المنزل الذكي المعتمد على وحدات تحكم Arduino: تصميم وتنظيم المساحة الخاضعة للرقابة
أدى تطوير أدوات الأتمتة إلى إنشاء أنظمة معقدة تعمل على تحسين نوعية حياة الإنسان.تقدم العديد من الشركات المصنعة الشهيرة للإلكترونيات وبيئات البرامج حلولاً قياسية جاهزة لمختلف الكائنات.
حتى المستخدم عديم الخبرة يمكنه تطوير مشاريع مستقلة وتجميع "منزل ذكي" باستخدام Arduino ليناسب احتياجاته. الشيء الرئيسي هو فهم الأساسيات وعدم الخوف من التجربة.
في هذه المقالة سنلقي نظرة على مبدأ الإنشاء والوظائف الرئيسية للمنزل الآلي المعتمد على أجهزة Arduino. سننظر أيضًا في أنواع اللوحات المستخدمة والوحدات الرئيسية للنظام.
محتوى المقال:
إنشاء الأنظمة على منصة الاردوينو
Arduino عبارة عن منصة لتطوير الأجهزة الإلكترونية ذات التحكم التلقائي أو شبه الآلي أو اليدوي. إنه مصنوع وفقًا لمبدأ المصمم مع قواعد محددة بوضوح للتفاعل بين العناصر. النظام مفتوح، مما يسمح لمصنعي الطرف الثالث بالمشاركة في تطويره.
كلاسيكي «المنزل الذكي» يتكون من كتل آلية تؤدي الوظائف التالية:
- جمع المعلومات اللازمة من خلال أجهزة الاستشعار.
- تحليل البيانات واتخاذ القرارات باستخدام معالج دقيق قابل للبرمجة؛
- تنفيذ القرارات المتخذة من خلال إصدار الأوامر للأجهزة المختلفة.
تعد منصة Arduino جيدة على وجه التحديد لأنها ليست مقيدة بشركة مصنعة معينة، ولكنها تسمح للمستهلك باختيار المكونات التي تناسبه. اختيارهم ضخم، حتى تتمكن من تحقيق أي فكرة تقريبا.
نوصي بمراجعة الأفضل الأجهزة الذكية للمنزل.
بالإضافة إلى تنوع الأجهزة المتصلة، تضيف بيئة البرمجة المطبقة في C++ تنوعًا. لا يمكن للمستخدم استخدام المكتبات التي تم إنشاؤها فحسب، بل يمكنه أيضًا برمجة تفاعل مكونات النظام مع الأحداث الناشئة.
عناصر اللوحة الرئيسية
العنصر الرئيسي في "المنزل الذكي" هو لوحة مركزية واحدة أو أكثر (الأم). إنهم مسؤولون عن تفاعل جميع العناصر. فقط بعد تحديد المهام التي تحتاج إلى حل، يمكنك البدء في تحديد العقدة الرئيسية للنظام.
تجمع اللوحة الأم بين العناصر التالية:
- متحكم (معالج). الغرض الرئيسي منه هو إخراج وقياس الجهد في المنافذ في نطاق 0-5 أو 0-3.3 فولت وتخزين البيانات وإجراء العمليات الحسابية.
- مبرمج (غير متوفر في جميع اللوحات). باستخدام هذا الجهاز، يتم كتابة برنامج في ذاكرة المتحكم الدقيق والذي سيعمل من خلاله "المنزل الذكي". إنه متصل بجهاز كمبيوتر أو جهاز لوحي أو هاتف ذكي أو أي جهاز آخر باستخدام واجهة USB.
- منظم ضغط كهربي. مطلوب جهاز 5 فولت لتشغيل النظام بأكمله.
يتم إنتاج العديد من نماذج اللوحات تحت العلامة التجارية Arduino.وهي تختلف عن بعضها البعض في عامل الشكل (الحجم) وعدد المنافذ وسعة الذاكرة. بناءً على هذه المؤشرات تحتاج إلى اختيار الجهاز المناسب.
هناك نوعان من المنافذ:
- رقميوالتي تم تمييزها على السبورة بالحروف "د";
- التناظرية، والتي تم تمييزها بالحرف "أ".
