К настоящему времени системы типа «умный дом» из удивительной экзотики, доступной только самым состоятельным лицам, превратились в обыденность, к которой может приобщиться любой желающий. Выбирать есть из чего: выпуск подобных аппаратно-программных комплексов освоили очень многие разработчики. К числу наиболее известных принадлежит компания Arduino, с продукцией которой мы сейчас и познакомимся.
Что такое «умный дом»
У этого термина есть более понятный аналог - «домашняя автоматизация». Суть подобных решений состоит в том, чтобы обеспечить автоматическое выполнение различных процессов, происходящих в жилище, офисе или на специализированных объектах. Простейший пример - автоматическое включение освещения в тот момент, когда кто-то из жильцов входит в комнату.
Система «умный дом» от Arduino представляет собой комплект оборудования для управления работой различных устройств с помощью мобильного телефона на базе ОС Android В любой системе «умный дом» можно выделить следующие составляющие:
Современные системы «умный дом» делятся на несколько разновидностей:
- Оснащённые собственным контроллером.
- Использующие в этом качестве процессор пользовательского компьютера (планшета, смартфона).
- Обрабатывающие информацию при помощи удалённого сервера, принадлежащего компании-разработчику (облачный сервис).
Система может не только активировать тот или иной прибор, но и проинформировать пользователя о происшедшем событии путём отправки сообщения на телефон или каким-то иным способом. Таким образом, на неё можно возложить функции сигнализации, в том числе и противопожарной.
Сценарии могут быть гораздо более сложными, чем мы описали в примерах. Например, можно научить систему включать бойлер и переводить снабжение горячей водой на него при отключении централизованной подачи, если при этом обнаруживается присутствие кого-то из жильцов в доме (помогают инфракрасные, ультразвуковые датчики, а также датчики движения).
Знакомимся с Arduino
Arduino - итальянская компания, занимающаяся разработкой и производством компонентов и программного обеспечения для простых систем «умный дом», предназначенных для неспециалистов. Примечательным является то, что этот разработчик сделал архитектуру созданных им систем полностью открытой, что дало возможность сторонним производителям разрабатывать новые и копировать уже существующие Arduino-совместимые устройства, а также выпускать ПО для них.
Набор Arduino Uno содержит необходимые компоненты для реализации устройств, описанных в прилагаемой книге Такой подход обеспечил высокую популярность системам итальянской компании, но у него есть и недостаток: из-за того что за производство компонентов для Arduino-систем берутся, так сказать, все кому не лень, не всегда удаётся с первого раза приобрести качественное изделие. Зачастую приходится сталкиваться и с проблемой совместимости компонентов от разных производителей.
Потенциальному пользователю следует знать, что с 2008 года существуют две компании, выпускающие продукцию под торговой маркой Arduino. У первой, которая начинала это направление, официальный сайт размещён по адресу www.arduino.cc ; у второй, новообразовавшейся - по адресу www.arduino.org . То, что было разработано до раскола, на обоих сайтах представлено одинаково, а вот ассортимент новой продукции уже отличается.
ПО для систем «умный дом» Arduino имеет вид программной оболочки (называется IDE), в которой можно писать и компилировать программы. Распространяется бесплатно. Программы пишутся на языке C++.
Версии программы Arduino IDE, представленные на указанных сайтах, тоже сильно отличаются, хотя имеют одинаковые не только название, но и номера версий. Из-за этого в них довольно легко запутаться. Отличие состоит в том, что каждое ПО поддерживает свои библиотеки и платы.
«Железо» системы состоит из платы с микроконтроллером (процессорная плата) и установленных на ней плат расширения, которые в обиходе называют шилдами. Подключение шилд к процессорной плате позволяет добавлять к «умному дому» новые компоненты. Собранная система может быть как полностью автономной, так и работающей в связке с компьютером через стандартный проводной или беспроводной интерфейс.
На процессорную плату можно устанавливать специальные расширения (шилды), которые увеличивают функциональность системы Преимущества системы Arduino
Этот аппаратно-программный комплекс привлекает пользователя такими достоинствами:
- возможность автономной работы, обусловленная наличием собственного контроллера;
- широкие возможности по настройке работы системы (пользователь сам пишет программу, в которой могут быть предусмотрены сценарии любой сложности);
- простота процесса загрузки программы в контроллер: программатор для этого не требуется, достаточно иметь USB-кабель (в микроконтроллере имеется прошивка загрузчика Bootloader);
- доступная стоимость компонентов, обусловленная отсутствием у того или иного производителя монопольных прав (архитектура является открытой).
