Arduino를 기반으로 한 "스마트 홈"은 무엇입니까?

최근에는 점점 더 혁신적인 기술이 우리 삶의 다양한 영역에 침투합니다. 그들의 사용은 크게 편안함을 개선하고 다양한 작업에 사람의 시간을 절약 할 수 있습니다. 오늘 우리는 소위 "스마트 하우스"라는 주제에 대해 이야기하고 그들의 특징, 이점, 단점 및 창조 기술에 대해 이야기 할 것입니다.

"똑똑한 집"이라는 용어를 이해한다면, 대부분의 사람들에게 명확한 가장 가까운 아날로그는 "가정 자동화"라는 구입니다.그러한 것들의 의미는 방에서 발생하는 다양한 프로세스의 자동 구현을 보장하는 것입니다. 이러한 메커니즘은 주거용 건물뿐만 아니라 사무실 및 다양한 특수 시설에서 사용될 수 있습니다.

언급해야 할 첫 번째 기능은 디자이너와 같은 시스템을 수집 할 수있는 가능성입니다. Arduino 플랫폼에있는 중앙 요소의 존재를 나타냅니다.이 요소는 집안에 설치된 다양한 시스템의 모든 정보가 흐르는 중앙 컨트롤러로 나타납니다. 그리고 가능하면 시스템에 새로운 구성 요소를 추가하는 것이 허용됩니다 - 여러 방의 조명을 제어하고 다양한 예기치 않은 상황의 발생에 대해 소유자에게 알리고 기후 조건을 모니터링하고 엔지니어링 메커니즘을 모니터링하십시오.

그러나 그러한 시스템에는 어떤 구성 요소와 메커니즘이 있어야하는지 명확한 아이디어가 없다는 것을 이해해야합니다. 즉, 특정 제품이 아니라 개념입니다. 필요하다면, 당신은 하나의 시스템을 넣을 수 있고 나머지는 그렇지 않을 수 있습니다. 즉, 우리는 작은 것에서부터 시작하여 필요에 따라 주택 기능을 향상시켜 주택 관리 분야에서 새로운 기회를 얻습니다. 가장 중요한 기능 중 하나는 조명을 지능적으로 제어하는 ​​기능입니다. 이러한 시스템을 일상 생활에서 사용하면 사람이 방에있을 때만 조명이 켜지므로 자원을 크게 절약 할 수 있습니다.

다음 기능은 실내 온도 조절입니다. 설명 된 메커니즘은 똑같이 중요합니다. 예를 들어, 추운 계절에 저장하는 것뿐만 아니라 온도를 급격히 낮추어 활성화하는 것이 항상 가능하지 않기 때문에 난방 자동화는 매우 중요합니다.보일러를 기준으로 자율 난방을하는 경우 비상 사태시 온도 센서 및 가스 흐름 모니터링 메커니즘이있는 경우 소유주에게 통보되어 실시간으로 신속하게 대응할 수 있습니다.

또 다른 장점은 다양한 시스템의 기술 장비입니다. 자동화 설치로 집 소유자는 다양한 작업을 수행 할 수 있습니다 : 블라인드를 낮추고 TV 화면이나 미디어 플레이어를 켜십시오. 이러한 시스템과 다른 시스템을 공통 메커니즘에 연결하여 실제로 하나의 키만 눌러 장치를 활성화하기위한 조건을 만들 수 있습니다.

다음은 보안 시스템입니다. "스마트 홈"의 메커니즘은 소유주가 없을 때 초대받지 않은 손님의 집에 대한 새로운 수준의 침입으로부터 보호합니다. 그 집은 거의 불굴의 물체로 변형되어 있습니다. 또한 시스템은 조명을 켜고 끄는 것으로 집안에있는 효과를 모방 할 수 있으며 감시 카메라는 집이나 주변 지역의 활동에 대한 최신 정보를 소유자에게 전송하여 보호를 보호합니다.이 시스템에는 필요한 경우 가해자를 무력화시킬 수있는 여러 가지 방법이 있습니다.