بفضلهم، يتواصل المتحكم الدقيق مع الأجهزة المتصلة. يمكن لأي منفذ أن يعمل على استقبال الإشارة وإرسالها. تم تصميم المنافذ الرقمية التي تحمل علامة "pwm" لإدخال وإخراج إشارة PWM (تعديل عرض النبض).
لذلك، قبل شراء اللوحة، من الضروري على الأقل تقدير مستوى حملها على الأجهزة المختلفة. سيسمح لك ذلك بتحديد العدد المطلوب من المنافذ بجميع أنواعها.
ينبغي أن يكون مفهوما أن نظام المنزل الذكي ليس من الضروري أن يكون متصلا بوحدة تحكم تعتمد على لوحة أم واحدة. وظائف مثل، على سبيل المثال، تشغيل الإضاءة الاصطناعية في المنطقة المحلية اعتمادًا على الوقت من اليوم والحفاظ على احتياطي المياه في خزان التخزين، مستقلة عن بعضها البعض.
من وجهة نظر ضمان موثوقية النظام الإلكتروني، من الأفضل فصل المهام غير المرتبطة إلى كتل مختلفة، وهو ما يجعل مفهوم Arduino من السهل تنفيذه. إذا قمت بدمج العديد من الأجهزة في مكان واحد، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة المعالج الدقيق وتعارض مكتبات البرامج وصعوبات في العثور على أخطاء البرامج والأجهزة والقضاء عليها.
تم تجهيز كل معالج دقيق بثلاثة أنواع من الذاكرة:
- ذاكرة متنقله. الذاكرة الرئيسية حيث يتم تخزين رمز برنامج إدارة النظام. جزء صغير منه (3-12٪) مشغول ببرنامج محمل الإقلاع المدمج.
- سرام. ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، حيث يتم تخزين البيانات المؤقتة اللازمة لتشغيل البرنامج. يتميز بسرعة تشغيل عالية.
- إيبروم ذاكرة أبطأ حيث يمكن أيضًا تخزين البيانات.
والفرق الرئيسي بين أنواع الذاكرة لتخزين البيانات هو أنه عند إيقاف تشغيل الطاقة، يتم فقدان المعلومات المسجلة في SRAM، ولكنها تبقى في EEPROM. لكن النوع غير المتطاير له أيضًا عيب - وهو عدد محدود من دورات الكتابة. هذا شيء يجب مراعاته عند إنشاء تطبيقاتك الخاصة.
على عكس استخدام الأردوينو في الروبوتات، فإن معظم المهام المنزلية الذكية لا تتطلب مساحة كبيرة من الذاكرة سواء للبرامج أو لتخزين المعلومات.
أنواع اللوحات لتجميع المنزل الذكي
دعونا نلقي نظرة على الأنواع الرئيسية من اللوحات التي يتم استخدامها غالبًا عند تجميع أنظمة المنزل الذكي.
عرض رقم 1 - الاردوينو أونو ومشتقاته
اللوحات الأكثر استخدامًا في أنظمة المنزل الذكي هي Arduino Uno و Arduino Nano. لديهم وظائف كافية لحل المشاكل النموذجية.
المعلمات الرئيسية لاردوينو أونو Rev3:
- المعالج: ATMega328P (8 بت، 16 ميجاهرتز)؛
- عدد المنافذ الرقمية: 14؛
- منها مع وظيفة PWM: 6؛
- عدد المنافذ التناظرية: 6؛
- ذاكرة فلاش: 32 كيلو بايت؛
- ذاكرة الوصول العشوائي: 2 كيلو بايت؛
- إيبروم: 1 كيلو بايت.
منذ وقت ليس ببعيد، تم إصدار تعديل - Uno Wi-Fi، والذي يحتوي على وحدة ESP8266 متكاملة تسمح لك بتبادل المعلومات مع الأجهزة الأخرى باستخدام معيار 802.11 b/g/n.