Если загрузчик Bootloader стал работать со сбоями, либо в приобретённом микроконтроллере его не оказалось, пользователь имеет возможность прошить его самостоятельно. В программной оболочке IDE для этой цели предусмотрена поддержка ряда наиболее доступных и популярных программаторов. Кроме того, почти все процессорные платы Arduino имеют штыревой разъём, позволяющий осуществлять внутрисхемное программирование.
В программе Arduino IDE, представленной на сайте arduino.cc, заложена возможность создания пользовательских аппаратно-программных платформ, в то время как в версии программы на arduino.org такая функция отсутствует.
Какие решения предлагает Arduino
Поскольку производством Arduino-совместимых датчиков и приборов занимается множество компаний, ассортимент этой продукции довольно широк. Вот что применяется чаще всего:
Некоторые из этих устройств включены в состав базового набора Arduino Start, который у ряда производителей имеет название StarterKit.
Стартовый набор системы Arduino включает в себя процессорную плату и несколько наиболее часто используемых устройств Исполнительная часть содержит огромный набор устройств, например:
- электромоторы;
- реле и различные переключатели;
- диммеры (позволяют плавно менять интенсивность освещения);
- доводчики дверей;
- вентили и 3-ходовые клапаны с сервоприводами.
Если вы планируете подключить через реле Arduino освещение, то правильнее использовать в качестве светильников светодиодные лампы. Лампы накаливания при подключении через такие реле быстро горят.
Видео: начинаем работать с Arduino - управляем светодиодом через web-интерфейс
Составление проекта на Arduino
Процесс создания и настройки «умного дома» Arduino покажем на примере системы, в которую будут заложены следующие функции:
- мониторинг температуры на улице и в помещении;
- отслеживание состояния окна (открыто/закрыто);
- мониторинг погодных условий (ясно/дождь);
- генерация звукового сигнала при срабатывании датчика движения, если активирована функция сигнализации.
Систему настроим таким образом, чтобы данные можно было просматривать посредством специального приложения, а также веб-браузера, то есть пользователь сможет сделать это из любого места, где есть доступ в интернет.
Используемые сокращения:
- «GND» - заземление.
- «VCC» - питание.
- «PIR» - датчик движения.
Необходимые компоненты для изготовления системы «умного дома»
Для системы «умного дома» Arduino потребуется следующее:
- микропроцессорная плата Arduino;
- модуль Ethernet ENC28J60;
- два температурных датчика марки DS18B20;
- микрофон;
- датчик дождя и снега;
- датчик движения;
- переключатель язычковый;
- реле;
- резистор сопротивлением 4,7 кОм;
- кабель «витая пара»;
- кабель Ethernet.
Стоимость всех компонентов составляет примерно 90 долларов.
Для изготовления системы с необходимыми нам функциями потребуется набор устройств стоимостью около 90 долларов Сборка «умного дома»: пошаговая инструкция
Вот в какой последовательности необходимо действовать.
Подключение исполнительных и сенсорных устройств
Подключаем все компоненты согласно схеме.
Сборка системы в основном сводится к подключению исполнительных устройств к соответствующим контактам процессорной платы Разработка программного кода
Пользователь пишет всю программу целиком в оболочке Arduino IDE, для чего последняя оснащена текстовым редактором, менеджером проектов, компилятором, препроцессором и средствами для заливки программного кода в микропроцессор платы Arduino. Разработаны версии IDE для операционных систем Mac OS X, Windows и Linux. Язык программирования - С++ с некоторыми упрощениями. Пользовательские программы для Arduino принято называть скетчами (sketch) или набросками, программа IDE сохраняет их в файлы с расширением «.ino».
Функцию main(), которая в С++ является обязательной, оболочка IDE создаёт автоматически, прописывая в ней ряд стандартных действий. Пользователь должен написать функции setup() (выполняется единоразово во время старта) и loop() (выполняется в бесконечном цикле). Обе эти функции для Arduino являются обязательными.
Заголовочные файлы стандартных библиотек вставлять в программу не нужно - IDE делает это автоматически. К пользовательским библиотекам это не относится - они должны быть указаны.
Добавление библиотек в «Менеджер проекта» IDE осуществляется несколько необычным способом. В виде исходных текстов, написанных на С++, они добавляются в особую папку в рабочем каталоге оболочки IDE. После этого названия этих библиотек появятся в соответствующем меню IDE. Те, что отметит пользователь, будут внесены в список компиляции.
