Меню

Arduino uno управление светом



Media UniX

freebsd команды, настройка, установка сервера и не только

Arduino и управление светом

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.

Если кому-то лень читать, то можно посмотреть видео:


Остальные читаем дальше.
Для реализации функционала мне понадобились следующие элементы.

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.
Читайте также:  Машина ford transit скорая помощь свет звук технопарк

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:

комнаты кол-во зон
освещения
комната 1 2
комната 2 2
кухня 2
туалет+ванная 2
балкон 1
коридор/прихожая 1
итого надо блоков 10

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.

Arduino и управление светом : Один комментарий

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник

Подключение фоторезистора к ардуино и работа с датчиком освещенности

Датчики освещенности (освещения), построенные на базе фоторезисторов, довольно часто используются в реальных ардуино проектах. Они относительно просты, не дороги, их легко найти и купить в любом интернет-магазине. Фоторезистор ардуино позволяет контролировать уровень освещенности и реагировать на его изменение. В этой статье мы рассмотрим, что такое фоторезистор, как работает датчик освещенности на его основе, как правильно подключить датчик в платам Arduino.

Фоторезистор ардуино и датчик освещенности

Фоторезистор, как следует из названия, имеет прямое отношение к резисторам, которые часто встречаются практически в любых электронных схемах. Основной характеристикой обычного резистора является величина его сопротивления. От него зависят напряжение и ток, с помощью резистора мы выставляем нужные режимы работы других компонентов. Как правило, значение сопротивления у резистора в одних и тех же условиях эксплуатации практически не меняется.

Читайте также:  Как можно проверить задолженность за свет

В отличие от обычного резистора, фоторезистор может менять свое сопротивление в зависимости от уровня окружающего освещения. Это означает, что в электронной схеме будут постоянно меняться параметры, в первую очередь нас интересует напряжение, падающее на фоторезисторе. Фиксируя эти изменения напряжения на аналоговых пинах ардуино, мы можем менять логику работы схемы, создавая тем самым адаптирующиеся под вешние условия устройства.

Фоторезисторы достаточно активно применяются в самых разнообразных системах. Самый распространенный вариант применения — фонари уличного освещения. Если на город опускается ночь или стало пасмурно, то огни включаются автоматически. Можно сделать из фоторезистора экономную лампочку для дома, включающуюся не по расписанию, а в зависимости от освещения. На базе датчика освещенности можно сделать даже охранную систему, которая будет срабатывать сразу после того, как закрытый шкаф или сейф открыли и осветили. Как всегда, сфера применения любых датчиков ардуино ограничена лишь нашей фантазией.

Какие фоторезисторы можно купить в интернет-магазинах

Самый популярный и доступный вариант датчика на рынке – это модели массового выпуска китайских компаний, клоны изделий производителя VT. Там не всегда можно разораться, кто и что именно производит тот или иной поставщик, но для начала работы с фоторезисторами вполне подойдет самый простой вариант.

Начинающему ардуинщику можно посоветовать купить готовый фотомодуль, который выглядит вот так:

На этом модуле уже есть все необходимые элементы для простого подключения фоторезистора к плате ардуино. В некоторых модулях реализована схема с компаратором и доступен цифровой выход и подстроечный резистор для управления.

Российскому радиолюбителю можно посоветовать обратить на российский датчик ФР. Встречающиеся в продаже ФР1-3, ФР1-4 и т.п. — выпускались ещё в союзовские времена. Но, несмотря на это, ФР1-3 – более точная деталь. Из этого следует и разница в цене За ФР просят не более 400 рублей. ФР1-3 будет стоить больше тысячи рублей за штуку.

Маркировка фоторезистора

Современная маркировка моделей, выпускаемых в России, довольно простая. Первые две буквы — ФотоРезистор, цифры после чёрточки обозначают номер разработки. ФР -765 — фоторезистор, разработка 765. Обычно маркируется прямо на корпусе детали

У датчика VT в схеме маркировке указаны диапазон сопротивлений. Например:

  • VT83N1 — 12-100кОм (12K – освещенный, 100K – в темноте)
  • VT93N2 — 48-500кОм (48K – освещенный, 100K – в темноте).

Иногда для уточнения информации о моделях продавец предоставляет специальный документ от производителя. Кроме параметров работы там же указывается точность детали. У всех моделей диапазон чувствительности расположен в видимой части спектра. Собирая датчик света нужно понимать, что точность срабатывания — понятие условное. Даже у моделей одного производителя, одной партии, одной закупки отличаться она может на 50% и более.

На заводе детали настраиваются на длину волны от красного до зелёного света. Большинство при этом «видит» и инфракрасное излучение. Особо точные детали могут улавливать даже ультрафиолет.

Достоинства и недостатки датчика

Основным недостатком фоторезисторов является чувствительность к спектру. В зависимости от типа падающего света сопротивление может меняется на несколько порядков. К минусам также относится низкая скорость реакции на изменение освещённости. Если свет мигает — датчик не успевает отреагировать. Если же частота изменения довольно велика — резистор вообще перестанет «видеть», что освещённость меняется.

К плюсам можно отнести простоту и доступность. Прямое изменение сопротивления в зависимости от попадающего на неё света позволяет упростить электрическую схему подключения. Сам фоторезистор очень дешев, входит в состав многочисленных наборов и конструкторов ардуино, поэтому доступен практически любому начинающему ардуинщику.

Подключение фоторезистора к ардуино

В проектах arduino фоторезистор используется как датчик освещения. Получая от него информацию, плата может включать или выключать реле, запускать двигатели, отсылать сообщения. Естественно, при этом мы должны правильно подключить датчик.

