Автоматизация умного дома на основе различных датчиков и Arduino в качестве главного контроллера

АННОТАЦИЯ

Популярность домашней автоматизации значительно возросла в последние годы из-за гораздо более высокой доступности и простоты. Имея возможность контролировать аспекты наших домов и иметь возможность автоматически реагировать на события, он становится все более и более популярным и необходимым из-за соображений безопасности и затрат. Предлагаем внедрить комплексную систему домашней автоматизации и безопасности. Наш проект предлагает недорогое решение с использованием готовых компонентов для снижения затрат и программного обеспечения с открытым исходным кодом, чтобы обойти лицензионные требования к программному обеспечению. Arduino управляет датчиками и исполнительными механизмами, которые контролируют определенное местоположение и предпринимают действия на основе определенных параметров, таких как окружающий свет, температура и т. Д. Arduino также может отправлять предупреждения, если обнаруживает отклонение от нормы. Схема распознавания голоса позволяет пользователю использовать голосовые команды для управления своим домом.

ABSTRACT

The popularity of home automation has been increasing vastly in recent years due to much higher affordability and simplicity. Being able to control aspects of our houses, and having the feature to respond automatically to events, it is becoming more and more popular and necessary due to security and cost purposes. We propose to implement integrated home automation and security system. Our project proposes a low-cost solution using off the shelf components to reduce cost and open-source software to get around the licensing requirements of the software. An Arduino controls sensors and actuators that monitor a defined location and take action based on specified parameters like ambient light, temperature, etc. The Arduino can also send alerts if it detects an abnormality. The voice recognition schema allows the user to use voice commands to control his house.

Ключевые слова: Домашняя автоматизация, Arduino, распознавание голоса, графический интерфейс пользователя, Microsoft Visual Basic.

Keywords: Home Automation, Arduino, Voice Recognition, Graphical User Interface, Microsoft Visual Basic.

Введение.

Системы домашней автоматизации быстро появляются и становятся популярными в настоящее время в мире, и их конечными пользователями являются, в частности, инвалиды и пожилые люди, но из-за их сложности и стоимости они не всегда принимаются. Старение населения происходит почти во всех странах мира. Старение является результатом снижения смертности и, что наиболее важно, снижения рождаемости. Этот процесс приводит к относительному сокращению доли детей и увеличению доли людей основного трудоспособного возраста и пожилых людей в населении. Доля пожилых людей (в возрасте 60 лет и старше) в мире увеличилась с 9,2 процента в 1990 году до 11,7 процента в 2013 году и будет продолжать расти как доля мирового населения, достигнув 21,1 процента к 2050 году [1]. быстрый экономический рост, уровень жизни также растет день ото дня. Современное общество хочет безопасной, экономичной, комфортной и удобной жизни, идеальной для каждой семьи.

Цель исследования

Аппаратная часть в основном состоит из цифрового компьютера, платы Arduino Uno, резисторов для обнаружения света, датчика температуры (LM35), датчика газа и дыма (MQ2), датчика температуры и влажности (DHT11), веб-камеры, двигателя постоянного тока, который обсуждается. наряду с их конкретными функциями.

А. Arduino Uno

Плата Arduino [8] состоит из 8-, 16- или 32-разрядного микроконтроллера AVR Atmel с дополнительными компонентами, которые помогают в программировании и подключении других схем. Эта плата имеет линейный стабилизатор на 5 В и кварцевый генератор на 16 МГц.

Б. Светочувствительные резисторы (LDR)

Это особый тип резистора с (переменным) сопротивлением, которое изменяется в зависимости от интенсивности падающего на него света. Это позволяет использовать их в светочувствительных схемах.

C. Датчик температуры (LM35)

Это прецизионное устройство для измерения температуры на интегральной схеме с выходным напряжением, линейно пропорциональным температуре по шкале Цельсия. Устройство LM35 [9] имеет преимущество перед линейными датчиками температуры, калиброванными в градусах Кельвина, поскольку пользователю не требуется вычитать большое постоянное напряжение из выходного сигнала для получения удобного масштабирования по шкале Цельсия.

D. Датчик газа и дыма (MQ2)

Этот модуль Grove - Gas Sensor (MQ2) [10] полезен для обнаружения утечки газа в доме и на производстве. Он может обнаруживать H2, LPG, CH4, CO, алкоголь, дым и пропан. Благодаря быстрому времени отклика измерения могут быть выполнены как можно скорее. Также чувствительность можно регулировать потенциометром. Когда целевой горючий газ существует, проводимость датчика увеличивается вместе с увеличением концентрации газа.

E. Датчик температуры и влажности (DHT11)

DHT11 [11] использует емкостной датчик влажности и термистор для измерения окружающего воздуха и выдает цифровой сигнал на вывод данных (выводы аналогового входа не требуются). Он довольно прост в использовании, но требует аккуратного выбора времени для сбора данных. Единственным реальным недостатком этого датчика является то, что с него можно получать новые данные только раз в 2 секунды.

