基于 Arduino 控制器的智能家居：受控空间的设计与组织

在 Arduino 上构建项目

我们将使用包含以下功能的系统示例来展示创建和配置 Arduino“智能家居”的过程：

• 室外和室内温度监测；
• 窗口状态跟踪（打开/关闭）；
• 监测天气状况（晴/雨）；
• 如果激活警报功能，则在触发运动传感器时产生声音信号。

我们将以这样一种方式配置系统，即可以通过特殊应用程序以及网络浏览器查看数据，也就是说，用户可以从任何可以访问 Internet 的地方执行此操作。

使用的缩写：

1. “GND” - 接地。
2. “VCC”——食物。
3. “PIR” - 运动传感器。

制造智能家居系统的必要组件

Arduino 智能家居系统将需要以下内容：

• Arduino微处理器板；
• 以太网模块 ENC28J60；
• 两个温度传感器品牌DS18B20；
• 麦克风;
• 雨雪传感器；
• 运动传感器;
• 簧片开关；
• 中继;
• 电阻为 4.7 kOhm 的电阻器；
• 双绞线电缆；
• 以太网电缆。

所有组件的成本约为 90 美元。

要构建一个具有我们需要的功能的系统，我们需要一套价值约 90 美元的设备。

这样的智能家居如何运作？

要亲手打造智能家居，您将需要 Brownie Kuzya 技能。通过它，您不仅可以控制智能家居，还可以将虚拟设备直接集成到 Yandex.Alisa 中。这意味着您不必为了关掉灯泡而不断解锁技能。该技能将通过网络挂钩与微控制器通信。

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对于 webhook，Blynk 平台，一个适用于 Arduino 和 Raspberry Pi 的设备控制面板，非常棒。在那里，您可以轻松创建一个图形界面，通过该界面您可以通过 Wi-Fi（以及以太网、USB、GSM 和蓝牙）控制设备。

创作阶段

应该说，由专家参与或自己动手创建“智能家居”系统的阶段将是相同的。诚然，在后一种情况下，与市场上已经供不应求的专家相比，最终版本的成本要低得多。因为这个原因，他们的薪水会合适，这意味着如果你不想花额外的钱，那么你可以自己做。所以，让我们从这个系统的组件开始，如果您仍然决定自己创建它。

设备

如果我们谈论系统的配置，该技术将包括以下一组组件：

• 运动传感器;
• 温湿度传感器；
• 光传感器;
• 一对标有 DS18B20 的温度传感器；
• 以太网模块品牌ENC28J60；
• 麦克风;
• 簧片开关；
• 中继;
• 双绞线电缆；
• 以太网类电缆；
• 电阻为 4.7 千欧的电阻器；
• Arduino微处理器板。

连接算法

应该说，智能家居应该只配备 LED 灯泡，因为传统选项根本无法承受高压。当项目准备好并且已经购买了所有必要的备件时，您应该开始连接传感器和控制器。这必须完全根据之前创建的方案来完成。触点必须完全绝缘。

简而言之，逐步连接算法将如下所示：

• 代码安装；
• 为 PC 或手机设置应用程序；
• 转发端口;
• 测试软件和传感器；
• 如果在测试过程中发现故障排除。

因此，让我们从安装代码开始。

首先，用户应该在 Arduino IDE 中编写软件。它提出：

• 文本编辑器;
• 项目创建者；
• 编译程序；
• 预处理器；
• 将软件上传到 Arduino 微型处理器的工具。

应该说有适用于主要计算机操作系统的软件版本——Windows、Linux、Mac OS X。如果我们谈论使用的编程语言，那么我们谈论的是经过一些简化的 C++。用户为 Arduino 编写的程序通常称为草图。系统会自动创建许多功能，用户无需理解他们的文字，即可列出常用操作列表。也不需要包含常规库的头类型文件。但是您需要插入自定义的。