В IDE предусмотрен минимум настроек, а возможность настройки компилятора отсутствует вовсе. Таким образом, начинающий программист застрахован от ошибок.
Вот пример самой простой программы, заставляющей каждые 2 секунды мигать подключённый к 13-му выводу платы светодиод:
void setup () { pinMode (13, OUTPUT); // Назначение 13 вывода Arduino выходом}
void loop () { digitalWrite (13, HIGH); // Включение 13 вывода, параметр вызова функции digitalWrite HIGH - признак высокого логического уровня
delay (1000); // Цикл задержки на 1000 мс - 1 секунду
digitalWrite (13, LOW); // Выключение 13 вывода, параметр вызова LOW - признак низкого логического уровня
delay (1000); // Цикл задержки на 1 секунду}
Однако в настоящий момент перед пользователем далеко не всегда встаёт необходимость лично писать программу: в сети выложено множество готовых библиотек и скетчей (загляните сюда: http://arduino.ru/Reference). Имеется готовая программа и для системы, рассматриваемой в этом примере. Её нужно загрузить, распаковать и импортировать в IDE. Текст программы снабжён комментариями, поясняющими принцип её работы.
Все программы на Arduino работают по одному принципу: пользователь посылает запрос процессору, а тот загружает необходимый код на экран компьютера или смартфона Когда пользователь нажимает в браузере или установленном на смартфоне приложении кнопку «Refresh» (Обновление), микроконтроллер Arduino осуществляет отсылку данных этому клиенту. С каждой из страниц, обозначенных как «/tempin», «/tempout», «/rain», «/window», «/alarm», поступает программный код, который и отображается на экране.
Установка клиентского приложения на смартфон (для ОС Android)
Для получения данных от системы «умный дом» в сети можно скачать готовое приложение.
Вот что необходимо сделать владельцу гаджета:
С помощью этого приложения можно не только получать информацию от системы «умный дом», но и управлять ею - включать и отключать сигнализацию. Если она включена, то при срабатывании датчика движения приложению будет отправлено уведомление. Опрос системы Arduino на предмет срабатывания датчика движения приложение выполняет с периодичностью раз в минуту.
Активировав иконку «Настройки», можно отредактировать свой IP-адрес.
Настройка браузера на работу с «умным домом»
В адресной строке браузера следует ввести XXX.XXX.XXX.XXX/all, где «XXX.XXX.XXX.XXX» - ваш IP-адрес. После этого появится возможность получать данные от системы и осуществлять управление ею.
Представленный здесь программный код позволяет через браузер включать и выключать свет, тогда как в приложении для Android-смартфона такая функция не реализована.
Работа с роутером
Настройка учётной записи на noip.com
Этот этап не является обязательным, но он необходим, если вы хотите присвоить адресу доменное имя. Для этого надо зарегистрироваться на сайте https://www.noip.com/ , перейти в раздел «Add host» и ввести IP-адрес системы.
После регистрации на сайте noip.com доступ к системе можно получать не только по IP-адресу, но и по полному доменному имени Создание проекта завершено, можно проверять работоспособность системы.
Видео: умный дом на «Ардуино»
Особенности работы некоторых аппаратных средств Arduino
Ввиду того что Arduino-совместимые компоненты выпускаются множеством сторонних компаний, качество продукции которых сама компания Arduino никак не контролирует, пользователь с большой вероятностью может приобрести компонент, работающий не совсем корректно.
Похожая ситуация сложилась в сфере разработки персональных компьютеров. В своё время компания IBM сделала архитектуру своих компьютеров открытой, вследствие чего IBM-совместимые компьютеры и отдельные компоненты стали выпускать многие компании. В итоге «персоналки» этого типа широко распространились по всему миру, однако, качество комплектующих и степень их совместимости во многих случаях оказывались не на самом высоком уровне. Противоположной тактики придерживалась компания Apple. Она ограничила круг разработчиков, имеющих доступ к архитектуре, и такую же политику провела в сфере разработки ПО. В итоге компьютеры Apple оказались менее распространёнными и более дорогими, но зато по качеству они на порядок превосходят IBM-совместимые устройства, работающие под Windows.
В отношении некоторых комплектующих для систем Arduino пользователи заметили следующее:
- Датчик температуры DHT11, поставляемый с базовым набором (StarterKit), даёт значительную погрешность в 2–3 градуса. В помещении рекомендуют применять температурный датчик DHT22, дающий более точные показания, а для установки на улицу - DHT21, способный работать при отрицательных температурах и имеющий защиту от механических повреждений.
