Умный дом на базе ардуино. Проектирование информационной системы «Умный дом» на базе Arduino

Как спроектировать недорогую систему «Умный дом» для среднего класса потребителей. Какие компоненты и технологии использовать для создания бюджетного «Умного дома» на базе Arduino. Какие функции реализовать в системе домашней автоматизации.

Содержание

Ключевые компоненты системы «Умный дом» на базе Arduino

Для создания бюджетной системы домашней автоматизации на основе Arduino потребуются следующие ключевые компоненты:

  • Контроллер Arduino (например, Arduino Mega 2560) — центральный элемент системы
  • Различные датчики (температуры, влажности, освещенности, движения и т.д.)
  • Исполнительные устройства (реле для управления освещением и бытовой техникой)
  • Модули беспроводной связи (Wi-Fi, Bluetooth) для удаленного управления
  • Блок питания
  • Провода и макетные платы для соединения компонентов

Такой набор позволит реализовать базовый функционал «Умного дома» с возможностью дальнейшего расширения системы.

Основные функции «Умного дома» на Arduino

При проектировании бюджетной системы домашней автоматизации на базе Arduino рекомендуется реализовать следующие ключевые функции:


  1. Управление освещением (включение/выключение, диммирование)
  2. Контроль микроклимата (температура, влажность)
  3. Охранная сигнализация (датчики движения, открытия дверей/окон)
  4. Пожарная сигнализация (датчики дыма, газа)
  5. Удаленное управление через смартфон

Это базовый набор возможностей, который можно расширять по мере необходимости, добавляя новые датчики и исполнительные устройства.

Проектирование архитектуры системы

При разработке архитектуры «Умного дома» на Arduino следует придерживаться модульного подхода. Это позволит легко масштабировать и модернизировать систему в будущем.

  • Центральный контроллер на базе Arduino Mega собирает данные с датчиков и управляет исполнительными устройствами
  • Датчики и исполнительные устройства группируются по комнатам/зонам
  • Беспроводной модуль обеспечивает связь с мобильным приложением
  • Система питания обеспечивает бесперебойную работу всех компонентов

Такая модульная архитектура позволит гибко настраивать систему под конкретные потребности пользователя.


Выбор датчиков для системы «Умный дом»

При проектировании бюджетной системы домашней автоматизации рекомендуется использовать следующие типы недорогих датчиков:

  • Датчик температуры и влажности DHT11/DHT22
  • Датчик движения HC-SR501
  • Датчик освещенности на основе фоторезистора
  • Датчик газа MQ-2
  • Датчик открытия двери/окна на основе геркона

Эти датчики имеют хорошее соотношение цена/качество и легко интегрируются с Arduino. При необходимости систему можно дополнить другими типами сенсоров.

Разработка программного обеспечения для Arduino

Программное обеспечение для контроллера Arduino в системе «Умный дом» должно решать следующие задачи:

  1. Сбор и обработка данных с датчиков
  2. Управление исполнительными устройствами по заданным алгоритмам
  3. Обмен данными с мобильным приложением
  4. Реализация сценариев автоматизации

При разработке ПО рекомендуется использовать библиотеки для работы с конкретными датчиками и модулями. Это упростит написание кода и повысит его надежность.

Создание мобильного приложения для управления

Для удобного управления «Умным домом» необходимо разработать мобильное приложение. Оно должно обеспечивать следующий функционал:


  • Отображение текущих показаний датчиков
  • Управление освещением и бытовыми приборами
  • Настройка сценариев автоматизации
  • Получение уведомлений о важных событиях
  • Просмотр графиков и статистики

Приложение можно разработать с использованием фреймворков React Native или Flutter для кроссплатформенности.

Тестирование и отладка системы

После сборки прототипа «Умного дома» на Arduino необходимо провести его тщательное тестирование:

  1. Проверить корректность работы всех датчиков
  2. Протестировать алгоритмы управления устройствами
  3. Оценить надежность беспроводной связи
  4. Измерить энергопотребление системы
  5. Проверить работу всех функций мобильного приложения

По результатам тестирования нужно выполнить отладку выявленных проблем и оптимизацию работы системы.

Оценка стоимости системы

Приблизительная стоимость компонентов для базовой системы «Умный дом» на Arduino составит:

  • Arduino Mega 2560 — 1500 руб.
  • Набор датчиков — 2000 руб.
  • Реле и исполнительные устройства — 1500 руб.
  • Модуль Wi-Fi ESP8266 — 300 руб.
  • Блок питания — 500 руб.
  • Провода и мелкая электроника — 1000 руб.

Итого около 7000 руб. за базовый комплект. Это значительно дешевле готовых коммерческих решений при сопоставимом функционале.



Умный дом на базе Arduino. Большой набор + КНИГА

✔Контроллер
x1 Arduino Uno R3+кабель USB

✔ Элементы коммутации
x1 Плата макетная беспаечная [400 контактов], 8,5х5,5 см
x 10 Провода с разъемами “папа-папа” 10 см
x10 Провода с разъемами “папа-папа” 20 см
x20 Провода с разъемами “папа-мама” 10 см
x40 Провода с разъемами “папа-мама” 20 см
x10 Провода с разъемами “мама-мама”, 20 см

✔Резисторы, потенциометры
x10 Резистор 10 кОм
x10 Резистор 220 Ом

✔ Кнопки
x3 Кнопки тактовые 12х12×5 мм

✔ Светодиоды, дисплей
x8 Светодиоды цветные 5 мм
x1 Светодиод с проводами и держателем 5 мм (красный)
x1 Светодиод с проводами и держателем 5 мм (зеленый)
x1 Светодиод RGB с общим катодом
x1 ЖК -дисплей 1602 с модулем I2C
x1 Светодиодная матрица 8*8

✔Датчики
x1 Модуль датчика света SVG KY-018
x1 Датчик звука KY-038
x1 Датчик движения HC-SR501
x1 Датчик углекислого газа MQ-135 FC-22
x1 Датчик температуры и влажности DHT11
x1 Датчик температуры TMP36 (аналоговый)
x1 УЗ приемопередатчик HC-SR04
x1 Датчик пламени
x1 Датчик влажности почвы
x1 Датчик уровня воды
x1 Фоторезистор
x1 Потенциометр 10 кОм

✔Модули
x1 Модуль реле одноканальный
x1 Модуль Bluetooth HM-10
x1 Модуль RFID RC522
x1 Модуль расширителя PCF8574
x1 Модуль зуммера 5 В

✔Дополнительно
x1 Серводвигатель TowerPro SG90 9G
x1 Вертикальный микронасос 3-6 В
x1 Трубочка диаметром 6 мм, длиной 0,5 м
x1 Динамик 8 Ом 40 мм

✔ Питание
x1 Блок питания 9 В 1 А
x1 Отсек для 4 батареек АА
x4 Батарейки AA 1,5 В
1 Клипса для батарейки 9 В

✔Детали корпуса домика
x5 Стены
x1 Пол
x1 Козырек
x1 Дверь с ручкой и элементы крепления
x1 Механизм открывания двери

✔Крепление
x78 Болты и гайки
x10 Втулки D7 3×3
x30 Хомуты 100 мм

✔ Инструменты
x1 Отвертка

✔Книга, руководство
1x Блум Дж. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства. – СПб.: БХВ-Петербург – 336 с.
x1 Руководство к набору

Как сделать умный дом на Ардуино своими руками: подключение периферии и программирование