您可以通过多种方式将库添加到 IDE 项目管理器。以 C++ 编写的源代码的形式，它们被添加到 IDE shell 的工作目录上的单独目录中。现在所需库的名称出现在定义的 IDE 菜单中。您标记的那些将包含在编译列表中。 IDE中的设置很少，根本没有办法设置编译器的细微之处。这样做是为了让无知的人不会犯任何错误。

如果您下载了该库，则需要将其解压缩并将其插入 IDE。程序文本中有解释它是如何工作的注释。应该注意的是，所有 Arduino 应用程序都使用相同的技术：用户向处理器发送请求，然后他在设备屏幕上加载所需的代码。当一个人按下刷新键时，微控制器会发送信息。每个带有特定名称的页面都有一个程序代码，该代码将显示在屏幕上。

下一组操作是将客户端安装在个人计算机或智能手机上。您可以从 Internet、Google Play Market 或其他来源下载它。为此，您需要在手机上打开下载的文件，然后单击它并在出现的窗口中按“安装”按钮。在这种情况下，您应该知道，为此必须激活允许您安装不是来自 Google Play 服务的程序的选项。要启用此选项，您需要进入设置部分并在那里选择“安全”项。这正是您需要激活相应选项的方式。安装完成后，您可以激活应用程序并对其进行配置。

您打算如何管理您的智能家居

如果你弄清楚了“什么将被自动化”这个问题，下一个令人兴奋的话题是“如何管理所有自动化”：

• 您可以用屏幕组织中央面板；
• 通过智能手机进行远程控制和管理；
• 智能插座和开关；
• 全自动房屋；
• 能够在没有网络访问的情况下以自动模式运行的家用电器；
• 这些方法的各种组合。

值得记住的是，您的预算也控制着自动化。一些技术解决方案可以更好地完成任务，但它们非常昂贵，但现代市场允许您以足够的钱找到它们的替代品。

什么是智能家居”

这个术语有一个更容易理解的对应物——“家庭自动化”。此类解决方案的本质是确保自动执行家庭、办公室或专业设施中发生的各种流程。最简单的例子是在其中一位租户进入房间时自动打开照明。

Arduino智能家居系统是一套使用Android手机控制各种设备运行的设备。

在任何“智能家居”系统中，都可以区分以下组件：

触摸部分。这是一组设备，其主要部分由各种传感器表示，这些传感器允许系统记录不同性质的事件。例如温度和运动传感器。触控部分的其他设备用于向系统传输用户命令。这些是带有接收器的遥控按钮和遥控器。

执行部分。这些是系统可以控制的设备，因此可以根据用户定义的场景对特定事件做出反应。首先，这些是继电器，智能家居控制器可以通过继电器给任何用电设备供电，也就是打开和关闭。例如，通过手掌拍手（系统将通过麦克风“听到”它），您可以配置为风扇供电的继电器的开启

请注意：在这个例子中，风扇可以是任何东西。但是您也可以使用专门发布的设备作为特定系统的一部分工作。

例如，Arduino 公司为其系统生产电动机，借助电动机，您可以关闭或打开窗户，小米（此类系统的中国制造商）生产空气净化器控制设备。这样的设备完全由系统控制，即不仅可以开机，还可以更改设置。

中央处理器。也可以称为控制器。这是系统的“大脑”，负责协调和协调其所有组件的工作。

软件。这是一组指导处理器的指令。在一些制造商的系统中，包括来自 Arduino 的系统，用户可以自己编写程序，而在其他制造商的系统中，使用现成的解决方案，其中只有典型的场景可供用户使用。