- На некоторых микропроцессорных платах Arduino при замыкании подключённых к ним реле выходит из строя COM-порт. Из-за этого на микроконтроллер не удаётся загрузить скетч: как только начинается заливка, процессор перезагружается. Реле при этом щёлкает, COM-порт отключается и процесс загрузки скетча прекращается.
- Датчик закрытия окна/двери иногда преподносит сюрпризы в виде ложных срабатываний. С учётом этого скетч пишут так, чтобы система производила необходимое действие только по получении нескольких сигналов подряд.
- Для настройки управления процессами при помощи хлопков некоторые пользователи по неопытности вместо микрофона заказывают детектор звука с ручной настройкой порога. Для подобных целей этот компонент не подходит, так как имеет слишком малый радиус действия: хлопать приходится не далее 10 см от детектора. Кроме того, этот датчик передаёт сигналы импульсами малой продолжительности, так что при наличии большого скетча, на обработку которого уходит сравнительно много времени, микроконтроллер просто не успевает их зафиксировать.
- Для устройства противопожарной сигнализации следует использовать датчик дыма, а не датчик огня. Последний регистрирует пламя не далее 30 см от себя.
- На случай сбоя в работе микроконтроллера или ошибки в коде лучше применять нормально замкнутые реле с последовательно подключёнными ручными выключателями.
Чтобы избежать покупки низкокачественных комплектующих, бывалые пользователи рекомендуют предварительно изучать отзывы о них, опубликованные в Сети. Недорогие датчики можно покупать в нескольких вариантах, чтобы лично проверить, какой из них работает лучше.
Возможно, система «умный дом» от компании Arduino является не самой качественной, но зато широчайший выбор компонентов и их доступная стоимость точно сделали её одной из самых популярных. Воспользовавшись нашими советами, вы быстро научитесь создавать проекты Arduino, автоматизируя различные домашние процессы.
Когда-нибудь задумывались о том, чтобы управлять любыми электронными устройствами с помощью смартфона? Согласитесь, управлять роботом или любыми другими устройствами с вашего смартфона было бы очень круто. Предлагаем простой урок для начинающих и чайников о том как с помощью Arduino через Bluetooth управлять смартфоном. Если вам после этого урока захочется познакомиться с Arduino поближе - вы можете найти книги о нём .
Устройства
Модуль - Bluetooth Module HC 05/06
Плата - Arduino
Светодиод (LED)
Резистор - 220Ω
Android-устройство
Программное обеспечение
Arduino IDE
Android Studio (на самом деле не нужно, т.к. приложение для Андроида вы найдете ниже)
Шаг 2. Как это работает
Обычно мы делаем этот шаг в конце, но, чтобы вы понимали к чему мы должны прийти - посмотрите на результат на этом промежуточном шаге. Также ниже мы опубликовали видео урока по шагам.
Шаг 3. Начинаем собирать схему
Цепь в нашем уроке настолько проста и мала, что нам нужно сделать всего несколько соединений:
Arduino Pins___________Bluetooth Module Pins
RX (Pin 0)___________________TX
TX (Pin 1)___________________RX
5V_________________________VCC
GND_______________________GND
Подключите минус светодиода к GND на Arduino, а плюс к контакту 13 через сопротивление 220 Ом - 1 кОм. В целом, на нашем рисунке ниже всё довольно наглядно.
Не подключайте RX к RX и TX к TX выходы Bluetooth к выходам Arduino, вы не получите никаких данных, здесь TX означает "передача", RX означает "прием".
Теперь нам нужно написать программу и загрузить её в наш Arduino. Если вы этого пока еще не умеете делать - скачайте книги . Код ниже именно то, что нам нужно загрузить в Ардуино.
/* Bluetooh Basic: LED ON OFF * Coder - Mayoogh Girish * Website - http://bit.do/Avishkar * Download the App: https://github.com/Mayoogh/Arduino-Bluetooth-Basic * This program lets you to control a LED on pin 13 of arduino using a bluetooth module */ char data = 0; //Variable for storing received data void setup() { Serial.begin(9600); //Sets the baud for serial data transmission pinMode(13, OUTPUT); //Sets digital pin 13 as output pin } void loop() { if(Serial.available() > 0) // Send data only when you receive data: { data = Serial.read(); //Read the incoming data and store it into variable data Serial.print(data); //Print Value inside data in Serial monitor Serial.print("\n"); //New line if(data == "1") // Checks whether value of data is equal to 1 digitalWrite(13, HIGH); //If value is 1 then LED turns ON else if(data == "0") // Checks whether value of data is equal to 0 digitalWrite(13, LOW); //If value is 0 then LED turns OFF } }
Шаг 5. Как происходит процесс
Модуль HC 05/06 работает по последовательному каналу связи. Андроид-приложение последовательно отправляет данные на модуль Bluetooth, когда вы нажимаете определенную клавишу. Bluetooth на другом конце получает данные и отправить на Arduino через TX-соединение модуля Bluetooth (RX-соединение Arduino) .
