrge temperatuur, blokeerida teler ja internet öisel ajal lastetoas või käivitada kütteboiler enne omanike saabumist, on vaja teha kolm toimingut:

1. Paigaldada Wi-Fi moodul emaplaadile.
2. Leida vabad sageduskanalid, et vältida süsteemide konflikti.
3. Aru saada seadmete käskudest ja programmeerida tegevused (või kasutada olemasolevaid teeke).

Lisaks “suhtlemisele” arvutipõhiste seadmetega tekivad sageli ülesanded, mis on seotud mingite mehaaniliste toimingute tegemisega. Näiteks saab plaadi külge ühendada servomootori või väikese reduktori, mis saab sealt toidet.

Servomootor koosneb väikesest mootorist ja mitmest reduktorist. Seetõttu suudab see vaatamata väikesele voolutugevusele (5 V) arendada korralikku võimsust, millest piisab näiteks akna avamiseks.

Vajaduse korral võimsate seadmete ühendamiseks, mis töötavad välisest toiteallikast, kasutatakse kahte varianti:

1. Relee ühendamine vooluringi.
2. Toitevõtme ja triistori ühendamine.

Elektrivooluringi ühendatav elektromagnetiline või pooljuhtrelee sulgeb ja avab ühe juhtmetest mikrokontrolleri käsul. Nende peamine omadus on maksimaalne lubatud voolutugevus (näiteks 40 A), mis võib läbida seda seadet.

Mis puudutab toitevõtme (MOSFET) ühendamist alalisvoolu ja triistori ühendamist vahelduvvoolu jaoks, siis neil on väiksem lubatud voolutugevus (5-15 A), kuid nad suudavad koormust sujuvalt suurendada. Just selleks on plaatidel ette nähtud PWM-pordid. Seda omadust kasutatakse valgustuse heleduse, ventilaatorite pöörlemiskiiruse jms reguleerimisel.

Releede ja toitevõtmete abil saab täielikult automatiseerida kõik kodu elektriahelad ja käivitada generaatori voolu puudumisel. Seetõttu on Arduino baasil reaalne teostada korteri või hoone autonoomne varustamine, hõlmates kõiki eriti olulisi funktsioone – küte, veevarustus, reovee ärajuhtimine, ventilatsioon ja turvasüsteem.

Kas soovite, et teie kodu muutuks targemaks, kuid programmeerimine on “võõras”? Sel juhul soovitame vaadata valmislahendusi Xiaomilt ja Apple'ilt, mida on lihtne paigaldada ja seadistada isegi algajale. Käsklusi anda ja nende täitmist kontrollida saab isegi oma nutitelefonist.

Lisateavet targa kodu kohta Xiaomilt ja Apple'ilt järgmistes artiklites:

• Nutikodu Xiaomi: projekteerimise iseärasused, peamiste sõlmede ja tööelementide ülevaade
• Apple'i tark kodu: kodu juhtimissüsteemide korraldamise nüansid “õunakompaniilt”

Järeldused ja kasulik video teemal

Näide alg-taseme iseseisvalt kokkupandud toorikust “nutikodu” jaoks:

Arduino platvormi avatus võimaldab kasutada erinevate tootjate komponente. See võimaldab hõlpsasti konstrueerida “nutikodu” vastavalt kasutaja soovidele. Seega, kui teil on vähemalt pisut teadmisi programmeerimisest ja elektriseadmete ühendamisest, tasub sellele süsteemile tähelepanu pöörata.

Kas olete praktikas tuttav Arduino platvormiga ja soovite jagada oma kogemusi algajatega selles valdkonnas? Võib-olla soovite täiendada ülaltoodud materjali kasulike soovituste või märkustega? Kirjutage oma kommentaarid selle väljaande alla.

Kui teil on küsimusi Arduinopõhise automatiseeritud kodu süsteemi projekteerimise kohta, esitage need meie ekspertidele ja teistele saidi külastajatele allolevas plokis.