现代系统“智能家居”分为几个品种：

1. 配备自己的控制器。
2. 以这种能力使用用户计算机（平板电脑、智能手机）的处理器。
3. 使用开发者公司拥有的远程服务器（云服务）处理信息。

该系统不仅可以激活特定设备，还可以通过向手机发送消息或以其他方式通知用户该事件。因此，可以为其分配包括防火在内的警报功能。

场景可能比我们在示例中描述的要复杂得多。例如，如果检测到房屋内有一名居民（红外线、超声波传感器，以及作为运动传感器的帮助）。

遥控智能家居

家庭自动化 Arduino 和树莓派

如上所述，在 Node.js 服务器的帮助下，您可以将事物相互连接。这也适用于通过云服务在互联网上实现家庭自动化过程的可视化。这是通过 Internet 控制您的家的一种方式。您可以在到达房屋之前提前手动打开锅炉或加热器。

另一种方式是使用短信和彩信在Arduino平台上接收数据并控制“智能”家居。毕竟，互联网可能并不总是在手边。而且，如果包含任何设备可能并不重要，那么接收有关漏水的消息可能只是必要的。在这里，英特尔的 Edison 开发板可以帮助您用自己的双手在 Arduino 平台上开发一个功能齐全的“智能”家庭。

我们得到了什么？

如您所见，Arduino 不仅仅是用于开发一些简单自动化设备的板。在 Arduino 平台上，您甚至可以用自己的双手轻松创建智能家居自动化。同时，西门子的设备无需多付，价格昂贵，比 Arduino 贵 5-10 倍。

Arduino 可以连接到计算机并在显示器或平板电脑的屏幕上获得过程的可视化。 Arduino 平台上的智能家居自动化可以通过互联网或使用 SMS 和 MMS 消息进行控制。在 Arduino 上，您可以用自己的双手创建相当复杂的设备。

组装“智能家居”：分步说明

程序代码开发

该程序由用户在 Arduino IDE shell 中编写，将文件保存在“.ino”扩展名中。编程时，以简化形式使用 C++ 语言 - 许多库文件和头文件由 IDE 自动编译。用户必须在开始时注册 setup () 和 loop () 设置（永久执行），指定用户库。即使是新手程序员也不会对简单的 IDE 设置感到困惑。

现在网上有很多Arduino的现成程序和草图，你可以使用现成的软件，解释工作原理。您只需要下载、解压缩存档并将其发送到 IDE 文件夹即可。

在智能手机上安装客户端应用程序（适用于 Android 操作系统）

用于跟踪和 智能家居控制 从您需要的智能手机：

• 下载 SmartHome.apk 文件；
• 允许在手机上安装软件；
• 激活和配置应用程序。

使用路由器

对于路由器设置：

• 进入设备设置；
• 输入Arduino的IP地址；
• 指示转换到端口 80 上的 Adruino 芯片组。

什么是控制控制器

该系统的核心，控制器不仅管理智能家居系统中包含的所有消费者和设备，还向所有者发送有关特定设备当前状态的报告。它可以编程为在所需的时间间隔或根据批准的开启时间表执行各种操作。整个智能家居系统可以离线工作，即无需人工干预，通过以下几种方式与其进行通信：

• 计算机网络;
• 手机;
• 通过无线电发射器。

必须根据控制系统的架构来选择控制器。也就是说，整个复合体可以是：

1. 集中式，由具有高性能和功能的单个控制器控制。它有自己的操作系统，基于安装在小塑料外壳中的小型计算机。根据配置，它可能具有远程访问所需的内置 GSM 模块，以及带有按钮界面的触摸屏。要连接到网络，有各种连接器；
2. 分散式（区域性），由几个控制系统组成，也就是说，它包括几个更简单的控制器。它们中的每一个都执行较少的功能，并负责为特定目的管理特定房间、房间或一组仪器和设备。它有一个没有操作系统的低功耗电子逻辑单元。它针对基本任务和场景进行配置，可以基于时间或传感器的状态。例如，连接到它的光传感器会发出控制信号，以便在天黑时打开照明。当然，切换过程本身是通过继电器进行的。