Код загруженный в Arduino проверяет полученные данные и сравнивает их. Если получена "1" - светодиод включается и выключается при получении "0". Откройте монитор последовательного порта и наблюдайте полученные данные.
Шаг 6. Приложение для Андроид-устройств
В этом уроке мы не будем касаться создания приложений для устройств на основе Андроида. Вы можете скачать приложение на GitHub.
Как использовать приложение?
После того как мы подключились через Bluetooth - нам нужно скачать и установить приложение, которое при помощи смартфона 🙂 будет управлять нашим светодиодом на расстоянии. Скачать приложение вы можете бесплатно на сайте Амазон.ком. Подсоединяем смартфон к модулю Bluetooth HC 05/06:
- Включите модуль HC 05/0
- Ищем устройство
- Соединяемся с HC 05/06 введя дефолтный пароль "1234" или "0000" (четыре нуля).
После этого мы устанавливаем приложение на наш смартфон. Открываем его. Выбираем устройство - выбираем модуль Bluetooth из списка (HC 05/06). После успешного подключения нажмите кнопку ON для включения светодиода и кнопку OFF, чтобы выключить светодиод. Потом уже можно нажать кнопку "Отключить", чтобы отключиться от модуля Bluetooth.
Это было руководство для чайников и начинающих по подключению модуля Bluetooth с Arduino. Этот проект можно улучшить и поднять на более высокий уровень для, например, автоматизация дома через управление смартфоном, управляемый робот и многое другое.
В данном уроке мы научимся делать простую систему, которая будет отпирать замок по электронному ключу (Метке).
В дальнейшем Вы можете доработать и расширить функционал. Например, добавить функцию "добавление новых ключей и удаления их из памяти". В базовом случае рассмотрим простой пример, когда уникальный идентификатор ключа предварительно задается в коде программы.
В этом уроке нам понадобится:
Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:
2) Теперь нужно подключить Зуммер, который будет подавать сигнал, если ключ сработал и замок открывается, а второй сигнал, когда замок закрывается.
Зуммер подключаем в следующей последовательности:
| Arduino | Зуммер |
|---|---|
| 5V | VCC |
| GND | GND |
| pin 5 | IO |
3) В роли отпирающего механизма будет использоваться сервопривод. Сервопривод может быть выбран любой, в зависимости от требуемых вам размеров и усилий, который создает сервопривод. У сервопривода имеется 3 контакта:
Более наглядно Вы можете посмотреть, как мы подключили все модули на картинке ниже:
Теперь, если все подключено, то можно переходить к программированию.
Скетч:
#include
Разберем скетч более детально:
Для того, что бы узнать UID карточки(Метки), необходимо записать данный скетч в arduino, собрать схему, изложенную выше, и открыть Консоль (Мониторинг последовательного порта). Когда вы поднесете метку к RFID, в консоли выведется номер
Полученный UID необходимо ввести в следующую строчку:
If (uidDec == 3763966293) // Сравниваем Uid метки, если он равен заданному то сервопривод открывает задвижку.
У каждой карточки данный идентификатор уникальный и не повторяется. Таком образом, когда вы поднесете карточку, идентификатор которой вы задали в программе, система откроет доступ с помощью сервопривода.
Видео:
Ардуино идеально подходит для управления любыми устройствами. Микропроцессор ATmega с помощью программы-скетча манипулирует большим количеством дискретных выводов, аналогово-цифровых входов/выводов и ШИМ-контроллерами.
Благодаря гибкости кода микроконтроллер ATmega широко используется в модулях различной автоматики, в том числе на его основе возможно создать контроллер управления светодиодным освещением.
Принцип управления нагрузкой через Ардуино
Плата Ардуино имеет два типа портов вывода: цифровой и аналоговый (ШИМ-контроллер). У цифрового порта возможно два состояния – логический ноль и логическая единица. Если подключить к нему светодиод он либо будет светиться, либо не будет.
Аналоговый выход представляет собой ШИМ-контроллер, на который подаётся сигнал частотой около 500Гц с регулируемой скважностью. Что такое ШИМ-контроллер и принцип его работы можно найти в интернете. Через аналоговый порт возможно не только включать и выключать нагрузку, а и изменять напряжение (ток) на ней.