الفرق بين اردوينو نانو ونظيره الأكبر هو أنه لا يحتوي على مقبس طاقة خاص به 12 فولت، وذلك للحصول على حجم أصغر للجهاز، مما يسمح بإخفائه بسهولة في مساحة صغيرة. ولهذه الأغراض أيضًا، يتم استبدال اتصال USB القياسي بشريحة بها كابل USB صغير. يحتوي Arduino Nano على منفذين تناظريين أكثر مقارنة بـ Uno.
هناك تعديل آخر للوحة Uno - Arduino Mini. إنها أصغر من النانو، وأكثر صعوبة في التعامل معها. أولا، يؤدي عدم وجود منفذ USB إلى إنشاء مشكلة في البرامج الثابتة، حيث سيتعين عليك استخدام محول USB التسلسلي لهذا الغرض. ثانيًا، تكون هذه اللوحة أكثر انتقائية عندما يتعلق الأمر بإمدادات الطاقة - فمن الضروري توفير نطاق جهد دخل يتراوح بين 7-9 فولت.
للأسباب الموضحة أعلاه، نادرًا ما يتم استخدام لوحة Arduino Mini لتشغيل المنزل الذكي. وعادة ما يستخدم إما في مجال الروبوتات أو في تنفيذ المشاريع الجاهزة.
عرض رقم 2 - اردوينو ليوناردو ومايكرو
لوحة Arduino Leonardo تشبه لوحة Uno، ولكنها أقوى قليلاً. ميزة أخرى مثيرة للاهتمام لهذا النموذج هي أنه يتم تعريفه على أنه لوحة مفاتيح أو ماوس أو عصا تحكم عند توصيله بجهاز كمبيوتر. لذلك، غالبًا ما يتم استخدامه لإنشاء أجهزة ألعاب ومحاكيات أصلية.
المعلمات الرئيسية لاردوينو ليوناردو هي كما يلي:
- المعالج: ATMega32u4 (8 بت، 16 ميجاهرتز)؛
- عدد المنافذ الرقمية: 20؛
- منها مع وظيفة PWM: 7؛
- عدد المنافذ التناظرية: 12؛
- ذاكرة فلاش: 32 كيلو بايت؛
- ذاكرة الوصول العشوائي: 2.5 كيلو بايت؛
- إيبروم: 1 كيلو بايت.
كما يتبين من قائمة المعلمات، لدى ليوناردو المزيد من المنافذ، مما يسمح بتحميل هذا النموذج بعدد أكبر من أجهزة الاستشعار.
يوجد أيضًا بالنسبة لليوناردو نظير مصغر بخصائص متطابقة تمامًا يسمى Micro. لا يحتوي على مصدر طاقة بجهد 12 فولت، وبدلاً من إدخال USB الكامل توجد شريحة لكابل USB صغير.
تعديل ليوناردو المسمى Esplora هو نموذج ألعاب بحت وغير مناسب لاحتياجات "المنزل الذكي".
عرض #3 - اردوينو 101، اردوينو زيرو واردوينو MKR1000
في بعض الأحيان، يتطلب تشغيل أنظمة المنزل الذكي المبنية على Arduino قدرًا كبيرًا من قوة الحوسبة، والتي لا تستطيع وحدات التحكم الدقيقة 8 بت توفيرها. تتطلب مهام مثل التعرف على الصوت أو الصورة معالجًا سريعًا وكمية كبيرة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لمثل هذه الأجهزة.
لحل مثل هذه المشاكل المحددة، يتم استخدام لوحات قوية تعمل وفق مفهوم Arduino. عدد المنافذ الموجودة بها هو تقريبًا نفس عدد لوحات Uno أو Leonardo.
واحدة من أسهل اللوحات استخدامًا لكنها قوية، تتميز لوحة Arduino 101 بالخصائص التالية:
- المعالج: إنتل كوري (32 بت، 32 ميجا هرتز)؛
- ذاكرة فلاش: 196 كيلو بايت؛
- ذاكرة الوصول العشوائي: 24 كيلو بايت؛
- إيبروم: لا.
بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز اللوحة بوظيفة BLE (Bluetooth Low Energy) مع إمكانية توصيل الحلول الجاهزة بسهولة، مثل مستشعر معدل ضربات القلب، وتلقي معلومات حول الطقس خارج النافذة، وإرسال الرسائل النصية، وما إلى ذلك. تم أيضًا دمج الجيروسكوب ومقياس التسارع في الجهاز، لكن يتم استخدامهما بشكل أساسي في الروبوتات.