Arduino 提供哪些解决方案？

许多制造商生产与 Arduino 兼容的传感器和设备，因此 Arduino 智能家居系统的组件范围令人印象深刻：

• 用于监测温度、一天中不同时间的光照、湿度、降水和大气压力的传感器。
• 运动传感器。
• 紧急传感器。
• 其他设备和遥控器。

Arduino Start 套件（适用于大多数制造商 - StarterKit）包括一些指示器和传感器。

要执行基于 Arduino 的智能家居系统发送的命令，您需要：

• 继电器和开关；
• 阀门；
• 电动机；
• 带伺服驱动的三通阀；
• 调光器。

基本配置选项

人们不断追求完美和自动化，为此发明了越来越多的新机制。此外，这种愿望旨在减小设备的尺寸而不丢失其功能特性。

对于控制机构的控制器和整个智能家居系统，有以下基本要求：

1. 自动化;
2. 自我控制;
3. 精准控制，不出错。

任何此类系统的配置选项取决于许多因素，上面已经提到过，以下是可以连接到控制器的系统的选项：

1. 调整和控制房间本身和相邻区域以及建筑结构位置的照明；
2. 气候装置（空调、通风、供暖）；
3. 关闭和阻塞门、门和窗；
4. 音响系统、电视、家庭影院；
5. 窗帘、百叶窗和防晒卷帘的管理；
6. 供水系统；
7. 喂养宠物和观赏鱼。

也就是说，一切都取决于客户的愿望和他的物质能力。

面向初学者的 Arduino 项目

如果您查看所有 Arduino 项目，有关哪些信息可在 Internet 上获得，您可以将它们分为几个主要组：

最初的学习项目并不声称具有任何重要的实际用途，但有助于理解平台的各个方面。
闪烁的 LED - 信标、闪光灯、交通灯等。
带有传感器的项目：从最简单的模拟到数字，使用各种协议进行数据交换。
用于记录和显示信息的设备。
带有伺服驱动器和步进电机的机器和设备。
使用各种无线通信模式和 GPS 的设备。

家庭自动化项目 - Arduino 上的智能家居，以及个人家庭基础设施控制。
各种自动驾驶汽车和机器人。
自然研究和农业自动化项目
不寻常的和创造性的 - 通常是娱乐项目。

对于这些组中的每一个，您都可以在书籍和网站上找到各种各样的材料。在本文中，我们将首先介绍推荐初学者开始使用的最简单的项目。

如何创建一个 Arduino 项目

一个 Arduino 项目始终是一个电子电路、一些相关的硬件和机械设备、一个电源系统以及控制所有这些混乱的软件的组合。因此，在开始工作的时候，你必须坚定地明白，一个人创造一个设备，你就必须成为一名程序员、一名电子工程师和一名设计师。

如果我们不是在谈论培训项目，那么您肯定会遇到以下实施阶段以及以下任务：

• 想出一些对其他人有用和（或）有趣的东西。即使是最简单的项目也有一些好处——至少它有助于学习新技术。
• 组装电路，将模块相互连接并连接到控制器。
• 在特殊环境下编写一个草图（程序），上传到控制器。
• 检查一切如何协同工作并修复任何错误。
• 测试完成后，准​​备创建一个成品设备。这意味着您需要将设备组装在某种可用的外壳中，提供电源系统，与环境通信。
• 如果您要分发您创建的设备，您还必须处理设计、运输系统、考虑未经培训的用户使用的安全性并培训这些用户。
• 如果你的设备可以工作，它已经过测试并且比其他解决方案有一些优势，那么你可以尝试将你的工程项目变成一个商业项目，尝试吸引投资。

创建项目的每个阶段都值得单独写一篇文章。

但我们会专注于 电子电路的组装阶段 （电子学基础）和控制器编程

电子电路

电子电路通常使用原型板组装，无需焊接或扭曲即可将组件固定在一起。您可以在我们的网站上了解模块和连接图的工作原理。通常，项目描述会指定如何安装部件。但是对于最流行的模块，网上已经有几十个现成的方案和例子了。

