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适用于arduino及其不同模块的家庭自动化

Anonim

通过使用Arduino平台护罩,家庭自动化有许多应用程序,由于其多样性,低成本,易于处理和实施,它成为其实施的最可行选择,并提供了更高的质量。尤其是对于那些具有特殊能力的人来说,只需简单的应用程序就可以访问所有区域并有效控制您的房屋。

介绍

“家庭自动化是应用于家庭智能控制和自动化的一组技术,可以实现能源使用的有效管理,从而提供安全性和舒适性,以及用户与系统之间的通信。” 。

理论框架

II-A 家庭医学

家庭自动化系统能够存储来自不同类型的传感器或输入的信息,并以不同的执行器或输出执行为其创建活动的方式进行处理。这些类型的系统由于具有多功能性,因此可以与不同的技术兼容,能够访问外部通信,信息和警报网络,甚至可以与私人和公共安全部队进行交互,从而将这些系统提升到另一个层次。

家庭自动化的设计方式使得它可以响应新社会提出的新要求,这些新社会日益自动化,也改变了我们生活方式中的新趋势,从而简化了人性化,个性化,多功能和灵活的功能为特殊能力的人们提供了更好的生活质量和独立性,尽管事实上,随着技术的进步和各种设备成本的降低,家庭自动化已针对富裕家庭,事实上,它已经成为一个有效的工具,可以说当涉及到特殊能力的人时更加人道,赋予他们更大的独立性,私密性,并允许他们进行以前需要别人提供的活动。

当前,它以更少的钱提供更多的功能,更多的产品种类,这归功于技术的发展,更易于使用和安装。简而言之,该产品质量更好,质量更高,现在它的使用更加直观,任何用户都可以完美地管理它,该技术是用Arduino覆盖其屏蔽的技术之一,我们有机会提及其基本特性。运作。

II-B Arduino大型

Arduino是一个开放源代码平台,即一个开放平台或基于微控制器板和旨在在不同领域执行和使用的开发环境。

该Arduino具有54个数字引脚(输入或输出),16个模拟输入,作为串行端口的4UART,一个16 MHz晶体振荡器,一个复位按钮以及一个USB连接。

Arduino Mega具有16个模拟输入,每个输入提供10位分辨率(即1024个不同的值)。默认情况下,它们是在5伏的地面上测量的。

其电源取决于通过USB将其连接到计算机,连接AC适配器或DC电池。电源将自动选择。

图1. Arduino MEGA。

眼镜:

ATmega1280单片机

工作电压5v。

输入电压(推荐)7-12V

输入电压(极限)6-20V

数字I / O 54引脚(其中15个提供PWM输出)

模拟输入引脚:16

通过I / O引脚的直流电流40 mA

3.3V引脚50 mA直流电流

128 KB闪存,其中引导加载程序使用4 KB

SRAM 8 KB

EEPROM 4KB

时钟速度16 MHz

Arduino可以在6到20伏的电源下工作,但是有一个7到12伏的电源参考,Arduino可以正常工作,因为如果它的供电电压小于7伏,则该引脚5V可以提供低于5V的电压,这已经是一个问题,并且会使系统变得不稳定,如果采用其他方法,如果提供的电压超过12V,则可能会导致诸如电路板过热或损坏的问题。因此,建议的范围是7到12伏。

稳压电源用于为板上的微控制器和其他组件供电。这可以通过板载稳压器从VIN获得,也可以通过USB或其他5V稳压电源提供。

引脚:3V3。板载FTDI芯片产生的3.3伏电源。最大电流消耗为50 mA。

引脚:GND。接地引脚。

Arduino内存。

该arduino的存储容量为128 KB,其中4KB用于引导,8KB来自SRAM,4KB来自EEPROM,这意味着可以使用EEPROM库对其进行读写。

II C.交流:

Arduino能够与计算机,另一个Arduino以及与其他微控制器进行通信。它提供串行通信,其中之一是USB通信和arduino中包含的FTDI驱动程序,它还为计算机提供了虚拟com端口。arduino软件包括一个串行监视器,可让您从Arduino发送或接收数据。

RX和TX LED是闪烁的LED,当信息通过芯片和USB连接传输到Arduino时。

II D. Arduino编程。

可以使用从arduino平台下载的arduino软件对Arduino mega进行编程。

Arduino预先装有不需要外部编程的引导程序。

图2. Arduino平台。

II-D EasyVR 3-多功能语音识别模块

EasyVR防护板是用于语音识别的模块,迄今为止与任何Arduino板兼容,从UNO到R3防护板为止,共有三种型号,它们的工作电压为3.3V或5V,使用IOREF指令引脚进行选择。 EasyVR工作电压。