لوحة أخرى مماثلة، Arduino Zero، لديها المؤشرات التالية:
- المعالج: SAM-D21 (32 بت، 48 ميجاهرتز)؛
- ذاكرة فلاش: 256 كيلو بايت؛
- ذاكرة الوصول العشوائي: 32 كيلو بايت؛
- إيبروم: لا.
السمة المميزة لهذا النموذج هي وجود مصحح أخطاء مدمج (EDBG). بمساعدتها، يكون من الأسهل العثور على الأخطاء عند برمجة اللوحة.
يعد Arduino MKR1000 نموذجًا آخر مناسبًا للحوسبة عالية الطاقة. يحتوي على معالج دقيق وذاكرة مشابهة للصفر. والفرق الرئيسي بينهما هو وجود شريحة Wi-Fi مدمجة مع بروتوكول 802.11 b/g/n وشريحة تشفير مع دعم خوارزمية SHA-256 لحماية البيانات المرسلة.
عرض رقم 4 - نماذج عائلية ضخمة
في بعض الأحيان يكون من الضروري استخدام عدد كبير من أجهزة الاستشعار والتحكم في عدد كبير من الأجهزة. على سبيل المثال، يعد ذلك ضروريًا للتشغيل التلقائي لأنظمة تكييف الهواء الموزعة، والتي تحافظ على درجة حرارة معينة للمناطق الفردية.
لكل منطقة محلية، من الضروري مراقبة قراءات جهازي استشعار لدرجة الحرارة (يستخدم الثاني كجهاز تحكم)، ووفقًا للخوارزمية، قم بضبط موضع المخمد الذي يحدد حجم الهواء الدافئ الذي يدخل.
إذا كان هناك أكثر من 10 مناطق من هذا القبيل في المنزل الريفي، فستكون هناك حاجة إلى أكثر من 30 منفذًا للتحكم في النظام بأكمله. بالطبع، يمكنك استخدام عدة لوحات من نوع Uno تحت التحكم المشترك لأحدها، لكن هذا يخلق صعوبات إضافية في التبديل. في هذه الحالة، فمن المستحسن استخدام نماذج من عائلة ميجا.
تعتمد لوحة Arduino Mega على معالج دقيق بسيط إلى حد ما 8 بت 16 ميجا هرتز aTMega1280.
يحتوي على كمية كبيرة من الذاكرة:
- ذاكرة فلاش: 128 كيلو بايت؛
- ذاكرة الوصول العشوائي: 8 كيلو بايت؛
- إيبروم: 4 كيلو بايت.
لكن ميزتها الرئيسية هي وجود العديد من المنافذ:
- عدد المنافذ الرقمية: 54؛
- منها مع وظيفة PWM: 15؛
- عدد المنافذ التناظرية: 16.
يحتوي هذا المجلس على نوعين حديثين:
- يعتمد Mega 2560 على المعالج الدقيق aTMega2560، الذي يتميز بكمية كبيرة من ذاكرة الفلاش - 256 كيلو بايت؛
- تم تجهيز Mega ADK، بالإضافة إلى المعالج الدقيق aTMega2560، بواجهة USB مع إمكانية الاتصال بالأجهزة القائمة على نظام التشغيل Android.
يتميز نموذج Arduino Mega ADK بميزة واحدة. عند توصيل الهاتف بمدخل USB، يكون الموقف التالي ممكنًا: إذا كان الهاتف بحاجة إلى الشحن، فسيبدأ في "سحبه" من اللوحة. لذلك، هناك مطلب إضافي لمصدر الكهرباء - يجب أن يوفر تيارًا قدره 1.5 أمبير. عند التشغيل عبر البطاريات، يجب أن يؤخذ هذا الشرط في الاعتبار.
Due هو نموذج آخر من Arduino يجمع بين قوة المعالج الدقيق وعدد كبير من المنافذ.