编程

草图是在一个特殊的程序 - 一个编程环境中创建和闪烁的。这种环境最流行的版本是 Arduino IDE。在我们的网站上，您可以找到有关如何下载、安装和配置该程序的信息。

“智能家居”系统智库

事实上，这些系统拥有所有必要的设备，并且在技术控制器的帮助下，从它接收到的信息被处理，因此可以单独管理每个过程。在我们的课程中，我们将以 Arduino、Wemos、Raspberry 和其他可以低价购买的微控制器为基础。

专门的功率元件可以使用不间断的电力供应，当使用特殊的元件时，在系统的控制下进行家用电器的操作和调节。

远程控制设备系统中的存在使得可以对系统控制的所有设备进行一般控制。它们以固定或便携式模块的形式出现。便携式模块更实用，因为它允许使用任何电子设备（例如电话或笔记本电脑）进行远程控制。

同时，业主可以控制房间内发生的任何过程，远离直接安装该系统的住宅。借助此功能，所有者可以长时间为智能家居设置任何动作程序，从而轻松控制正在进行的过程。这可能包括场所的空调、特定时间间隔的自动照明以及其他类似的自动化功能，包括安全系统。

从 Arduino 传输数据

首先，我们将让我们的 arduino 将数据发送到一个单独的站点，该站点将显示从 arduino 传感器接收到的数据。为此，物联网站点 - dweet.io 是完美的。

该站点可以显示温度、光线、湿度以及随时间变化的任何内容的图表。

让我们尝试将有关我们房间温度变化的数据传输给它。

您可以不创建自己的密钥，并且在代码中（您需要插入密钥的位置），您可以编写任何您喜欢的内容，并且该站点仍将显示已发送数据随时间变化的图表。但是为了在未来创建一个在线设备网络，你必须更加认真地对待这个站点。

在主页上，您可以看到本网站工作的可能选项

还可以为不同的设备创建您的帐户和密钥网络，这样您就不必担心数据安全，并且可以通过任何设备了解您家中发生的事情。

常见品牌控制器

任何智能家居系统的命令执行质量和功能直接取决于控制器及其制造商。

白羊座

这100台PLC改装智能家居控制器是基本解决方案。其中一个特点是使用 Modbus 协议。是他组织沟通渠道之间的信息交换。控制器“Aries”专为不超过两层的住宅建筑和别墅、街道照明、地暖和报警装置的使用和创建自动化系统而设计。逻辑控制器通过 RS-485 接口连接到操作面板和 I/O 设备。编程由所有者自己进行，当然，除非他有这样的愿望。该菜单由六个信息控制块组成，每个控制块负责一个特定的部分。有一个使用 GSM 控制器的元素发送 SMS 的功能。在“智能家居”系统的各个关键元件的供电或供电电路出现故障的紧急情况下会发出通知。

维拉边缘

由于多年来在该行业中使用他们的设备，Vera 系列的模型具有很大的用户信心。该模型的主要优点是：

• 高性能;
• 人体工程学；
• 紧凑;
• 可靠性。

开发人员在这里使用了一个新的平台，它提供了称为 SoC 的高性能指标，其频率为 600 MHz，RAM 增加到 128 MB。主要创新是在 Z-Wave Plus 芯片上实现的，这是这些微电路的第五代。用户可以同时控制和管理这些机制，其数量已增加到 200 台设备。 VeraEdge 控制器配备了 Wi-Fi 通信模块。任何系统中仍然存在的缺点之一可以认为是缺少集成的不间断电源单元，可以额外购买和安装。

阿杜诺

Arduino 控制器为控制智能家居提供了一种非常不寻常但非常合乎逻辑的解决方案。一些工匠用自己的双手轻松连接和安装，这是可能的，因为它易于使用。逻辑控制器的尺寸非常小。套件中还有传感器，传感器以及各种指示器。开发人员几乎设法使设备的优化达到完美。所有传感器都具有无线连接，其特点是操作错误最小，并且为了控制，有一些具有不寻常外观的块，具有方便且独特的网页。它也可作为移动应用程序使用。