그리고 제가 말하고자하는 마지막 기능은 간단하고 합리적인 제어입니다. 거대한 기능성에도 불구하고 설명 된 시스템은 어린이에 의해서조차 제어 될 수 있습니다. 일반적으로 전통적인 스위치와 특수 패널이있는 소형 리모콘이이 용도로 사용됩니다. 또한이 메커니즘은 PC 또는 모바일 장치에서 제어 할 수 있습니다. 그리고 최근에는 음성 제어뿐만 아니라 솔루션도 소개되고 있습니다. 보시다시피, 그러한 시스템에는 집이나 다른 어떤 물체에 대한 탁월한 통합 솔루션이되는 많은 기능이 있습니다.

오늘날, 문제의 시스템을 구현할 수있는 Arduino를 기반으로하는 수많은 수정 및 완벽한 세트입니다. 이러한 메커니즘을 생산하는 많은 회사들이 이미 Wi-Fi 및 블루투스 시스템이 내장 된 컨트롤러를 만들어 모바일을 통해 구내에서 시스템을 제어 할 수있게한다. 이더넷 유형 인터페이스를 통해 관리가 이루어지는 솔루션도 있습니다. 로컬 유형 홈 네트워크를 통해 광섬유 케이블을 사용하는 유선 방식입니다.컨트롤러 자체가 별도로 제공하지 않는 한 무선 연결을 허용하는 Wi-Fi 라우터는 물론 스위치가 이러한 솔루션에 일반적으로 추가됩니다.

일반적인 수동 스위치의 연결은 두 가지 방법으로 중앙 컨트롤러에서 수행 할 수 있습니다.

• 전기 배선 사용
• 무선 기술로

보시다시피, "스마트 홈"에는 많은 구성 요소가 있습니다.

일반적으로 시스템은 다음과 같은 노드로 구성되며 다양한 종류의 장치로 나타낼 수 있습니다.

• 일반적으로 메인 노드로 대표되는 중앙 시스템 컨트롤러는 물론 개별 출력 입력 모듈레이터;
• 확장 장치 및 통신 장치 : 라우터, 다양한 스위치, GPS 및 GPRS 모듈 포함.
• 전기 회로 스위칭을 담당하는 장치 - 릴레이, 조광기 및 전원 공급 장치;
• 고성능 장치 - 다양한 종류의 밸브 (물, 가스);
• 시스템 관리 파트 - 터치 패널, 태블릿, 개인용 디지털 보조 장치 및 콘솔
• 다양한 측정 부품 - 장치, 센서 및 센서 (우리는 빛, 온도 및 운동의 센서에 대해 이야기하고 있습니다).

Arduino 기반 메커니즘을위한 장비를 선택할 때 특정 시스템이 사용할 정보 전송 방법을 고려해야합니다. 예를 들어, 상당히 일반적인 표준 EIB \ KNX를 제공하는 것이 가능합니다. 여기에는 일반적으로 전원 네트워크, 컴퓨터 네트워크 및 라디오 채널이 사용됩니다. 동시에 표준 X10이 있습니다. 230V의 일반 일반 AC 주전원이 정보를 전송하는 데 사용됩니다.

Arduino 기반 스마트 홈의 장점에 대해 말하면서, 다음 사항을주의해야합니다.

• 전체 메커니즘의 작업을 설정하는 측면에서 큰 기회. 즉, 사용자는 다양한 수준의 복잡도 알고리즘을 실행할 수있는 프로그램을 독립적으로 작성할 수 있습니다.
• 원하는 경우 자체 제어기가있어 시스템이 자율적으로 작동 할 수 있습니다.
• 프로그램을 다운로드하는 것이 쉽습니다. 왜냐하면프로그래머는이 작업을 위해 필요하지 않지만, 부트 로더가 마이크로 컨트롤러에 간단히 설치되기 때문에 모든 것이 USB 인터페이스를 사용하여 수행됩니다.
• 시스템의 저렴한 부품. 이것은 다른 제조업체가 배타적 권리를 갖고 있지 않기 때문입니다. 이러한 이유로 Arduino 아키텍처는 개방형으로 분류됩니다.

