Автоматизация дома с помощью Arduino: схема и программа

В этой статье мы рассмотрим проектирование системы автоматизации дома на основе персонального компьютера и платы Arduino, с помощью которой мы сможем включать и выключать различные электронные устройства. Для демонстрации возможностей нашего устройства мы использовали 3 электрические лампочки, которые будут обозначать свет в комнате, вентилятор и телевизор. Управлять работой устройства будет плата Arduino Uno. Для включения и выключения цепей лампочек мы будем использовать реле на 5 В.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
Драйвер двигателей ULN2003 (купить на AliExpress).
Электрические лампочки с держателями.
Кабель для последовательной связи.
Реле на 5 Вольт.
Соединительные провода.
Макетная плата.
Компьютер (ноутбук).
Источник питания.

Используемые реле

Реле используются для управления устройствами с напряжением питания большим, чем используемое напряжение управления. К таким устройствам можно отнести электрические лампочки, телевизоры, вентиляторы и т.д. Реле является переключателем и содержит катушку и несколько переключаемых контактов. Существуют различные типы реле, такие как:

Однополюсные и на одно направление (SPST).
Однополюсные на два направления (SPDT).
Двухполюсные на одно направление (DPST).
Двухполюсные на два направления (DPDT).

В нашем проекте мы использовали однополюсные реле на два направления (SPDT). Эти реле включают в себя 5 контактов, из которых 2 отведено под катушку, один под полюс (переключающий контакт, pole), а остальные два называются «Normally Connected» (NC, нормально замкнутые) и «Normally Open» (NO, нормально разомкнутые).

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

ЖК дисплей подключен к плате Arduino в 4-битном режиме и используется для отображения статуса операций. Контакты ЖК дисплея RS, EN, D4, D5, D6, D7 подключены к цифровым контактам Arduino 7, 6, 5, 4, 3, 2. Для передачи команд плате Arduino от лэптопа (компьютера) мы используем USB-кабель который применяется для загрузки программ в плату Arduino. Драйвер реле ULN2003 используется для управления реле. 5-вольтовые реле типа SPDT (однополюсные на два направления) используются для управления (включения/выключения) света, вентилятора и телевизора (условно). Реле подключены к контактам Arduino 3, 4 и 5 через микросхему драйвера реле ULN2003.

Последовательный порт связи используется для управления контролируемыми устройствами. Мы передаем команды типа LIGHT ON, LIGHT OFF, FAN ON, FAN OFF, TV ON AND TV OFF для управления домашними электронными устройствами. После приема этих команд плата Arduino передает сигнал на соответствующие реле, которые отвечают за включение/выключение подключенных к ним устройств.

Когда мы будем нажимать ENTER после набора команды в гипер терминале (hyper terminal) или последовательном терминале (serial terminal) Arduino будет выполнять соответствующую команду, например, включение вентилятора. Также соответствующее сообщение будет показываться на ЖК дисплее.

Исходный код программы

В программе первым делом нам необходимо подключить библиотеку для работы с ЖК дисплеем, инициализировать контакты для работы с ЖК дисплеем и домашними электронными устройствами.

#include <LiquidCrystal.h> #include<string.h> LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8); #define light 3 #define fan 4 #define TV 5

После этого инициализируем последовательный порт для работы на скорости 9600 бод/с и задаем направление работы для инициализированных контактов.

lcd.begin(16, 2); Serial.begin(9600); pinMode(light, OUTPUT); pinMode(fan, OUTPUT); pinMode(TV, OUTPUT); lcd.print(" Home Automation "); lcd.setCursor(0,1);

Для приема команд по последовательному порту мы будем использовать две функции — Serial.available, которая будет проверять поступили ли какие-нибудь данные по последовательному порту или нет, и Serial.read, которая будет считывать данные на последовательном порту.

while(Serial.available()) { char Inchar=Serial.read();

После приема данных по последовательному порту мы сохраняем эти данные в строке и затем ждем нажатия клавиши Enter (на компьютере).

str[i]=Inchar; i++; lcd.print(Inchar); delay(50); if(Inchar == 0x0d) { temp=1;

После нажатия enter мы в программе начнем сравнивать принятую строку с хранящимися в памяти шаблонами команд и если будет выявлено соответствие, то будет выполняться соответствующая команда.

else if(strncmp(str, "TV ON", 5)==0) { digitalWrite(TV, HIGH);

Для сравнения строк мы будем использовать библиотеку string.h, которая содержит полезные нам функции strcmp, strncmp, strcpy и т.д.

Далее приведен полный текст программы.