Материал и методы

В этой статье наша главная цель - предложить модель системы домашней автоматизации. Предлагаемая архитектура системы показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. Блок-схема, представляющая разработанную схему

Система домашней автоматизации состоит из двух основных аппаратных компонентов: компьютер, на котором работает Matlab, Visual Basic, и плата микроконтроллера Arduino Uno, гибкая, недорогая, предлагающая множество цифровых и аналоговых входов, последовательный интерфейс, а также цифровые и ШИМ-выходы. . Домашний сервер ПК поддерживает управление платформой Matlab-GUI, а Arduino Uno управляет бытовой техникой, а также позволяет пользователю получать к ним доступ с помощью голосовых команд. Компьютер связывается с платой микроконтроллера Arduino Uno через USB-кабель для передачи данных. К портам платы микроконтроллера подключается ряд приборов и датчиков. Бытовую технику можно контролировать и получать доступ к ней удаленно. Arduino позволяет пользователям контролировать различные типы датчиков, такие как термометры и детекторы движения, в режиме реального времени. Аналоговые и цифровые контакты на плате Arduino могут служить в качестве входных и выходных контактов общего назначения (GPIO). Микроконтроллер ATmega328, встроенный в плату Arduino, содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует аналоговый входной сигнал в число от 0 до 1023. Целое число пропорционально величине напряжения, приложенного к аналоговому. ввод. Любой датчик, работающий на 5 вольт, можно напрямую подключить к плате Arduino. В качестве прототипа для мониторинга показаний датчика с помощью Arduino мы реализовали простую настройку для подключения аналогового датчика к плате Arduino. В этом разделе мы будем контролировать температуру в доме автоматически с помощью специального датчика температуры LM35. Он имеет выходное напряжение, пропорциональное температуре по Цельсию. Он имеет низкую способность к самонагреву, подходит для удаленных приложений, низкая стоимость за счет обрезки на уровне пластины, работает от 4 до 30 В, в этом случае выход с низким импедансом. В этом проекте мы использовали это для определения комнатной температуры, Arduino классифицирует измеренную температуру как горячую, нормальную или холодную, а затем соответственно регулирует скорость вентилятора, изменяя рабочий цикл двигателя с помощью метода ШИМ. Таким образом, если температура в помещении становится очень высокой или низкой, он может автоматически регулировать вентилятор в соответствии с температурой.

Результаты и обсуждение

Для реализации и демонстрации разработанной теоретически системы мы создали прототип, представляющий различные бытовые приборы. Таким образом, вся разрабатываемая система представлена ниже (Рис. №: 2.1).

Рисунок 2.1. Полная схема

На этом рисунке, приведенном здесь, мы можем видеть различные части разработанной печатной платы, которая при необходимости подключается к цифровым и аналоговым выводам Arduino. Изображение защитной панели, разработанной графическим интерфейсом Matlab, приведено выше, которая состоит из нескольких кнопок и экрана камеры.

Заключение

В этой статье предлагается и реализуется новая архитектура для экономичной системы умного дома. Он дает общее представление о том, как управлять различной бытовой техникой и обеспечивать безопасность с помощью Arduino Uno и графического интерфейса Matlab. Стоимость технологии умного дома для некоторых людей является аргументом против выбора таких установок. В этом проекте используются недорогие полочные компоненты и он основан на платформах Visual Basic и Arduino, которые являются FOSS (Free Open Source Software). Таким образом, общая стоимость внедрения очень дешевая и доступна обычному человеку. Эта недорогая система предназначена для повышения уровня жизни в доме. Функция голосового управления обеспечивает помощь и поддержку, особенно инвалидам и пожилым людям. Система безопасности, разработанная в графическом интерфейсе пользователя Matlab, также обеспечивает безопасность дома и обеспечивает защиту от возможных злоумышленников. Для будущей работы можно дать некоторые рекомендации, например, добавить датчики движения для автоматического включения / выключения света, вентиляторы в зависимости от положения пользователя, в систему можно добавить беспроводную связь, а также можно добавить планировщики для управления бытовой техникой. Вся система может быть изготовлена ​​как экономичный коммерческий аппаратный комплекс. Концепция этой домашней автоматизации также может быть использована для автоматизации сети в интеллектуальных сетях в энергосистемах.

Список ллитературы:

1. “World Population Ageing” Department of Economic and Social Affairs Population Division, United Nations, New York, 2013
2. Renato J. C. Nunes, Jose C. M. Delgado, “An Internet Application for Home Automation”, 10th Mediterranian Electrotechnical Conference. MEleCon 2000, vol 1, USA: IEEE 2000, pp. 298-301.
3. R. Shepherd, “Bluetooth wireless technology in the home,” Journal of Electronics and Communication Engineering, vol. 13, no. 5, pp. 195–03, Oct. 2001.
4. N. Sriskanthan and Tan Karand, “Bluetooth Based Home Automation System”, Journal of Microprocessors and Microsystems, Vol. 26, pp.281-289, Elsevier Science B.V., 2002.
5. Maqsood J, “Artificial Intelligence, Modelling and Simulation (AIMS)”,2014 2nd International Conference, Madrid, pp.109 – 114, 18-20 Nov.2014.
6. Cubukcu, A.; Kunsan, M.; Kaplan, K.; Metin Ertunc, H., ”Development of voice-controlled home automation using Zigbee module”, Signal
7. Adriansyah, A.; Dani, A.W., ”Design of Small Smart Home system based on Arduino”, Electrical Power, Electronics, Communications, Controls, and Informatics Seminar (EECCIS), 2014, Malang, pp.121 – 125, 27-28 Aug. 2014
8. Arduino [Online] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Arduino
9. Texas Instruments- LM35 [Online] Available: http://www.ti.com/product/lm35
10. Grove - Gas Sensor (MQ2) [Online] Available:http://www.seeedstudio.com/wiki/
11. DHT11 basic temperature-humidity sensor, Adafruit [Online] Available:http://www.adafruit.com/product/386