خصائصه هي كما يلي:
- المعالج: اتميل SAM3X8E (32 بت، 84 ميجا هرتز)؛
- عدد المنافذ الرقمية: 54؛
- منها مع وظيفة PWM: 12؛
- عدد المنافذ التناظرية: 14؛
- ذاكرة فلاش: 512 كيلو بايت؛
- ذاكرة الوصول العشوائي: 96 كيلو بايت؛
- إيبروم: لا.
يمكن أن تعمل جهات الاتصال التناظرية لهذه اللوحة بدقة 10 بت المعتادة لـ Arduino، والتي تم تصميمها للتوافق مع الطرز السابقة، وبدقة 12 بت، مما يسمح لك بتلقي إشارة أكثر دقة.
ميزات تفاعل الوحدة عبر المنافذ
تحتوي جميع الوحدات التي سيتم توصيلها باللوحة على ثلاثة مخرجات على الأقل. اثنان منهم عبارة عن أسلاك كهرباء، أي. "الأرض" وكذلك جهد 5 أو 3.3 فولت. السلك الثالث منطقي. ينقل البيانات إلى المنفذ. لتوصيل الوحدات، يتم استخدام أسلاك خاصة مجمعة في مجموعات من 3، والتي تسمى أحيانًا وصلات العبور.
نظرًا لأن نماذج Arduino عادةً ما تحتوي على منفذ جهد واحد فقط ومنفذين أو منفذين أرضيين، فمن أجل توصيل العديد من الأجهزة، ستحتاج إما إلى لحام الأسلاك أو استخدام ألواح التجارب.
يعتبر اللحام أكثر موثوقية ويستخدم في الأجهزة التي تتعرض للتأثيرات الجسدية، مثل لوحات التحكم للروبوتات والمروحيات الرباعية. بالنسبة للمنزل الذكي، من الأفضل استخدام لوحات التطوير، لأنها أسهل عند تثبيت الوحدة وعند إزالتها.
تحتوي بعض الطرز (على سبيل المثال، Arduino Zero وMKR1000) على جهد تشغيل يبلغ 3.3 فولت، لذلك إذا تم تطبيق قيمة أعلى على المنافذ، فقد تتعرض اللوحة للتلف. جميع المعلومات المتعلقة بمصدر الطاقة متوفرة في الوثائق الفنية للجهاز.
اللوحات الإضافية (الدروع)
لزيادة قدرات اللوحات الأم، يتم استخدام الدروع - أجهزة إضافية تعمل على توسيع الوظيفة. يتم تصنيعها وفقًا لعامل شكل محدد، وهو ما يميزها عن الوحدات المتصلة بالمنافذ. تعد الدروع أكثر تكلفة من الوحدات النمطية، ولكن العمل معها أسهل. وهي مجهزة أيضًا بمكتبات جاهزة تحتوي على أكواد برمجية، مما يسرع عملية تطوير برامج التحكم الخاصة بك للمنزل الذكي.
دروع بروتو وأجهزة الاستشعار
لا يضيف هذان الدرعان القياسيان أي وظيفة خاصة. يتم استخدامها لتوصيل أكثر إحكاما وملاءمة لعدد كبير من الوحدات.
يعد Proto Shield نسخة كاملة تقريبًا من النسخة الأصلية من حيث المنافذ، ويمكنك لصق لوحة التطوير في منتصف الوحدة. هذا يجعل من السهل تجميع الهيكل. توجد مثل هذه الإضافات لجميع لوحات Arduino كاملة الطول.
ولكن إذا كان هناك الكثير من الأجهزة (أكثر من 10)، فمن الأفضل استخدام لوحات تبديل Sensor Shield الأكثر تكلفة.
لا تحتوي على لوحة تحكم، ولكن يتم تزويد جميع دبابيس المنافذ بشكل فردي بالطاقة والأرض. يتيح لك ذلك تجنب التشابك في الأسلاك والوصلات.
تحتوي هذه اللوحة أيضًا على موصلات لتوصيل عدة وحدات بسهولة: Bluetoots وبطاقات SD وRS232 (منفذ COM) والراديو والموجات فوق الصوتية.
ربط الوظائف المساعدة
تم تصميم الدروع ذات الوظائف المدمجة فيها لحل المشكلات المعقدة ولكن النموذجية. إذا كنت بحاجة إلى تنفيذ الأفكار الأصلية، فمن الأفضل اختيار وحدة مناسبة.