Синтаксис команд
Цифровой вывод:
pinMode(12, OUTPUT);
— задаём порт 12 портом вывода данных;
digitalWrite(12, HIGH);
— подаём на дискретный выход 12 логическую единицу, зажигая светодиод.
Аналоговый вывод:
analogOutPin = 3;
– задаём порт 3 для вывода аналогового значения;
analogWrite(3, значение);
– формируем на выходе сигнал с напряжением от 0 до 5В. Значение – скважность сигнала от 0 до 255. При значении 255 максимальное напряжение.
Способы управления светодиодами через Ардуино
Напрямую через порт можно подключить лишь слабый светодиод, да и то лучше через ограничительный резистор. Попытка подключить более мощную нагрузку выведет его из строя.
Для более мощных нагрузок, в том числе светодиодных лент, используют электронный ключ – транзистор.
Виды транзисторных ключей
- Биполярный;
- Полевой;
- Составной (сборка Дарлингтона).
| Способы подключения нагрузки | ||
|---|---|---|
| Через биполярный транзистор | Через полевой транзистор | Через коммутатор напряжения |
 |  |  |
При подаче высокого логического уровня (digitalWrite(12, HIGH);) через порт вывода на базу транзистора через цепочку коллектор-эмиттер потечет опорное напряжение на нагрузку. Таким образом можно включать и отключать светодиод.
Аналогичным образом работает и полевой транзистор, но поскольку у него вместо «базы» сток, который управляется не током, а напряжением, ограничительный резистор в этой схеме необязателен.
Биполярный вид не позволяет регулировать мощные нагрузки. Ток через него ограничен на уровне 0,1-0,3А.
Полевые транзисторы работают с более мощными нагрузками с током до 2А. Для ещё более мощной нагрузки используют полевые транзисторы Mosfet с током до 9А и напряжением до 60В.
Вместо полевых можно использовать сборку Дарлингтона из биполярных транзисторов на микросхемах ULN2003, ULN2803.
Микросхема ULN2003 и принципиальная схема электронного коммутатора напряжения:
Принцип работы транзистора для плавного управления светодиодной лентой
Транзистор работает как водопроводный кран, только для электронов. Чем выше напряжение, подаваемое на базу биполярного транзистора либо сток полевого, тем меньше сопротивление в цепочке эмиттер-коллектор, тем выше ток, проходящий через нагрузку.
Подключив транзистор к аналоговому порту Ардуино, присваиваем ему значение от 0 до 255, изменяем напряжение, подаваемое на коллектор либо сток от 0 до 5В. Через цепочку коллектор-эмиттер будет проходить от 0 до 100% опорного напряжения нагрузки.
Для управления светодиодной лентой arduino необходимо подобрать транзистор подходящей мощности. Рабочий ток для питания метра светодиодов 300-500мА, для этих целей подойдет силовой биполярный транзистор. Для большей длины потребуется полевой транзистор.
Схема подключения LED ленты к ардуино:
Управление RGB лентой с помощью Andurino
Кроме однокристальных светодиодов, Ардуино может работать и с цветными LED. Подключив выводы каждого цвета к аналоговым выходам Ардуино можно произвольно изменять яркость каждого кристалла, добиваясь необходимого цвета свечения.
Схема подключения к Arduino RGB светодиода:
Аналогично построено и управление RGB лентой Arduino:
Аrduino RGB контроллер лучше собирать на полевых транзисторах.
Для плавного управления яркостью можно использовать две кнопки. Одна будет увеличивать яркость свечения, другая уменьшать.
Скетч управления яркостью светодиодной ленты Arduino
int led = 120; устанавливаем средний уровень яркости
void setup() {
pinMode(4, OUTPUT);
устанавливаем 4й аналоговый порт на вывод
pinMode(2, INPUT);
pinMode(4, INPUT);
устанавливаем 2й и 4й цифровой порт на ввод для опроса кнопок
}
void loop(){
button1 = digitalRead(2);
button2 = digitalRead(4);
if (button1 == HIGH)
нажатие на первую кнопку увеличит яркость
{
led = led + 5;
analogWrite(4, led);
}
if (button2 == HIGH)
нажатие на вторую кнопку уменьшит яркость
{
led = led — 5;
analogWrite(4, led);
}
При удержании первой или второй кнопки плавно изменяется напряжение, подаваемое на управляющий контакт электронного ключа. Тогда и произойдет плавное изменение яркости.