它也向下兼容以前没有IOREF指令引脚的Arduino板,后者使用默认的5V I / O电平。

该开发板带有用于Shield接口的独立可堆叠Arduino接头。EasyVR 3模块也单独提供。

兼容具有1.0 Shield(UNO R3)接口的Arduino开发板和现有开发板,包括但不限于:

Arduino Duemilanove

Arduino Uno

巨型arduino

Arduino的莱昂纳多

Arduino到期

支持通过单独的USB接口在主板上通过单独的USB /串行芯片和特殊软件通过“桥接”直接连接到主板上的PC,以便Commander轻松访问

允许使用不同的串行连接模式,并且还将刷新更新到内置的EasyVR模块(通过桥接模式)。支持重新分配Shield使用的串行引脚(在SW模式下)。

提供适用于耳机或线路输出的3.5毫米音频输出。

图3. EasyVR3。

该模块允许语音命令,并且可用于多种应用,由于其尺寸和多功能性,目前该模块甚至可用于轮椅,所生成的项目还使四肢瘫痪的人能够移动和独立。独立控制灯,门等 限制我们的想像力。

II-E。射频模块

该433MHz射频模块是用于PCB安装的UHF数据发送器。当与补充它的433MHz接收器一起工作时,形成一个TX / RX系统,它允许以非常简单的方式实现射频数据链路,当与12V电源。

技术指标:

射频信号:ASK调制(振幅位移调制)

电源:12V(也提供3V和5V版本)

电流消耗:<16 mA

发射功率:13 dBm

频率偏差:+-75kHz

特点

有用范围高达350米(12V),230米(5V),160米(3V)

可用的频率为433.92 MHz(433MHz)和315.0 MHz

传输速度高达20kbps

Disponible para operar a 315 MHz y 433.92 MHz (433MHz), este sistema TX/RX de radiofrecuencia minimiza la radiación espuria y susceptibilidad. El transmisor es compatible con aplicaciones inalámbricas de enlaces de datos uno-a-uno o de varios nodos: apertura de puertas de garaje / compuertas, monitoreo remoto de procesos industriales, seguridad de edificios, Punto Electrónico de Ventas (EPOS) y seguimiento del inventario, interruptor remoto, lámpara de control remoto, sistema inalámbrico TX/RX de llamadas, etc.

Figura 4. Modulo Radio Frecuencia, emisor y receptor.

Pinout (patillaje)

Figura 3. Pines del módulo RF.

Vcc: Alimentación de CC regulada. Contenido máximo de rizado 0.1Vpp

DATA: Entrada de señal modulada. Acepta datos digitales serie a niveles de 0V a 5V.

GND: Referencia (tierra) del suministro de DC.

ANT: Entrada de 50 ohm de la antena.

Este es otro módulo de Arduino básicamente por sus propiedades podemos utilizarlos en aplicaciones como por ejemplo: autenticación para ingreso de personal o comando de puertas, grabado de tarjetas etc.

II-F. MÓDULO ETHERNET

Poder conectar sensores, reles, etc. Al Arduino es muy interesante pero para poder consultar todo esto desde una interface sencilla y a distancia es fundamental poder servir todos estos datos a través de una web.

Para esto necesitamos conectarlo a una red y como no, necesitaremos un interface Ethernet. Los módulos Ethernet para Arduino son uno de los componentes más interesantes con los que podemos trabajar.

En el mercado existen básicamente de 2 tipos. Los basados en el chip ENC28J60 y W5100. Cada uno tiene sus ventajas. Los módulos basados en el ENC28J60 son más económicos y pequeños. Permitiendo de una forma barata poder montar un servidor web. Como contrapartida decir que no están soportado por Arduino de forma estándar aunque cada vez hay más librerías y mejor terminadas.

Los módulos basados en el W5100 son más grandes y con un coste económico mayor, aunque cada vez más se están abaratando. Lo bueno que tienen estos módulos es que son más sencillos de utilizar ya que vienen para montar directamente sobre el Arduino y están soportados de manera estándar.

Vamos a empezar por los basados en el ENC28J60 que he de decir que lo he utilizado y para proyectos pequeños cumple con su función pero que en proyectos más grandes me ha dado algunos problemas, ya que se volvía inestable y dejaba de responder. Pienso que se debía a la versión de la librería que estaba usando y espero que en las nuevas versiones se haya solucionado.

Figura 5. Modulo Ethernet ENC28J60.

Lo primero que observamos es que tenemos 10 pins y 7 hay que conectarlos al Arduino.

Tabla 1. Pines de modulo Ethernet, Arduino y Arduino Mega.

