Управление освещением ардуино. Умное управление освещением с Arduino: пошаговое руководство по созданию системы автоматизации света

alexxlabРазное
Как создать систему умного освещения на базе Arduino. Какие компоненты потребуются для проекта автоматизации света. Пошаговая инструкция по сборке и программированию устройства управления освещением. Какие функции можно реализовать в умной системе света на Arduino.

Содержание

Что такое умное освещение на Arduino и зачем оно нужно

Умное освещение на базе Arduino — это система автоматического управления светом, которая позволяет:

  • Дистанционно включать и выключать свет с помощью смартфона или пульта
  • Настраивать яркость и цветовую температуру освещения
  • Создавать сценарии и расписания работы света
  • Управлять освещением голосом через умные колонки
  • Автоматически включать свет при входе в помещение
  • Имитировать присутствие хозяев в доме
Такая система значительно повышает комфорт и безопасность, а также помогает экономить электроэнергию. С помощью Arduino можно реализовать практически любые функции умного освещения своими руками.


Необходимые компоненты для создания умного освещения на Arduino

Для базовой системы управления светом понадобится:

  • Плата Arduino (например, Arduino Uno или Nano)
  • Реле для коммутации нагрузки
  • Датчик движения HC-SR501
  • Модуль часов реального времени DS3231
  • Bluetooth-модуль HC-05 для управления со смартфона
  • Кнопка или сенсорный выключатель
  • Светодиоды или светодиодная лента
  • Блок питания 5В
  • Провода, макетная плата
Дополнительно можно использовать:
  • WiFi-модуль ESP8266 для удаленного управления
  • ИК-приемник для управления пультом
  • Фоторезистор для определения уровня освещенности
  • MOSFET-транзисторы для плавной регулировки яркости
Выбор компонентов зависит от желаемого функционала системы.

Пошаговая инструкция по сборке устройства умного освещения

1. Соберите базовую схему на макетной плате:

  • Подключите реле к цифровому пину Arduino
  • Датчик движения подключите к другому цифровому пину
  • Модуль часов подключите по I2C интерфейсу
  • Bluetooth модуль — через UART
2. Загрузите скетч с базовым кодом управления в Arduino 3. Протестируйте работу основных функций:
  • Включение/выключение реле
  • Срабатывание от датчика движения
  • Управление по Bluetooth
4. Добавьте дополнительные компоненты по желанию 5. Доработайте код под требуемый функционал 6. Перенесите схему на монтажную плату и поместите в корпус 7. Установите готовое устройство и подключите к освещению


Программирование Arduino для управления умным освещением

Базовый скетч для Arduino должен содержать:

  • Инициализацию всех используемых компонентов
  • Функции управления реле
  • Обработку сигналов от датчика движения
  • Работу с часами реального времени
  • Прием команд по Bluetooth
Пример простого кода: «`cpp #include
const int RELAY_PIN = 7; const int PIR_PIN = 2; SoftwareSerial bluetooth(10, 11); // RX, TX void setup() { pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT); pinMode(PIR_PIN, INPUT); bluetooth.begin(9600); } void loop() { // Проверка датчика движения if (digitalRead(PIR_PIN) == HIGH) { digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH); } // Прием команд по Bluetooth if (bluetooth.available()) { char cmd = bluetooth.read(); if (cmd == ‘1’) { digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH); } else if (cmd == ‘0’) { digitalWrite(RELAY_PIN, LOW); } } } «` Этот базовый код можно дополнять новыми функциями по мере усложнения системы.

Функции и возможности умного освещения на Arduino

С помощью Arduino можно реализовать следующие функции умного света:

  • Включение/выключение по расписанию
  • Управление яркостью и цветом
  • Сценарии освещения (например, «Кино», «Вечеринка»)
  • Имитация присутствия
  • Плавное включение/выключение
  • Ночная подсветка
  • Управление голосом через умную колонку
  • Синхронизация с погодой или временем суток
  • Автоматическое выключение при отсутствии движения
Конкретный набор функций зависит от используемых компонентов и сложности программы. Arduino позволяет постепенно наращивать возможности системы.