درع المحرك. إنه مصمم للتحكم في سرعة ودوران المحركات منخفضة الطاقة. النموذج الأصلي مجهز بشريحة L298 واحدة ويمكنه تشغيل محركين DC أو مؤازرة واحدة في نفس الوقت. يوجد أيضًا جزء متوافق من جهة خارجية يحتوي على شريحتين L293D مع القدرة على التحكم في ضعف عدد محركات الأقراص.
درع التتابع. وحدة تستخدم بشكل متكرر في أنظمة المنزل الذكي. لوحة بها أربعة مرحلات كهروميكانيكية، كل منها يسمح بمرور التيار بقوة تصل إلى 5A. وهذا يكفي لتشغيل وإيقاف أجهزة الكيلووات أو خطوط الإضاءة المصممة للتيار المتردد 220 فولت.
درع شاشات الكريستال السائل. يتيح لك عرض المعلومات على شاشة مدمجة، والتي يمكن ترقيتها إلى جهاز TFT. يُستخدم هذا الامتداد غالبًا لإنشاء محطات أرصاد جوية تحتوي على قراءات لدرجة الحرارة في أماكن المعيشة المختلفة والمباني الملحقة والجراجات، بالإضافة إلى درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح بالخارج.
درع تسجيل البيانات. تتمثل المهمة الرئيسية للوحدة في تسجيل البيانات من أجهزة الاستشعار على بطاقة SD كاملة التنسيق تصل سعتها إلى 32 جيجابايت مع دعم نظام الملفات FAT32. للتسجيل على بطاقة SD صغيرة، يلزمك شراء محول.يمكن استخدام هذا الدرع كمخزن للمعلومات، على سبيل المثال، عند تسجيل البيانات من مسجل الفيديو الرقمي. من إنتاج شركة Adafruit Industries الأمريكية.
درع بطاقة SD. نسخة أبسط وأرخص من الوحدة السابقة. العديد من الشركات المصنعة تنتج مثل هذه الملحقات.
درع إيثرنت. الوحدة الرسمية لتوصيل Arduino بالإنترنت بدون جهاز كمبيوتر. توجد فتحة لبطاقة micro SD، والتي تتيح لك تسجيل البيانات وإرسالها عبر شبكة الويب العالمية.
درع واي فاي. يسمح بتبادل المعلومات لاسلكيًا مع دعم وضع التشفير. يعمل على الاتصال بالإنترنت والأجهزة التي يمكن التحكم بها عبر شبكة Wi-Fi.
جي بي آر إس درع. تُستخدم هذه الوحدة عادةً للتواصل بين المنزل الذكي وصاحبه عبر الهاتف المحمول عبر الرسائل النصية القصيرة.
وحدات المنزل الذكي
يعد ربط الوحدات من الشركات المصنعة الخارجية والقدرة على العمل معهم باستخدام لغة البرمجة المضمنة الميزة الرئيسية لنظام Arduino المفتوح مقارنة بحلول المنزل الذكي "ذات العلامات التجارية". الشيء الرئيسي هو أن الوحدات تحتوي على وصف للإشارات المستقبلة أو المرسلة.
طرق الحصول على المعلومات
يمكن إدخال المعلومات من خلال المنافذ الرقمية أو التناظرية. يعتمد ذلك على نوع الزر أو المستشعر الذي يستقبل المعلومات وينقلها إلى اللوحة.
يمكن إرسال إشارة إلى المعالج الدقيق من قبل شخص يستخدم طريقتين لذلك:
- الضغط على زر (مفتاح). ينتقل السلك المنطقي في هذه الحالة إلى المنفذ الرقمي، الذي يتلقى القيمة "0" إذا تم تحرير الزر و"1" إذا تم الضغط عليه.
- تدوير غطاء الجهد الدوار (المقاوم). أو تحريك ذراع المحرك. في هذه الحالة، يذهب السلك المنطقي إلى المنفذ التناظري. يمر الجهد عبر محول تناظري إلى رقمي، وبعد ذلك تنتقل البيانات إلى المعالج الدقيق.