• 사용자가 스마트 홈의 메커니즘을 직접 제어 할 수있는 오픈 소스 코드가 있습니다.
• 접근성은 사용자가 필요한 센서와 메커니즘을 선택한다는 것입니다.
• 다양성과 가장 흥미로운 아이디어를 구현하는 능력. Arduino 기반의 스마트 홈이 무엇인지에 대한 지침이나 표준은 없습니다. 이것은 소유자가 침실이나 주방에 센서를 설치하는 것에 국한되지 않기 때문에 사용자가 원하는 방식으로 시스템을 만들 수 있음을 의미합니다.
• 자체 펌웨어 로더의 가능성.
• Arduino 프로세서 보드에 핀 커넥터가있어 시스템 내에서 프로그래밍이 가능합니다.

어떤 메커니즘과 마찬가지로, 이 시스템에는 몇 가지 단점이 있습니다.

• 시스템의 개방성에도 불구하고이를 숙지하고 성공적으로 사용하려면 프로그래밍, 수리 및 전자 제품을 비롯한 여러 특정 분야의 지식이 필요합니다.
• 자신의 프로젝트를 구현하고 사용자 정의하는 데 상당한 시간을 소비해야하는 필요성. 각 프로젝트는 본질적으로 고유하며 다른 프로젝트보다 약간을 수행 할 수 있기 때문에 필요합니다.
• 이 메커니즘이 소수의 운영 체제에서만 작동한다는 사실 때문에 Arduino를 직접 구성하는 데 어려움이 있습니다.
• 소프트웨어 고장의 가능성이 존재하여 팀의 문제 또는 작동 불능으로 이어질 수 있습니다. 이러한 이유로 장비 건강 진단을 수시로 수행해야합니다.

• 이 제어 알고리즘에는 필연적 인 다양한 유형의 방사가 있습니다.
• 추가 장비 및 전선이 배치되는 특수 캐비닛을위한 공간을 할당해야합니다.
• 제어가 인터넷을 사용하여 수행되는 경우 메커니즘의 구성 요소간에 전송되는 데이터는 침입자에 의해 차단 될 수 있습니다.문제에 대한 부분적인 해결책은 독점적 인 보안 연결입니다. 그러나 장비의 현대화에 많은 돈을 투자해야합니다.

Arduino를 기반으로하는 스마트 홈 시스템을 만드는 것은 프로젝트를 만드는 것으로 시작됩니다. 이를 개발할 때 시스템이 수행해야하는 기능과 태스크를 정확하게 이해해야합니다.

일반적으로 Arduino Uno 솔루션을 기반으로하는 프로젝트에는 다음 작업이 포함됩니다.

• 창문 밖의 기상 조건과 실내 온도를 모니터링하고 결과적으로 변경에 대한 적절한 대응. 장치는 일반적으로 난방, 환기 장치 및 기타 장치와 함께 통합 시스템의 요소가됩니다.
• 창 및 문 상태 모니터링 - 닫혀 있거나 열려 있습니다.
• 알람 기능이 활성화 된 경우 모션 센서가 활성화되면 사운드가 생성됩니다.
• 가전 ​​제품의 자동 제어.
• 조명 장비의 자동 연결 및 종료 덕분에 전기 소비량을 제어합니다.
• 화재 안전.그 메커니즘은 주인에게 방안의 화재 나 연기의 존재에 대한 신호를줍니다. 정교한 시스템이 개발되면 소방관에게도 전화 할 수 있습니다.

• 현관. 외부가 어두워지면 빛을 자동으로 켜고 동작 감지 메커니즘을 생성해야합니다. 밤에는 보통 평균 전원 표시등이 활성화되어 가족 구성원에게 불편을주지 않아야합니다.
• 주방 부엌에서 조명을 켜고 끄는 것은 일반적으로 수동으로 수행됩니다. 아무도 방을 오랫동안 걸어 다니지 않았다면 자동으로 연결이 끊어 질 수 있습니다. 시스템이 사람이 조리를 시작한 것을 감지하면 자동으로 후드가 켜집니다.
• 현관. 조명 장치의 작동은 사람이 건물을 떠날 때 문을 열었을 때 또는 외부가 이미 어두우면 소유자가 집에 접근 할 때 수행 할 수 있습니다.
• 방 가벼운 장치 포함은 수동으로 수행됩니다. 필요한 경우 및 모션 센서가있는 경우에도 자동 모드에서 활성화 할 수 있습니다.

