CC BY
17
УДК 628.95
Шурхаленко П.Г. студент магистратуры НИУ «БелГУ» Россия, г. Белгород РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ «УМНОГО ДОМА»
Аннотация: Статья посвящена разработке интеллектуальной системы управления освещением «умного дома» на основе контроллера Arduino.
В качестве центрального модуля интеллектуальной системы управления освещением было предложено использовать контроллер Arduino. Использование контроллера Arduino значительно удешевляет системы освещения и упрощает их, не влияя на функционал системы.
Ключевые слова: интеллектуальная система управления, освещение, «умный дом», Arduino, контроллер, фоторезистор
Shurkhalenko P. G. graduate student NRU «BelSU»
DEVELOPMENT OF AN INTELLECTUAL CONTROL SYSTEM OF LIGHTING "SMART HOME"
Annotation: The article is devoted to the development of intelligent lighting control systems "smart home" based on the Arduino controller.
As a central module of an intelligent lighting control system, it was proposed to use an Arduino controller. Using an Arduino controller significantly reduces the cost of lighting systems and simplifies them without affecting the functionality of the system.
Keywords: intelligent control system, lighting, smart home, Arduino, controller, photoresistor.
«Умный дом» - неотъемлемый атрибут любого современного жилья, который включает в себя совокупность систем, объединенных с различного рода приборами в единую систему управления зданием. Пожалуй, одной из важнейших является система управления освещением.
Установка уникальной системы управления освещением позволяет автоматически регулировать яркость освещения в зависимости от времени суток и выключать свет, когда в комнате никого нет.
Экономия электроэнергии является важной и актуальной темой. Приглушение света на несколько процентов помогает сохранить электроэнергию и в то же время не приносит заметных изменений в освещении комнаты. Управление освещением, комбинированное с управлением жалюзи, штор, может максимизировать использование в доме
солнечного света для освещения и обогрева.
Применение подобных систем актуально для объектов любого типа: коммерческого, промышленного строительства и частного жилья.
Результаты исследований
Разработана интеллектуальная система управления освещением «умного дома», которая состоит из контроллера Arduino, двух светодиодов, датчика освещения (фоторезистора), модуля электромагнитного реле, тактового переключателя, макетной платы, сервопривода и присоединенных к нему жалюзи.
В качестве центрального контроллера был выбран Arduino Leonardo, так как это недорогой контроллер с открытой архитектурой. Arduino - аппаратная вычислительная платформа, основными компонентами которой являются плата ввода-вывода и среда разработки на языке программирования Wiring. Это устройство может работать независимо от персонального компьютера при наличии источника питания и альтернативного канала связи. Arduino способен считывать входные данные в виде напряжения на своих аналоговых выводах. Если к определенным выводам устройства подключить датчики, устройство будет программным способом считывать информацию с этих выводов.
В качестве элемента, который будет контролировать изменение освещенности, используется фоторезистор (датчик освещения). Фоторезистор - элемент электрической цепи, который меняет свое сопротивление при освещении. Принцип действия фоторезистора основан на явлении фотопроводимости - уменьшении сопротивления полупроводника при возбуждении носителей заряда светом. (Чем меньше света, тем меньше сопротивление фоторезистора и наоборот).
Arduino может совместно работать с огромным ассортиментом датчиков. В данной системе применяется недорогой фоторезистор серии GL55.
Для поворота жалюзи в зависимости от освещения окружающей среды используется сервопривод. Был избран сервопривод SG90, его особенностью является компактный размер и небольшой вес - всего 15 грамм, подключается напрямую к контроллеру Arduino, легко осуществлять управление через созданную библиотеку в Arduino IDE.
Для управления различными исполнительными устройствами, коммутации цепей, управления приборами в электронике активно применяются электромагнитные реле. Именно реле данного типа прекрасно подходит для этой системы. Так как присутствует нагрузка на валу сервопривода, он постоянно пытается провернуть вал, и учитывая свойства сервопривода (он всегда пытается сохранить позицию вала в заданном положении), то постоянно слышится небольшой треск. Эта проблема была решена прерыванием питания сервопривода. То есть, в момент управления сервоприводом на подается питание, как только вал сервопривода
возвращается в заданное положение, цепь, питающая напряжением сервопривод, размыкается, и наоборот - замыкается, когда нужно вернуть вал в другое положение. Это сохраняет срок службы сервопривода.