#include <LiquidCrystal.h>
#include<string.h>
LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8);
#define light 3
#define fan 4
#define TV 5
char temp;
char str[10];
char i=0;
void setup() 
{
  lcd.begin(16, 2);
  Serial.begin(9600);
  pinMode(light, OUTPUT);
  pinMode(fan, OUTPUT);
  pinMode(TV, OUTPUT);
  lcd.print(" Home Automation ");
  lcd.setCursor(0,1); 
  lcd.print("    Using PC     ");
  delay(2000);
  lcd.clear();
  lcd.print("Keywords For ");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("Controlling");
  delay(2000);
  lcd.clear();
  lcd.print("1. LIGHT ON");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("2. LIGHT OFF");
  delay(2000);
  lcd.clear();
  lcd.print("3. FAN ON");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("4. FAN OFF");
  delay(2000);
  lcd.clear();
  lcd.print("5. TV ON");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("6. TV OFF");
  delay(2000);
  defualt();
  delay(1000);
}
void loop() 
{
   if(temp==1)
   {
    if((strncmp(str,"FAN ON", 6))==0)
    {
     lcd.clear();
     digitalWrite(fan, HIGH);
     lcd.clear();
     lcd.print("Fan Turned On");
     delay(3000);
     defualt();
    }
    
    else if(strncmp(str, "FAN OFF", 7)==0)
    {
     digitalWrite(fan, LOW);
     lcd.clear();
     lcd.print("Fan Turned OFF"); 
     delay(3000);
     defualt();
    }
    
    else if(strncmp(str, "LIGHT ON", 8)==0)
    {
     digitalWrite(light, HIGH);
     lcd.clear();
     lcd.print("Light Turned ON"); 
     delay(3000);
     defualt();
    }
    
    else if(strncmp(str, "LIGHT OFF", 9)==0)
    {
     digitalWrite(light, LOW);
     lcd.clear();
     lcd.print("Light Turned OFF"); 
     delay(3000);
     defualt();
    }
    
     else if(strncmp(str, "TV ON", 5)==0)
    {
     digitalWrite(TV, HIGH);
     lcd.clear();
     lcd.print("TV Turned ON"); 
     delay(3000);
     defualt();
    }
    
    else if(strncmp(str, "TV OFF", 6)==0)
    {
     digitalWrite(TV, LOW);
     lcd.clear();
     lcd.print("TV Turned OFF"); 
     delay(3000);
     defualt();
    }
    
    else 
    {
     lcd.clear();
     lcd.print(" Invalid Input");
     lcd.setCursor(0,1);
     lcd.print("   Try Again  ");
     delay(3000);
     defualt();
     }
   }
}
void serialEvent()
{
   while(Serial.available())
    {
     char Inchar=Serial.read();
     str[i]=Inchar;
     i++;
     lcd.print(Inchar);
     delay(50);
     if(Inchar == 0x0d)
     {
      temp=1;
      //Inchar=0;
     }
    }
}
void defualt()
{
  lcd.clear();
   lcd.print("Enter UR Choise:");
   lcd.setCursor(0,1);
   lcd.cursor();
   i=0;
   temp=0;
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

#include <LiquidCrystal.h>

#include<string.h>

LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8);

#define light 3

#define fan 4

#define TV 5

char temp;

char str[10];

char i=0;

void setup()

{

lcd.begin(16, 2);

Serial.begin(9600);

pinMode(light, OUTPUT);

pinMode(fan, OUTPUT);

pinMode(TV, OUTPUT);

lcd.print(" Home Automation ");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(" Using PC ");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.print("Keywords For ");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Controlling");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.print("1. LIGHT ON");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("2. LIGHT OFF");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.print("3. FAN ON");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("4. FAN OFF");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.print("5. TV ON");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("6. TV OFF");

delay(2000);

defualt();

delay(1000);

}

void loop()

{

if(temp==1)

{

if((strncmp(str,"FAN ON", 6))==0)

{

lcd.clear();

digitalWrite(fan, HIGH);

lcd.clear();

lcd.print("Fan Turned On");

delay(3000);

defualt();

}

else if(strncmp(str, "FAN OFF", 7)==0)

{

digitalWrite(fan, LOW);

lcd.clear();

lcd.print("Fan Turned OFF");

delay(3000);

defualt();

}

else if(strncmp(str, "LIGHT ON", 8)==0)

{

digitalWrite(light, HIGH);

lcd.clear();

lcd.print("Light Turned ON");

delay(3000);

defualt();

}

else if(strncmp(str, "LIGHT OFF", 9)==0)

{

digitalWrite(light, LOW);

lcd.clear();

lcd.print("Light Turned OFF");

delay(3000);

defualt();

}

else if(strncmp(str, "TV ON", 5)==0)

{

digitalWrite(TV, HIGH);

lcd.clear();

lcd.print("TV Turned ON");

delay(3000);

defualt();

}

else if(strncmp(str, "TV OFF", 6)==0)

{

digitalWrite(TV, LOW);

lcd.clear();

lcd.print("TV Turned OFF");

delay(3000);

defualt();

}

else

{

lcd.clear();

lcd.print(" Invalid Input");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(" Try Again ");

delay(3000);

defualt();

}

void serialEvent()

{

while(Serial.available())

{

char Inchar=Serial.read();

str[i]=Inchar;

i++;

lcd.print(Inchar);

delay(50);

if(Inchar == 0x0d)

{

temp=1;

//Inchar=0;

}

void defualt()

{

lcd.clear();

lcd.print("Enter UR Choise:");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.cursor();

i=0;

temp=0;

}

Необходимые компоненты

Используемые реле

Работа схемы

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу схемы

Похожие статьи

Добавить комментарий Отменить ответ

Добавить комментарий