Интеграция умного освещения с другими системами умного дома

Систему на Arduino можно интегрировать с популярными платформами умного дома:

  • Apple HomeKit
  • Google Home
  • Amazon Alexa
  • Home Assistant
  • OpenHAB
Для этого потребуется: 1. Добавить в устройство WiFi-модуль 2. Реализовать поддержку MQTT протокола 3. Настроить шлюз для связи с выбранной платформой Это позволит управлять светом через приложения умного дома и голосовые помощники. Также появится возможность создавать сценарии с участием других устройств автоматизации.

Советы по установке и эксплуатации умного освещения на Arduino

Несколько рекомендаций по использованию самодельной системы:
  • Используйте качественные компоненты от проверенных производителей
  • Обеспечьте надежное питание устройства
  • Продумайте систему защиты от перегрузок
  • Разместите датчики движения в оптимальных местах
  • Настройте задержку выключения света
  • Регулярно обновляйте прошивку
  • Создайте резервную копию настроек
  • При необходимости используйте несколько устройств для больших помещений
Соблюдение этих правил обеспечит стабильную и безопасную работу умного освещения на базе Arduino.


Заключение: преимущества самодельного умного освещения на Arduino

Создание системы умного света на Arduino имеет ряд преимуществ:

  • Низкая стоимость по сравнению с готовыми решениями
  • Возможность реализовать любой функционал
  • Простота модернизации и масштабирования
  • Отсутствие привязки к конкретному производителю
  • Полный контроль над данными
  • Интересный обучающий проект
При этом потребуются начальные знания электроники и программирования. Но в результате вы получите уникальную систему, идеально подходящую под ваши задачи. Arduino открывает широкие возможности для творчества в создании умного дома своими руками.


Arduino и управление светом | Media UniX

Думаю, первое о чём задумывается человек, желающий добавить элементы «умного дома» себе в квартиру — это управление освещением. В идеале минимальный набор функций, которыми должен быть наделён «умный свет» должен состоять из возможности включать и выключать свет как с выключателя, расположенного на стене, так и с любого устройства в домашней локальной сети, имеющего на борту браузер. Ещё есть большое желание управлять освещением с пульта дистанционного управления.
Итого минимальный функционал:

  • Включение/выключение света с кнопки
  • Включение/выключение света в браузере (а значит любым смартфоном/планшетом/компьютером/ноутбуком и т.д. в сети)
  • Включение/выключение света с ПДУ

Включать и выключать свет можно любым из вышеперечисленных способов, при этом всегда можно узнать состояние освещения (включено или выключено) находясь не только в квартире, а с любой точки земного шара, где есть интернет.