Módulo Ethernet Arduino Arduino Mega
VCC 3,3V 3,3V
GND GND GND
CS 10 53
SO 12 51
SCK 13 52
SI 11 50
RESET RESET RESET

II G Bluetooth HC-05 y HC-06

Los módulos de bluetooth HC-05 y HC-06 son módulos muy utilizados para aplicaciones con microcontroladores PIC y Arduino. Son dispositivos económicos

Figura 6. Bluetooth HC-05

Para poder configurar el HC-06 es necesario que este NO este emparejado ni siendo usado por ningún dispositivo, es necesario conectarlo a la PC y usar un programa de terminal para darle instrucciones de configuración (Comandos AT), aunque también podemos escribir un programa de Arduino o en un microcontrolador para configurarlo.

Para conectarlo con la PC utilizamos un adaptador USB serial como se muestra en la foto:

El módulo HC-06 acepta un set muy básico de comandos (algo raros por cierto), que permite pocas configuraciones, pero que sin duda será útil para personalizar este económico módulo y configurarlo para satisfacer las necesidades de la aplicación.

Los comandos que soporta son:

Prueba de funcionamiento:

Envíar: AT

Recibe: OK

Configurar el Baudrate:

Envíar: AT+BAUD

El parámetro número es un caracter hexadecimal de ‘1’ a ‘c’ que corresponden a los siguientes Baud Rates: 1=1200, 2=2400, 3=4800, 4=9600, 5=19200, 6=38400, 7=57600, 8=115200, 9=230400, A=460800, B=921600, C=1382400

Recibe: OK

Configurar el Nombre de dispositivo Bluetooth:

Envíar: AT+NAME

Recibe: OKsetname

Configurar el código PIN de emparejamiento:

Envíar: AT+PIN

Recibe: OK

Obtener la version del firmware:

Enviar: AT+VERSION

Recibe: Linvor1.8

Y si podríamos mencionar una gran cantidad de elementos como por ejemplo modulo gps, módulo gsm, entre otros pero el objeto de este documento no es profundizar en lo shield de Arduino sino más bien tener una idea exacta de los beneficios que presenta esta plataforma en cuanto a la domótica.

II H. App inventor:

Esta es una plataforma para crear aplicaciones Android que va a servir en cada uno de los proyectos para su correspondiente aplicación, es un Sistema operativo que utilizan muchos dispositivos móviles en la actualidad entre ellos se encuentran tabletas, Smartphones (teléfonos inteligentes), este sistema fue basado en Linux para su desarrollo, actualmente pertenece a Google.

App invertor no es un programa para desarrollar alguna aplicación, este funciona mediante una conexión a red, se trabaja directamente en el servidor de App inventor, es como una página web que en ella se ejecutan todas las operaciones.

Existen versiones para poder instalarlas en un ordenador, estas versiones son destinadas para poder trabajar sin conexión.

Requerimientos:

Una conexión a internet (Este requerimiento puede ser suplido por la versión para ordenador).

Una cuenta de google. La programación se desarrolla en la siguiente dirección:

http://ai2.appinventor.mit.edu

Se puede trabajar en diferentes idiomas, actualmente cuenta con un paquete de 10 idiomas, entre ellos están inglés, español, portugués, etc.

LA programación no es compleja, de hecho, es una programación orientada a objetos. La interfaz es algo amigable, desde aquí se pueden ir agregando objetos, una vez agregados los objetos al Screen (Pantalla) se los va programando.

En la siguiente figura se muestra la interfaz de app inventor.

Figura 7. Interfaz de app inventor introducción.

Código de programación

Figura 8. Código de programación

VII. Aplicaciones:

Las aplicaciones que se pueden desarrollar son varias y diversas en nuestro caso la hemos desarrollado en una silla que es capaz de movilizarse a través de diferentes tecnologías e interfaces entre los que podemos mencionar comando manual de la silla mediante un joystick, esta forma es la básica de comandar una silla que mediante simples swhichs damos el paso de corriente y voltaje a los respectivos motores para que pueden maniobrar según nuestra necesidad.

Figura 9. Mando con joystick

De la misma manera una de las formas con las cuales podeos comandar la silla es la implementación de los comandos mediante órdenes de voz desarrollado en la plataforma arduino en su shield esay vr3, Como se pudo estudiar en los enunciados anteriores este podemos resumirle en que la silla simplemente obedecerá las ordenes que se le de a través de una diadema en donde esta implementado el micrófono, esto va a servir sobre toda a aquellas personas que por diferentes circunstancias no pueden mover sus extremidades superiores para darse el impulso correspondiente en la silla de ruedas al igual que por el mismo motivo ellos no sean capaces de maniobrar el joystick convirtiéndose en un instrumento que puede dar mejor calidad de vida, independencia a la intimidad de muchos de estos individuos. Para lograr este propósito se tuvo que realizar un sinnúmero de pruebas, otra aplicación no es solamente el manejo de la silla de ruedas sino que también es el tema de automatización del domicilio ya que también se puede hacer mediante comunicación directa a una casa inteligente que la persona pueda prender o pagar luces abrir o cerrar puertas eléctricas entre otros propósitos que tiene una casa inteligente.