西门子

这些德国品质的系统不仅用于日常生活中的系统自动化，还用于生产和工业中。这家公司的控制器由参与创建“智能家居”的LOGO线表示。这是传统的二元模型。其中一个是带显示器的键盘形式，是一个输入输出系统，第二个允许您执行操作并通过方便可靠的有线接口连接到控制器。该公司还提供某些操作模式的独立开发，为此附加了一个特殊的 Soft Comfort 程序。当 LOGO 用作中央控制器时，它可用于创建电路操作的完整算法。不断的新引进和修改提高了该设备的性能。

你喜欢什么

任何园丁最大的愿望就是以最少的劳动支出获得最大的产量。这个问题的一个解决方案是温室。但即使在这种情况下，我也希望在必要时给床浇水、照明和加热。当然，还组织了一个自动通风系统，以尽量减少打开和关闭窗户的努力。

监控和调整

当然，首先，需要一个针对所有这种高度智能经济的管理系统。此外，希望在家用计算机或智能手机上直接接收有关当前状态的信息。为此，将使用 Arduino 上的温室控制器。

控制

根据需要，有必要组织自动控制地暖（作为加热种植的基础）、打开通风口和润湿土壤。照明控制系统会很好，如果外面很黑，它会亮起。

什么是阿杜诺

Arduino 是一个开放的小型电子板，带有易于使用的处理器和软件。该平台读取传入的信息，然后根据之前输入的算法，将命令重塑到各种电力驱动的设备。为此，使用了 Arduino 编程语言和基于 Processing 项目的 Arduino 软件 (IDE)。

该板的开源代码允许使用来自不同制造商的组件。要在 Arduino 上设计智能家居系统，很容易根据用户要求选择设备

编程和电气知识最少的人应该注意这个系统。

工作原理

我们中的许多人都听说过自动化系统，但很少有人对如此众多的传感器和控制器的操作有正确的理解。此类设备只要经过适当规划，就可以控制房屋中所有设备、安全、公用设施等的运行。此外，在每种情况下，这种生命支持系统的功能将根据房主的具体要求而显着变化。

如果直到最近，这种系统的成本很高，这是由于技术的复杂性和需要使用特殊的微处理器和控制软件，那么今天，在 Arduino 平台上，您可以轻松实现这种简单的生命支持系统，它将具有高级功能。

平台组件

标准智能家居包括以下组件：

1. 传感器部分，包括可以响应温度、湿度、运动或各种其他事件的各种传感器。
2. 执行部分，即用户或系统本身可以通过发送适当的命令来打开或关闭它们来控制的设备。该执行部分包括各种继电器、电动机、空气滤清器控制装置等。
3. 微处理器是“大脑”，负责协调和协调所有组件的工作。

该软件是一组说明和简单的应用程序，用户可以使用它们自行配置程序或下载现成的预设和脚本。

公寓不同区域的系统项目

在开始组装电子系统之前，您应该为 Arduino 上的智能家居项目制定计划。例如，让我们以一个小房子为例，尝试制定一个“智能综合体”的运营方案。所以，我们需要保证不同区域不同设备的智能运行。

• 邻近区域的入口应在黑暗中自动开启照明，当业主接近房屋时，以及离开房屋时，当门打开时。您将需要：一个运动传感器和一个开门传感器。
• 公寓的入口大厅 - 沿着行人移动时，照明应自动打开。必需：运动传感器。
• 浴室。业主到家后自动开启电热水器。门打开时，浴室的抽油烟机和照明灯会亮起。必需：传感器正在移动
  我打开门。
• 厨房。当租户进入房间时，灯光会打开。
• 当您打开滚刀时，抽油烟机应同时启动。您需要在电炉的电源线上安装一个继电器和一个存在传感器。
• 客厅。自动开灯，冬天用电对流控温，夏天用空调。您将需要一个存在检测器、一个温度和光传感器。