Необходимые элементы для управления освещением

  • Arduino — Плата с микроконтроллером. Я использовал версию Arduino UNO, в которой заменил разъём usb на mini usb, потому что при старом разъёме, контакты прилегали не плотно друг к другу.
  • Arduino Ethernet Shield W5100. Это плата расширения для Arduino, необходимая для подключения UNO к локальной сети. На чип W5100 одел радиатор, ниже по тексту про нагрев этого чипа будет несколько слов. Ещё подправил разъём под ICSP, чтобы шилд ложился плотнее на Arduino.
  • Реле, для управления нагрузкой. Почитав публикации, заметил, что обыкновенные реле служат не долго из-за наличия подвижных элементов в нём. Я использовал твердотельное реле Fotek SSR-40 DA. Оно дороже, но надёжнее
  • ИК-приемник. Я использовал приёмник VS1838B с частотой 38 кгц. В теории хотелось бы располагать приёмник возле самого выключателя в комнате, по аналогии с управлением телевизором. Чтобы включить телевизор, надо на него направить пульт, но вот как их расположить в выключателе, чтобы это было эстетически не противно, я пока не придумал. Подумываю о том, чтобы располагать ИК-приёмники в центре комнаты на потолке. Ещё, пока только теоретический вариант — это использовать дополнительную плату Arduino, которая и будет с помощью
    GET запросов     по локальной сети включать или выключать свет в любой из комнат. Но это пока теория и я остановился на том, чтобы расположить ИК-приёмник возле самого выключателя. В случае каких-то модификаций, ИК-приёмники можно будет убрать в чашку с выключателем, благо занимает он мало места.
    Чтобы подключить ИК-приёмник, желательно будет спаять небольшую обвязку, состоящую из:
    1 резистора на 100 Ом (не перепутайте с 100 кОМ. При 100 кОМ работать не будет)
    1 Конденсатора электролитического с номиналом 10мкф 50в , вотльтаж можно и меньше взять.
    1 Конденсатора керамического с номиналом 0.1мкф (взял с маркировкой S104).
    Либо божно взять уже готовый модуль на плате с напаянными элементами, включая сам ИК-приёмник.
  • Пульт дистанционного управления. Я использовал от телевизора LG, исходя из тех соображений, что телевизор или любое другое устройство LG я не куплю, то есть нажимая на кнопку пульта, я не буду думать о том, чтобы сработало именно выключение света, а не телевизор или другое устройство LG. Да, пульт выбран довольно большой, но в перспективе многие кнопки будут задействованы, ведь управлять будем не только светом. Сильно специфического производителя пультов, я тоже решил не брать.
  • Светодиод. Для одного блока я использую всего 1 светодиод и объясню почему. Он мне нужен лишь для индикации состояния реле, а как следствие и состояния света, включен или выключен. Этот элемент блока управления светом будет располагаться в коридоре, то есть в коридоре, стоя в обуви я смогу перед выходом увидеть в какой комнате свет был по забывчивости не выключен. Можно конечно для индикации и «красивостей» использовать дисплей, на котором выводить текст о состоянии света, но это физически занимает больше места. А так будет красным горит светодиод — значит свет включен, не горит — не включен.
  • Кнопка без фиксации настенная. Визуально она похожа на обычный выключатель, который стоит в большинстве квартир нашей родины, но работает она несколько иначе. Она всегда физически находится в одном положении, при нажатии на неё, она отщёлкивается обратно, по типу тактовой кнопки.
  • Тактовая кнопка. Примерно такая, как используется в кнопках reset или power на системном блоке ПК. Эта кнопка тоже нужна будет для выключения света, но в коридоре, чтобы не проходить в комнату, где забыли выключить свет.
  • Блок питания Arduino. «Запитать» Arduino можно как по USB, так и подав напряжение в выведенный для этого на плате разъём. Заметил такую особенность модуля локальной сети Ethernet Shield W5100. При питании от usb, чип w5100 начинает сильно греться. При этом перебоев в его работе я не наблюдал, даже при высокой его температуре и длительном испльзовании. Но при питании Arduino через отдельный разъём, чип w5100 грелся значительно меньше. Поэтому решено было питать Arduino НЕ через USB. Я использовал зарядку для телефона на 5v 2A с элементом для понижения с 5V до 3.3V
  • Сервер управления всеми элементами умного дома. На данном этапе сервер не нужен, НО надо заложить фундамент для дальнейшего централизованного управления автономными модулями умного дома. Это, конечно же отдельная история, то как интерфейс управления должен выглядеть. На первое время я, наверно, напишу простейшую самописку для управления через браузер с «резиновым» интерфейсом, несколькими вкладками и кнопками. Но произойдёт это уже по окончании установки всех модулей на своё место и ввода их в эксплуатацию.
  • ПК или ноутбук с USB разъёмом для загрузки кода в Arduino.
  • Arduino IDE — среда разработки для Arduino, которую можно бесплатно скачать с офф. сайта Arduino.
  • Резисторы для подключения кнопок(настенной и тактовой). Я использовал 1 кОм. И ещё резистор для подключения светодиода. Я использовал 220 Ом.
  • Провода, само собой.
  • Breadboard мне нужен был на момент разработки прототипа, очень удобно без пайки собрать схемку.

Таких модулей я соберу столько, сколько зон освещения предполагается в квартире, если не плюну на всю задумку по середине пути. То есть, если на потолке в одной комнате 2-е зоны освещения, значит надо 2-а выключателя, значит надо собрать 2-а модуля на базе Arduino. Решение использовать модульную конструкцию было исходным и обязательным, так как при неожиданной проблеме с одним модулем, жизнь в квартире не остановится и можно спокойно заменить один запасной элемент, не затрагивая работающее освещение.