• 욕실. 이 방에 대해 말하면, 보일러 관리에 관해서는 보통 여기에 있다고 가정 해 봅시다. 그것은 장치 자체가 특정 물 온도에 도달하면 장치가 꺼지면 전원 스위치가 있습니다. 히터 관리는 사용 가능한 자동화에 따라 수행됩니다. 또한 욕실 입구에서 조명을 켜고 배기 장치를 작동시킬 수 있습니다.

위에서 설명한 모든 요점이 가능한 한 명확 해지면 고객이 변경하는 기술적 인 작업이 준비되고 있습니다. 최종 버전이 컴파일되면 프로젝트 유형 작업 수행을위한 견적 문서 작성의 기초가됩니다.

일반적으로 프로젝트는 다음 구성 요소로 구성됩니다.

• 다양한 서브 시스템을 설명하는 설명 문서;
• 제어 장치의 레이아웃;
• 케이블 실행의 개략도;
• 자동화 로커에 장치를 배치하는 프로젝트;
• 그러한 캐비닛에서 가전 제품을 연결하기위한 기본 옵션;
• 연결 계획;
• 케이블 매거진;
• 다양한 사양.

또한, 프로젝트 형성 단계에서 "스마트 홈"의 가격이 계산됩니다.

가격은 다음 요인에 따라 달라질 수 있습니다.

• 장치의 수;
• 선택된 장비 및 서브 시스템.

전문가의 참여 또는 자신의 손으로 "스마트 홈"시스템을 만드는 단계는 동일 할 것이라고 말해야합니다. 그러나 후자의 경우, 기성품 버전은 이미 시장에 부족한 전문가를 유치하는 것보다 비용이 훨씬 적게 듭니다. 이러한 이유 때문에 급여가 적절할 것입니다. 즉, 추가 돈을 쓰고 싶지 않다면 스스로 할 수 있습니다. 결국이 시스템의 구성 요소부터 시작해 보겠습니다.

우리가 시스템 구성에 대해 말하면, 이 기술에는 다음과 같은 구성 요소 세트가 포함됩니다.

• 모션 센서;
• 온도 및 습도 센서;
• 광 센서;
• DS18B20 표시가있는 한 쌍의 온도 센서;
• 이더넷 모듈 브랜드 ENC28J60;
• 마이크;
• 리드 스위치;
• 릴레이;
• 트위스트 페어 케이블;
• 이더넷 케이블;
• 4.7 킬로의 저항을 갖는 저항;
• 마이크로 프로세서 보드 arduino.

일반적인 옵션은 단순히 많은 전압을 견딜 수 없으므로 스마트 홈에는 독점적으로 LED 조명을 장착해야합니다. 프로젝트가 준비되고 필요한 모든 부품이 이미 구매되면 센서와 컨트롤러를 연결해야합니다. 이는 이전에 생성 된 계획에 따라 독점적으로 수행되어야합니다. 접점은 완전히 절연되어야합니다.

즉, 연결 알고리즘은 다음과 같이 보입니다.

• 설치 코드;
• PC 또는 모바일 용 애플리케이션 설정;
• 포트 포워딩;
• 소프트웨어 테스팅 및 센서의 구현;
• 테스트 중에 발견 된 경우 문제 해결.

먼저 코드를 설치해 보겠습니다.

첫째, 사용자는 Arduino IDE에 소프트웨어를 작성해야합니다. 그것은 선물한다 :

• 텍스트 편집기;
• 프로젝트 창작자;
• 컴파일 프로그램;
• 전처리 기;
• Arduino 미니 프로세서에 소프트웨어를 다운로드하기위한 도구.

Windows, Linux, Mac OS X와 ​​같은 주요 컴퓨터 운영 체제 용 소프트웨어 버전이 있습니다. 사용 된 프로그래밍 언어에 대해 말하면 단순화 된 숫자로 C ++에 대해 이야기하고 있습니다. Arduino를 위해 사용자가 작성한 프로그램을 일반적으로 스케치라고합니다. 시스템은 자동으로 많은 기능을 생성하며 사용자는 자신의 글을 이해할 필요가 없으며 일반적인 작업 목록을 지정합니다. 또한 일반 라이브러리의 헤더 유형의 파일을 추가 할 필요가 없습니다. 하지만 맞춤 삽입이 필요합니다.