Модуль реле имеет удобный разъем для подключения, поэтому может подключаться непосредственно к портам ввода-вывода Arduino. Если управляющий порт реле S подать логический 0, то реле будет в разомкнутом состоянии, если логическую 1 - замкнется.
Для того, чтобы была возможность включить и выключить внутренний светодиод, применяется тактовый переключатель.
Тактовый переключатель - простой, всем известный механизм, который замыкает цепь, пока есть давление на толкатель.
Написание программ для платформы Arduino и их загрузки в микроконтроллер осуществляется в интегрированной среде разработки IDE Arduino, которое позволяет писать программы для платы Arduino простым языком программирования Wiring. Программы, создаваемые в среде разработки Arduino, называются скетчами. После написания скетча его компилируют и загружают в микроконтроллер, который выполняет определенные команды, записанные предварительно в скетчи.
Для удобства прототипирования подобных систем существует большое разнообразие прикладного ПО. Одной из таких является программа Fritzing, которая позволяет визуально соединить отдельные компоненты в единую систему.
Суть работы данной системы основана на том, что днем, когда солнечных лучей хватает для освещения помещения, жалюзи должны быть открыты и свет выключен, а вечером наоборот - свет включен и жалюзи должны быть закрыты для того, чтобы не было видно снаружи, что происходит в помещении.
Как только осуществляется подача питания на контроллер ArduinoLeonardo, сразу включается внутренний светодиод, тем самым сигнализируя, что на дворе дневная пора и солнечного освещения достаточно. В таком состоянии контроллер Arduino подает питание через реле на сервопривод и устанавливает исходное положение вала сервопривода на 0 градусов, при котором жалюзи находятся в открытом состоянии, после чего сразу же прерывает подачу питания. Фоторезистор «указывает» контроллеру Arduino, что освещения достаточно и дополнительно включать ничего не нужно - внешний светодиод остается выключенным.
Когда же происходит нажатие на тактовый переключатель, внутренний светодиод выключается — это значит, что наступила пора ночи или вечера и нужно закрыть жалюзи и включить дополнительное освещение. Опять же фоторезистор «реагирует» на то, что освещение, которое он улавливал, изменилось и «указывает» контроллеру Arduino, что нужно подать питание через реле на сервопривод и вернуть вал от 0 до 120 градусов (закрыть жалюзи), после этого сразу же прервать подачу питания и включить внешний
светодиод (освещение).
При нажатии на тактовый переключатель снова, порядок действий изменится на обратный, то есть фоторезистор будет «указывать» контроллеру на дневное время дня, и он откроет жалюзи и выключит освещение.
Так называемая интеллектуальность данной системы отражается в том, что жалюзи и освещения автоматически срабатывают при смене времени суток.
Вывод
Использование контроллеров АМшпо в качестве центрального модуля
интеллектуальной системы управления освещением и подобных систем значительно упрощает процесс разработки, так как для программирования контроллера АМшпо не нужен программатор, не нужны глубокие знания в программировании, используется кроссплатформенный среда разработки, и самое главное -низкая цена.
С каждым днем платформа АМшпо приобретает популярность из-за многогранности ее применения, большой сообщества, открытости кода, обширной количества сайтов с библиотеками, схемами и проектами.
Разработка интеллектуальной системы управления освещением «умного дома» на базе контроллера является актуальной темой, так как данная система позволяет снизить затраты электроэнергии на освещение домов.
Использованные источники:
1. Блум Джереми. Изучаем АМшпо: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. - СПб: БХВ-Петербург, 2015. - 336 с.
2. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат АМшпо / Freeduino. Пер. с англ. - СПб: БХВ-Петербург, 2012. - 256 с.
3. Теория - Амперка / Wiki [Электрон. ресурс]. - Режим доступа: http://wiki.amperka.ru/