Модуль локальной сети Ethernet Shield W5100 по задумке производителя, думаю, должен одеваться поверх Arduino, но в моём случаем мешал разъём USB самой Arduino и контакты прилегали не плотно. До сих пор не понимаю, почему не использовать более маленький форм фактор разъёма, например mini usb. Я пробовал перепаять разъёмы и скажу, что с mini usb работает так же хорошо, тем более этот разъём, в моём случае, нужен только для заливки скетча (скетч = прошивка микроконтроллера у Arduino), питание буду подавать через другой разъём. Итого решил отпаять «родной» разъём USB от Arduino и припаивать кабель с разъёмом на конце, чтобы Ethernet Shield W5100 ложился на Arduino хорошо, все контакты соединялись.

Этот блок управления одной зоной освещения в квартире будет располагаться в щитке и только настенная кнопка будет находиться в комнате. К сожалению к минусам можно отнести громоздкость конструкции и необходимость большого щитка, для хранения всех блоков. Даже прикинув в голове на двух комнатную квартиру, где в каждой комнате, включая кухню по две зоны освещения, получаем:

комнатыкол-во зон
освещения
комната 12
комната 22
кухня2
туалет+ванная2
балкон1
коридор/прихожая1
итого надо блоков10

Идея управления освещением проста и исходя из функционала, расписанного в первых абзацах статьи, логика такова:

    • Вариант управления №1. Нажимаем кнопку на стене -> Arduino обрабатывает это нажатие -> срабатывает реле, замыкающее/размыкающее контакты. Свет включается или выключается.
    • Вариант управления №2. Отправляем в браузере GET запрос -> Arduino обрабатывает запрос -> срабатывает реле, замыкающее/размыкающее контакты. Свет включается или выключается.
  • Вариант управления №3. Нажимаем кнопку на ПДУ, таким образом отправляем команду на ИК приёмник -> Arduino обрабатывает команду -> срабатывает реле, замыкающее/размыкающее контакты. Свет включается или выключается.

Это всё кратко, что касается теории и необходимых комплектующих.
В следующих статьях расскажу, как эти элементы соединить вместе, покажу свою схему подключения и перейдём к написанию кода в Arduino IDE для нашего микроконтроллера, после чего получим полностью работоспособное устройство.

Система автоматического подсчета посетителей и управления освещением в комнате – LabRazum

Система автоматического подсчета посетителей и управления освещением в комнате

Управление освещением построено на принципе подсчёта количества входящих и выходящих людей в комнату. Если число людей в комнате больше нуля – включается реле, управляющее освещением.

Этот проект решает проблему большинства систем управления светом, построенных, например, на датчиках движения – нет необходимости каждые 5-10 минут махать или изображать движение перед датчиком.

Схемы и использованные компоненты проекта

Минимальный вариант

  • Платформа Digispark (ATtiny85) 1 шт.

    Вы можете взять любой другой микроконтроллер или платформу — например, Arduino (UNO, Nano, Micro и т.д.)

  • Датчик препятствия E18-D80NK 2 шт.

    Или другой, с логикой работы: есть объект — 0, нет объекта — 1

  • Твердотельное реле SSR-40DA 1 шт.

    Я поставил реле на 40А просто потому что оно у меня было. А вообще, смотрите на потребление вашей нагрузки и берите с запасом по току раза в 2-3, китайцы любят обманывать 🙂 На эту тему см. подробнее ниже.

  • AC-DC ист. питания 5В, 2А 1 шт.

    Если ваш источник питания на 5В — подключайте на вывод 5V (Arduino), если от 7 до 12В — на вывод Vin

дополнительные опции

  • Кнопка с фиксацией 1 шт.

    Для управления режимами (ручной/автоматический) — можно взять любую кнопку или переключатель, главное, с фиксацией положения ON-OFF

  • Фоторезистор и резистор 1 пара

    Нужны как датчик освещенности для сборки делителя напряжения, подойдет резистор от 1 до 10кОм, порог можно подстроить в коде

Минимальный вариант — подсчет и управление светом независимо от освещенности, подойдет для ванной, туалета, кладовки и т. д. Полный комплект — управление светом вручную или автоматически, включение света только если стемнело на улице.

Всё, что нужно для повторения проекта

(ниже привожу cсылки на проверенных продавцов AliExpress, у которых я покупаю)

Библиотека и примеры для загрузки в Arduino

Библиотека