تُستخدم الأزرار لبدء حدث ما، على سبيل المثال، تشغيل وإيقاف الأضواء أو التدفئة أو التهوية. تُستخدم المقابض الدوارة لتغيير الكثافة - زيادة أو تقليل سطوع الضوء أو حجم الصوت أو سرعة دوران شفرات المروحة.
تُستخدم أجهزة الاستشعار لتحديد المعلمات البيئية أو أصل الحدث تلقائيًا.
الأنواع التالية هي الأكثر طلبًا لتشغيل المنزل الذكي:
- مستشعر الصوت. تُستخدم الإصدارات الرقمية من هذا الجهاز لتنشيط حدث ما باستخدام التصفيق أو الصوت. تتيح لك النماذج التناظرية التعرف على الصوت ومعالجته.
- مستشعر الضوء. يمكن لهذه الأجهزة العمل في النطاقين المرئي والأشعة تحت الحمراء. يمكن استخدام هذا الأخير كنظام إنذار للحريق.
- جهاز استشعار درجة الحرارة. يتم استخدام نماذج مختلفة للداخل والخارج، حيث أن النماذج الخارجية محمية بشكل أفضل من الرطوبة. هناك أيضًا أجهزة بعيدة على السلك.
- مستشعر رطوبة الهواء. طراز DHT11 مناسب للأماكن الداخلية، وطراز DHT22 الأغلى ثمنًا مناسب للأماكن الخارجية. يمكن لكلا الجهازين أيضًا توفير قراءات لدرجة الحرارة. الاتصال بمنفذ رقمي.
- مستشعر ضغط الهواء. أثبتت أجهزة القياس التناظرية من Bosh أنها تعمل بشكل جيد مع لوحات Arduino: bmp180، bmp280. كما يقومون بقياس درجة الحرارة.يمكن تسمية الطراز bme280 بمحطة الأرصاد الجوية، لأنه يوفر أيضًا قيمة رطوبة إضافية.
- حساسات الحركة والتواجد. يتم استخدامها لأغراض أمنية أو لتشغيل الأضواء تلقائيًا.
- جهاز استشعار المطر. يتفاعل مع دخول الماء إلى سطحه. ويمكن استخدامه أيضًا لإطلاق إنذار بشأن التسربات في دائرة السباكة أو التدفئة.
- الاحساس الحالي. يتم استخدامها للكشف عن الأجهزة الكهربائية غير العاملة (المصابيح المحترقة) أو لتحليل الجهد لمنع التحميل الزائد.
- حساس تسرب الغاز. يستخدم للكشف عن التركيزات المتزايدة من البروبان والاستجابة لها.
- مستشعر ثاني أكسيد الكربون. يتم استخدامه لتحديد تركيز ثاني أكسيد الكربون في غرف المعيشة وفي غرف خاصة، مثل أقبية النبيذ، حيث يحدث التخمير.
هناك العديد من أجهزة الاستشعار المختلفة لمهام محددة، على سبيل المثال، لقياس الوزن، وسرعة تدفق المياه، والمسافة، ورطوبة التربة، وما إلى ذلك.
يمكن تصنيع العديد من أجهزة الاستشعار وأجهزة الاستشعار بشكل مستقل باستخدام مكونات أبسط. وسوف تكلف أقل. ولكن، على عكس استخدام الأجهزة التسلسلية، سيتعين عليك قضاء بعض الوقت في المعايرة.
السيطرة على الأجهزة والأنظمة
بالإضافة إلى جمع المعلومات وتحليلها، يجب أن يستجيب "المنزل الذكي" للأحداث الناشئة. يتيح لك وجود الإلكترونيات المتقدمة في الأجهزة المنزلية الحديثة الوصول إليها مباشرة باستخدام Wi-Fi أو GPRS أو EtherNet. عادةً ما تنفذ أنظمة Arduino التبديل بين المعالجات الدقيقة والأجهزة عالية التقنية عبر شبكة Wi-Fi.