Модули управления Ардуино
Для создания полноценного драйвера управления светодиодной лентой можно использовать модули-датчики.
ИК-управление
Модуль позволяет запрограммировать до 20 команд.
Радиус сигнала около 8м.
Цена комплекта 6 у.е.
По радиоканалу
Четырёхканальный блок с радиусом действия до 100м
Цена комплекта 8 у.е.
Позволяет включать освещение еще при приближении к квартире.
Бесконтактное
Датчик расстояния способен по движению руки увеличивать и уменьшать яркость освещения.
Радиус действия до 5м.
Цена модуля 0,3 у.е.
- Tutorial
- Recovery Mode
Эта статья предназначена для новичков. Здесь будет описано как из web приложения при помощи ajax запросов посылать команды phyton скрипту, который будет передавать их через serial port непосредственно на наш arduino.
Вы приобрели себе Arduino, попробовали несколько примеров, поигрались со скетчами. Но вам этого мало, вы хотите управлять, управлять всем этим добром через интернет. Самый простой способ - это приобрести шилдик с Ethernet-портом и подключить его к Arduino (или приобрести платку с уже встроенным Ethernet). Но она и стоит дороже и в управлении надо поднатаскаться.
Для работы нам понадобятся:
- HTTP сервер
- интерпретатор python
- Arduino
Тут я опишу где взять первое и второе, и как их подружить
Теперь по порядку. Как HTTP сервер я использую Apache. Установить его не составит труда. Если вы совсем новичок и используете windows, то можете взять пакет Denwer с официального сайта, в его составе есть Apache.
Python (я использовал версию 3.3) можете взять так же с официального сайта и установить. Теперь нам надо подружить наш Apache и python. Самый простой способ - это запускать python как cgi. Для этого открываем файл httpd.conf в папке conf в том месте где вы поставили свой apache (если вы поставили denwer то путь будет примерно следующим: [буква виртуального диска]:\usr\local\bin\apache)
Ищем строчку
AddHandler cgi-script .cgi
Добавляем в конце через пробел.py и смотрим, чтоб в начале строки не было знака #. Сохраняем, перезапускам сервер.
Теперь для проверки тесной дружбы pythone и apache можно создать тестовый файлик и положить его в домашнюю папку.
#!/Python33/python.exe
print ("STATUS: 200 OK\n\n")
print ("hello world")
Обратите внимание что первой строкой мы показываем где у нас лежит интерпретатор языка. У меня, например, он лежит по адресу C:/Python33/python.exe. Думаю, разберетесь. Назовите его как хотите и зайдите на него через браузер, например, так: localhost/my_first_test_phyton_file.py. Если увидите «hello world», то все хорошо.
Код основного управляющего скрипта на JavaScript предельно прост:
//Порт к которому подключен Arduino
var serialPort = "COM5";
//непосредственно управляющая функция
var Arduino = function(command, callback){
$.get("c.py",{
c:command,
p:serialPort
}, callback);
}
Единственное что тут надо менять, как вы догадались, это порт, на котором у вас подключен arduino. Его всегда можно посмотреть в windows используя Диспетчер устройств. Мы его будем передавать в наш python скрипт чтоб тот знал на какой serial port отправлять полученные данные.
Теперь, если мы сделаем вызов нашей функции, например: Arduino(123), то скрипт создаст ajax запрос вида с.py?c=123&p=COM5 и пошлет его на наш python скрипт c.py. Рассмотрим, что он из себя представляет:
#!/Python33/python.exe
import serial
import cgi
print ("STATUS: 200 OK\n")
req = cgi.FieldStorage();
ser = serial.Serial(req["p"].value, 9600, timeout=1)
ser.write(bytes(req["c"].value,"latin"))
ser.close()
print ("ok")
Фактически он просто принимает значение параметра «с», передает его в serial port «p» и пишет «ok». Дешево и сердито.
Для тех, кто хочет не только отдавать, но и принимать, напишем больше кода
Немного усовершенствуем нашу клиентскую часть.