Схема подключения датчика освещенности к ардуино довольна проста. Если мы используем фоторезистор, то в схеме подключения датчик реализован как делитель напряжения. Одно плечо меняется от уровня освещённости, второе – подаёт напряжение на аналоговый вход. В микросхеме контроллера это напряжение преобразуется в цифровые данные через АЦП. Т.к. сопротивление датчика при попадании на него света уменьшается, то и значение падающего на нем напряжения будет уменьшаться.

В зависимости от того, в каком плече делителя мы поставили фоторезистор, на аналоговый вход будет подаваться или повышенное или уменьшенное напряжение. В том случае, если одна нога фоторезистора подключена к земле, то максимальное значение напряжения будет соответствовать темноте (сопротивление фоторезистора максимальное, почти все напряжение падает на нем), а минимальное – хорошему освещению (сопротивление близко к нулю, напряжение минимальное). Если мы подключим плечо фоторезистора к питанию, то поведение будет противоположным.

Читайте также:  Система скандинавский дневной свет

Сам монтаж платы не должен вызывать трудностей. Так как фоторезистор не имеет полярности, подключить можно любой стороной, к плате его можно припаять, подсоединить проводами с помощью монтажной платы или использовать обычные клипсы (крокодилы) для соединения. Источником питания в схеме является сам ардуино. Фоторезистор подсоединяется одной ногой к земле, другая подключается к АЦП платы (в нашем примере – АО). К этой же ноге подключаем резистор 10 кОм. Естественно, подключать фоторезистор можно не только на аналоговый пин A0, но и на любой другой.

Несколько слов относительно дополнительного резистора на 10 К. У него в нашей схеме две функции: ограничивать ток в цепи и формировать нужное напряжение в схеме с делителем. Ограничение тока нужно в ситуации, когда полностью освещенный фоторезистор резко уменьшает свое сопротивление. А формирование напряжения – для предсказуемых значений на аналоговом порту. На самом деле для нормальной работы с нашими фоторезисторами хватит и сопротивления 1К.

Меняя значение резистора мы можем “сдвигать” уровень чувствительности в “темную” и “светлую” сторону. Так, 10 К даст быстрое переключение наступления света. В случае 1К датчик света будет более точно определять высокий уровень освещенности.

Если вы используете готовый модуль датчика света, то подключение будет еще более простым. Соединяем выход модуля VCC с разъемом 5В на плате, GND – c землей. Оставшиеся выводы соединяем с разъемами ардуино.

Если на плате представлен цифровой выход, то отправляем его на цифровые пины. Если аналоговый – то на аналоговые. В первом случае мы получим сигнал срабатывания – превышения уровня освещенности (порог срабатывания может быть настроен с помощью резистора подстройки). С аналоговых же пинов мы сможем получать величину напряжения, пропорциональную реальному уровню освещенности.

Пример скетча датчика освещенности на фоторезисторе

Мы подключили схему с фоторезистором к ардуино, убедились, что все сделали правильно. Теперь осталось запрограммировать контроллер.

Написать скетч для датчика освещенности довольно просто. Нам нужно только снять текущее значение напряжения с того аналогового пина, к которому подключен датчик. Делается это с помощью известной нам всем функции analogRead(). Затем мы можем выполнять какие-то действия, в зависимости от уровня освещенности.

Давайте напишем скетч для датчика освещенности, включающего или выключающего светодиод, подключенный по следующей схеме.

Алгоритм работы таков:

  • Определяем уровень сигнала с аналогового пина.
  • Сравниваем уровень с пороговым значением. Максимально значение будет соответствовать темноте, минимальное – максимальной освещенности. Пороговое значение выберем равное 300.
  • Если уровень меньше порогового – темно, нужно включать светодиод.
  • Иначе – выключаем светодиод.

Прикрывая фоторезистор (руками или светонепроницаемым предметом), можем наблюдать включение и выключение светодиода. Изменяя в коде пороговый параметр, можем заставлять включать/выключать лампочку при разном уровне освещения.

При монтаже постарайтесь расположить фоторезистор и светодиод максимально далеко друг от друга, чтобы на датчик освещенности попадало меньше света от яркого светодиода.

Датчик освещенности и плавное изменение яркости подсветки

Можно модифицировать проект так, чтобы в зависимости от уровня освещенности менялась яркость светодиода. В алгоритм мы добавим следующие изменения:

  • Яркость лампочки будем менять через ШИМ, посылая с помощью analogWrite() на пин со светодиодом значения от 0 до 255.
  • Для преобразования цифрового значения уровня освещения от датчика освещенности (от 0 до 1023) в диапазон ШИМ яркости светодиода (от 0 до 255) будем использовать функцию map().

В случае другого способа подключения, при котором сигнал с аналогового порта пропорционален степени освещенности, надо будет дополнительно «обратить» значение, вычитая его из максимального:

Схема датчика освещения на фоторезисторе и реле

Примеры скетча для работы с реле приведены в статье, посвященной программированию реле в ардуино. В данном случае, нам не нужно делать сложных телодвижений: после определения «темноты» мы просто включаем реле, подавай на его пин соответствующее значение.

Заключение

Проекты с применением датчика освещенности на базе фоторезистора достаточно просты и эффектны. Вы можете реализовать множество интересных проектов, при этом стоимость оборудования будет не высока. Подключение фоторезистора осуществляется по схеме делителя напряжения с дополнительным сопротивлением. Датчик подключается к аналоговому порту для измерения различных значений уровня освещенности или к цифровому, если нам важен лишь факт наступления темноты. В скетче мы просто считываем данные с аналогового (или цифрового) порта и принимаем решение, как реагировать на изменения. Будем надеяться, что теперь в ваших проектах появятся и такие вот простейшие «глаза».

Источник

Adblock
detector