من أجل استخدام Arduino لتشغيل مكيف الهواء عندما تكون درجة الحرارة في المنزل مرتفعة، أو حظر التلفزيون والإنترنت ليلاً في غرفة الأطفال، أو تشغيل غلاية التدفئة عند وصول المالكين، عليك القيام بثلاث خطوات:
- قم بتثبيت وحدة Wi-Fi على اللوحة الأم.
- ابحث عن قنوات التردد غير المشغولة لتجنب تعارض النظام.
- فهم أوامر الجهاز وإجراءات البرنامج (أو استخدم المكتبات الجاهزة).
بالإضافة إلى "التواصل" مع الأجهزة المحوسبة، غالبا ما تنشأ المهام التي تنطوي على تنفيذ بعض الإجراءات الميكانيكية. على سبيل المثال، يمكنك توصيل محرك سيرفو أو علبة تروس صغيرة باللوحة، والتي سيتم تشغيلها منه.
إذا كان من الضروري توصيل أجهزة قوية تعمل من مصدر طاقة خارجي، يتم استخدام خيارين:
- إدراج في دائرة التتابع.
- توصيل مفتاح الطاقة والترياك.
متضمنة في دائرة كهربائية الكهرومغناطيسي أو تتابع الحالة الصلبة يغلق ويفتح أحد الأسلاك حسب أمر صادر من المعالج الدقيق. السمة الرئيسية لها هي الحد الأقصى للتيار المسموح به (على سبيل المثال، 40 أ) الذي يمكن أن يمر عبر هذا الجهاز.
أما بالنسبة لتوصيل مفتاح الطاقة (mosfet) للتيار المباشر والترياك للتيار المتردد، فإن لديهم تيارًا أقل مسموحًا به (5-15 أمبير)، ولكن يمكنهم زيادة الحمل بسلاسة. ولهذا الغرض يتم توفير منافذ PWM على اللوحات. تُستخدم هذه الخاصية عند تنظيم سطوع الإضاءة وسرعة المروحة وما إلى ذلك.
باستخدام المرحلات ومفاتيح الطاقة، يمكنك أتمتة جميع الدوائر الكهربائية في المنزل بالكامل وتشغيل المولد في حالة عدم وجود تيار. لذلك، على أساس اردوينو، من الممكن تنفيذ توفير مستقل لشقة أو مبنى، بما في ذلك جميع الوظائف ذات الأهمية الخاصة - التدفئةوإمدادات المياه والصرف الصحي والتهوية ونظام الأمن.
هل تريد أن يصبح منزلك أكثر ذكاءً، ولكن مع برمجة "أنت"؟ في هذه الحالة، نوصي بإلقاء نظرة على الحلول الجاهزة من Xiaomi و Apple، والتي تتميز بسهولة التثبيت والتكوين حتى بالنسبة للمبتدئين. ويمكنك ضبط الأوامر والتحكم في تنفيذها حتى من هاتفك الذكي.
اقرأ المزيد عن المنزل الذكي من Xiaomi وApple في المقالات التالية:
- منزل Xiaomi الذكي: ميزات التصميم، نظرة عامة على المكونات الرئيسية وعناصر العمل
- منزل Apple الذكي: تفاصيل تنظيم أنظمة التحكم في المنزل من شركة Apple
استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع
مثال على قطعة عمل ذاتية التجميع لـ "المنزل الذكي":
يسمح انفتاح منصة Arduino باستخدام مكونات من مختلف الشركات المصنعة. وهذا يجعل من السهل تصميم "المنزل الذكي" ليناسب احتياجات المستخدم. لذلك، إذا كان لديك معرفة بسيطة على الأقل في مجال البرمجة وتوصيل الأجهزة الإلكترونية، فإن هذا النظام يستحق الاهتمام به.
هل أنت على دراية بمنصة Arduino عمليًا وترغب في مشاركة تجربتك مع الوافدين الجدد في هذا الشأن؟ ربما ترغب في استكمال المواد المذكورة أعلاه بتوصيات أو تعليقات مفيدة؟ اكتب تعليقاتك تحت هذا المنشور.
إذا كانت لديك أية أسئلة حول تصميم نظام منزلي آلي يعتمد على Arduino، فاطرحها على خبرائنا وزوار الموقع الآخرين في القسم أدناه.