다양한 방법을 사용하여 프로젝트 IDE 관리자에 라이브러리를 추가 할 수 있습니다. C ++로 작성된 소스 코드의 형태로 IDE 쉘의 작업 디렉토리에 별도의 디렉토리에 추가됩니다. 이제 필요한 라이브러리의 이름이 특정 IDE 메뉴에 나타납니다. 당신이 표시 한 것들은 편집리스트에 포함될 것입니다. IDE는 소수의 설정을 가지고 있으며 컴파일러 미묘를 전혀 설정할 가능성이 없습니다. 이것은 모르는 사람이 어떤 실수도하지 않도록하기 위해서입니다.

라이브러리를 다운로드 한 경우에는 압축을 풀고 IDE에 간단하게 삽입해야합니다. 프로그램 텍스트에는 작업의 원리를 설명하는 주석이 있습니다. Arduino의 모든 응용 프로그램은 동일한 기술을 사용합니다. 사용자가 프로세서에 요청을 보내면 장치 코드에 필요한 코드가 다운로드됩니다. 사람이 새로 고침 키를 누르면 마이크로 컨트롤러가 정보를 보냅니다. 특정 지정이있는 각 페이지는 화면에 표시되는 프로그램 코드입니다.

다음 조치 세트는 클라이언트를 개인용 컴퓨터 또는 스마트 폰에 설치하는 것입니다. 인터넷, Google Play 마켓 또는 다른 소스에서 다운로드 할 수 있습니다. 이렇게하려면 다운로드 한 파일에서 파일을 연 다음 아이콘을 클릭하고 나타나는 창에서 "설치"버튼을 클릭해야합니다. 동시에이 옵션을 사용하려면 Google Play 서비스가 아닌 소프트웨어를 설치할 수 있도록 옵션을 활성화해야합니다. 이 옵션을 사용하려면 설정 섹션에 들어가서 "보안"항목을 선택해야합니다.이것은 해당 옵션을 활성화하는 방법입니다. 설치가 완료되면 응용 프로그램을 활성화하고 구성 할 수 있습니다.

이 소프트웨어를 사용하면 시스템에서 정보를 수신 할 수있을뿐만 아니라 관리 (예 : 경보 활성화 및 비활성화) 할 수 있습니다. 옵션이 활성화 된 경우 모션 센서가 활성화되면 프로그램은 해당 정보를 수신합니다. Arduino는 프로그램을 폴링하여 60 초 간격으로 모션 센서를 활성화합니다.

다음 연결 단계는 "스마트 홈"과 함께 사용할 브라우저 프로그램을 설정하는 것입니다. 주소 입력란에 컴퓨터의 IP 주소가 될 특정 순서를 입력해야합니다. 이 작업이 완료되면 사용자는 "스마트 홈"에서 정보를 수신하고 제어 할 수 있습니다.

그런 다음 라우터로 계속 작업 할 수 있습니다. 포트를 열어야합니다.

다음 알고리즘을 사용하여이 작업을 수행 할 수 있습니다.

• 열린 설정;
• Arduino 마이크로 컨트롤러의 주소를 등록하십시오.
• 여덟 번째 포트를여십시오.

이제 Noip 포털에 계정을 설정해야합니다. com.이 단계는 선택 사항이지만 주소에 도메인 이름을 지정해야하는 경우 필요합니다. 포털 www에서 등록 절차를 거쳐야합니다. 멍청 아. com을 선택한 다음 호스트 추가 카테고리로 이동하여 IP 시스템을 지정하십시오. 이 절차를 거친 후에는 IP뿐만 아니라 도메인을 통해서도 액세스 할 수 있습니다. 이 과정에서 프로젝트의 구성이 완료되고 시스템의 성능을 확인할 수 있습니다.

Arduino와 호환되는 구성 요소가 많은 제조업체에서 생산되고 Arduino 자체가 제품을 제어 할 수 없다는 점을 감안할 때 사용자는 제대로 작동하지 않을 수있는 구성 요소를 얻을 확률에 직면하게됩니다. 일반적으로 이러한 상황은 이미 개인용 컴퓨터를 만드는 부분에 존재합니다. 오래 전에 IBM은 개인용 컴퓨터의 아키텍처를 공개했습니다. 이것이 여러 회사가 호환되는 컴퓨터를 생산하기 시작한 이유입니다.