//непосредственно управляющая функция
var Arduino = function(sp, errorCallback) {
this.serialPort = sp;
this.errorCallback = errorCallback || function(){
console.log("Error");
}
this.send = function(data, callback){
var callback = callback;
var self = this;
data["p"] = this.serialPort;
data["s"] = Math.round(Math.random()*1000); //на всякий случай, чтобы браузер не кешировал
$.ajax({
url:"c.py",
data:data,
success:function(data){
if($.trim(data) == "error"){
self.errorCallback();
} else {
if(typeof callback == "function") callback(data);
}
}
});
}
//передаем
this.set = function(command, callback){
this.send({
c:command,
r:0
}, callback);
}
//передаем и ожидаем ответ
this.get = function(command, callback){
this.send({
c:command,
r:1 //флаг отвечающий за режим "ожидаем ответа"
}, callback);
}
}
Теперь, поскольку мы превратили Arduino в класс, то простейший вызов будет примерно таким:
var myArduino = new Arduino("COM5");
myArduino.set(113); //зажигаем светодиод на пине 13
myArduino.get(36,function(data){console.log(data)}); //смотрим состояние пина 6. и выводим его в консоль
Ну и, конечно, надо немного изменить серверную часть:
#!/Python33/python.exe
import serial
import cgi
print ("STATUS: 200 OK\n")
req = cgi.FieldStorage();
try:
ser = serial.Serial(req["p"].value, 9600, timeout=1)
except:
print("error")
exit()
ser.write(bytes(req["c"].value,"latin"))
if int(req["r"].value) == 1:
res = "";
while not res:
res = ser.readline()
print(res.decode("UTF-8"))
else:
print ("ok")
ser.close()
Тут почти ничего не поменялось, кроме того, что когда сервер в запросе получает параметр r=1 то он ожидает от Arduino ответ.
И мы добавили проверку на то, смог ли наш скрипт открыть serial port. Если нет, то вернет ключевое слово «error»
Теперь давайте рассмотрим скетч для arduino, который все это принимает и обрабатывает:
#include
По serial port мы будем передавать команды вида: 1234567 где:
- номер команды
- номер пина
- данные для пина, если надо.
Например:
113 - установит пин 13 на вывод и передаст по нему состояние HIGH (то-есть включит).
013 - установит пин 13 на вывод и передаст по нему состояние LOW (то-есть выключит).
209100 - установит пин 9 как управляющий сервоприводом и передаст ему значение 100 через ШИМ модуляцию.
310 - установит пин 10 на ввод и считает с него данные HIGH / LOW и вернет как 1 или 0 соответственно.
Вы запросто можете дописывать и свои команды в switch case блок.
Теперь добавим немного красоты в нашу frontend часть и получим, например, такое
Далее я добавил немного магии юзер-интерфейса. Но его я не буду описывать, все интересующиеся могут взять его из архива с проектом .
Для web-части использовал Bootstrap (исключительно из-за удобства и его «резиновости») и jQuery (для ajax).
Теперь посмотрим как это работает.
Сначала надо указать на каком порту у вас устройство и сколько пинов имеет. Потом выбрать на каком пине у вас что находится, и вперед к управлению.
Из недостатков такого подхода можно отметить относительно медленную скорость обмена данных. Чтоб узнать состояние, например, кнопки надо посылать запросы, но слишком часто это делать нельзя, так как можем упереться в занятый serial port. На веб-сокетах работало бы быстрее, но это уже чуть более продвинутая тема, которую я, если захотите, освещу позже.
Проверялось все под Windows 8 х64. Наверно, есть какие-то особенности реализации всего этого под другие системы, буду рад услышать об этом в комментариях.
Теперь о том, где все это может пригодится: например можно сделать демонстрационный стенд; управлять положением камеры; подключить датчик температуры и прочие приборы и удаленно наблюдать за каким нибудь процессом и т.д.
Архив с проектом
Для запуска на iPad в полный экран я использовал бесплатную программу oneUrl
В тематические хабы не вставил только лишь из за отсутствия кармы.
Это первая моя статья. Буду рад ответить на вопросы.
UPD: По просьбам трудящихся я потестил так же этот метод на MacOS. Особых проблем не возникло. На маке обычно уже стоит по умолчинию python, единственное что надо сделать, это подружить его с apache. Первая строка в c.py будет
#!/usr/bin/python
Так же, возможно у вас не будет установленно расширение для питона pyserial, оно устанавливается простой командой в консоли:
easy_install -U pyserial
Далее следует обратить внимание, что обычно предустановленная версия python достаточно старая и может не работать строка
ser.write(bytes(req["c"].value,"latin"))
Я её заменил на
ser.write(bytes(req["c"].value.decode("latin")))
Все заработало.
Не забудьте посмотреть на каком порту у вас подключится девайс. Это удобно смотреть например через саму программу Arduino. Меню Сервис->Последовательный порт. У меня например он имел такой вот вид: /dev/cu.usbmodemfd141
Желаю всем удачных опытов.
Теги:
- arduino
- python
- diy или сделай сам
- умный дом