Mando a distancia con el shield bluetooth, en este sencillo y pequeño shield se ha encontrado un sinnúmero de aplicaciones y diversidad de usos ya que no solamente servirá para comandar una silla de ruedas a control remoto ya que se implantó este tipo de control en la silla de rueda con la cual nos permite darle dos tipos de uso uno el control mediante pulsaciones a través de una aplicación creada en android como un carrito a control remoto sino que también nos permite utilizar ciertas herramientas a nuestr4o alcance y darle el correspondiente uso de las nuevas tecnologías como son sparth pone y tablets, corriendo las mismas podemos realizar comandos de voz y a distancia operar mediante pulsaciones la misma, de igual manera esta se puede comunicar con la casa inteligente dándole al individuo un mejor control de la misma aplicación creada para todos de la casa ya que puede ser operada sin mayo experiencia hasta por niños como se lo probo en la feria de ciencias que la silla fue operada por niños pequeños de aproximadamente 6 años que tiene una gran facilidad para manejar este tipo de tecnologías, a continuación podremos observa la aplicación desarrollada en donde podemos observar a demás ya la implementación no solo del comando de la silla sino también de prendido de luces y activación de alarmas

Figura 10. Aplicación desarrollada en app inventor y cargada a un teléfono.

VII. conclusiones y recomendaciones

En la actualidad donde hemos desarrollado tecnologías para viajar a la luna u a otras partes del universo hemos perdido la visión de servicio en primer lugar a nuestro prójimo servicio con el cual queremos llegar y no desplazarlos, la casa o edificio domótica no solo esté al servicio de los que pueden pagar, no solo como un lujo sino como la oportunidad de dar un mejor nivel de vida a aquellos seres queridos es por esta razón que hemos demostrado que implementamos estos servicios a bajo costo y muy versátil.

VIII. referencias y bibliografía

Domótica para viviendas y edificios, Werner Harke, Marcobo ediciones técnicas.

dfists.ua.es/~jpomares/arduino/page_03.htm

www.academia.edu/9692067/Arduino_Curso_Pr%C3%A1ctico_de_formaci%C3%B3n

arduinobot.pbworks.com/f/Manual+Programacion+Arduino.pdf

Modulo de reconocimiento de voz. Disponible en:

Universidad Politécnica de madrid, laboratorioderobotica.wordpress.com/easyvr-shield/tutorial-easyvr-shield-parte-2-tablas-de-sonido/

Modulo Radio Frecuencia.. Disponible en:

www.instructables.com/id/Modulos-RF433-Mhz-con-Arduino/

giltesa.com/2012/07/19/modulos-de-radio-frecuencia-a-433mhz-para-arduino.

Modulo Ethernet.. Disponible en:

electronicaytelecomunicaciones-jc.blogspot.com/2015/02/modulo-bluetooth-hc-06-android-practica.html

www.gerdslab.com/es/libro_arduino_labview

www3.fi.mdp.edu.ar/electrica/instrumentacion/arduino/Arduino+Ethernet%20Shield.pdf

www.geekfactory.mx/tutoriales/bluetooth-hc-05-y-hc-06-tutorial-de-configuracion/

books.google.com.ec/books?id=6cZhDmf7suQC&pg=PA550&lpg=PA550&dq=modulo+bluetooth+arduino+libros&source=bl&ots=AZdAgXLyxO&sig=3s-NoTQubMnPMYJ136y3uzCaBNM&hl=es-419&sa=X&ved=0ahUKEwjRzOXQl7HKAhWFQyYKHVIpBQcQ6AEIUDAM#v=onepage&q=modulo%20bluetooth%20arduino%20libros&f=false

domotica-arduino.es/blog/es/

RIVERA P. Control de máquinas eléctricas. ESCUELA POLITECNICA NACIONAL.Ecuador,2000

PHILIPS. Electronic Compass Design Using KMZ51/KMZ52.

ai2.appinventor.mit.edu/

Técnico en electronica, Domótica, 12 proyectos de arduino + Android, Simon Monk, Editorial Estribor.

学习应用程序发明者,Alberto sierra,BOHODON版,2014年

使用Google App Inventor,ANAYA MULTIMEDIA / O´REILLY,David Wolber,Hal Abelson,Ellen Spertus和Liz Looney(2011年9月)创建自己的Android应用程序

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