동시에 부품의 품질과 호환성의 정도가 떨어졌습니다. 반대로, 이것은 애플의 정책으로, 아키텍처에 액세스 할 수있는 개발자의 수를 크게 제한했다.

사용자는 여러 Adruino 구성 요소의 작동에 다음과 같은 특징을 나타 냈습니다.

• 여러 Arduino 마이크로 프로세서 솔루션에서 릴레이가 연결되어 있으면 COM 유형 포트가 끊어집니다. 이러한 이유로 마이크로 컨트롤러는 스케치를로드 할 수 없습니다. 이 절차를 시작하면 장비가 재부팅됩니다. 가장 흥미로운 점은 릴레이가 클릭을 만들고 COM 포트가 꺼져 있고 스케치가로드되지 않는다는 것입니다.
• 마이크로 컨트롤러의 오작동이나 코드 오류의 경우 수동 스위치가 직렬로 연결된 잘 닫힌 릴레이를 사용하는 것이 좋습니다.
• 문 닫힘 센서가 가끔씩 작동 할 수 있습니다. 이러한 이유로 스케치는 한 번에 두 신호를 수신 할 때 시스템이 원하는 동작을 수행하도록 생성됩니다.
• 화재 경보기를 담당하는 장치의 경우 화재 감지기가 아닌 연기 감지기를 사용하는 것이 가장 좋습니다.후자에는 결함이 있습니다 - 화재는 30 센티미터 이상을 감지합니다.

• 소위 표준 세트로 제공되는 온도 센서 모델 DHT11은 2 ~ 3 도의 수준에서 심각한 오류를 나타냅니다. 건축에서는 DHT22 모델을 사용하는 것이 훨씬 더 정확합니다. 그리고 창 밖으로 DHT21을 사용하는 것이 좋습니다. 영하의 온도에서도 작동 할 수 있으며 기계적 손상에 강합니다.
• 박수를 사용하여 프로세스 제어를 구성하려면 많은 수의 사용자가 마이크 대신 수동 감지 임계 값 설정이있는 사운드 탐지기를 사용합니다. 이러한 목적을 위해,이 장치는 작용 반경이 비교적 작기 때문에 적합하지 않다. 예, 센서는 작은 시간 펄스로 신호를 전송합니다. 처리 시간이 오래 걸리는 대형 스케치가있을 경우 마이크로 컨트롤러는 단순히 신호를 포착하지 않습니다.

고려중인 시스템의 프로세스를 시각화하기 위해서는 디지털 디스플레이 보드 또는 액정 디스플레이를 사용할 수 있습니다. 그러나이 경우에는 최선의 선택이 아닙니다. 시각화를 위해 별도의 상태 처리 서버를 사용하는 것이 가장 효과적입니다. 노드에서 구현 될 수 있습니다. js를 사용하면 모든 서버를 구현할 수 있습니다. 당연히 Adruino 보드의 상태 처리에 대해 이야기하고 있습니다.

이 기술은 소위 Internet of Things의 작업을 수행하는 데 사용되므로 시스템 자동화를 시각화하는 데 적합합니다. 자바 스크립트로 서버와 핸들러를 생성하면 모든 장치의 브라우저에 합계를 쉽게 표시 할 수 있습니다. 하드웨어 기반으로 동일한 마이크로 컴퓨터 인 Raspberry Pi 또는 PC를 사용할 수 있습니다. 그러나 자동화 메커니즘의 가능성은 크게 증가 할 것입니다. 예를 들어, 서버에서 메모리 양은 제한이 없으며 모든 것을 관리하는 방식으로 서버 프로그램을 작성할 수 있습니다.

이 유형의 서버를 사용하면 함께 연결할 수도 있습니다. 아이디어는 클라우드 서비스를 사용하여 집에서 자동 프로세스를 시각화하는 것입니다.또 다른 옵션은 SMS를 통해 정보를 받고 시스템을 제어하는 ​​것입니다.

사실 Arduino를 기반으로 한 이러한 "스마트 홈"은 다음 비디오를 참조하십시오.