Автоматика на ардуино: преимущества и примеры проектов

Автоматизированные системы на основе микроконтроллера Arduino

Автоматизация в современном обществе – необходимая мера, ведь в цифровой век крайне важно исключить человеческий фактор в различных производствах, чтобы стандартизировать и улучшить качество продукции. Существуют и сферы, где человеку просто не подвластно делать то, на что способны роботы, например, производство нано-материалов и микроплат.

Однако не только на производстве помогает автоматизация, но и обывателю она бывает полезна. Например, автоматика для пивоварни на ардуино позволяет значительно облегчить процесс производства продукта. Давайте же разберёмся, как автоматика для ректификации на ардуино и прочих вещей может помочь, и рассмотрим примеры.

Основные преимущества автоматизированных систем на основе микроконтроллера Arduino

Никто вам не запрещает спаять собственную плату и самому же её запрограммировать с помощью низкоуровневых языков. Однако автоматика на ардуино и готовых микроконтроллерах значительно облегчит весь процесс и сэкономит время. Ведь куда проще купить уже готовый продукт с набором библиотек и приспособить его под свои задачи. А доступная автоматика на ардуино мега 2560 может пригодиться во многих сферах жизни, от голосовых выключателей для умного дома и до электрических щеколд с детектором движения. Главные преимущества, которыми славится именно автоматика ардуино, это:

  1. Низкий порог вхождения. Нет необходимости получать образование инженера, достаточно просмотреть пару обучающих видео и иметь базу в программировании.
  2. Большое количество уже заготовленных библиотек. Ардуино применяется на просторах СНГ многими любителями робототехники, вплоть до того, что производство различной электроники становится их хобби. Соответственно, и в сети пользовательское сообщество крайне активно, размещает большое количество заготовок и готово вам помочь в решении любых проблем. Качество библиотек, из-за низкого порога вхождения, страдает, но никто не запрещает создать свою собственную, достаточно изучить семантику языка С++ или использовать уже готовые трансляторы.
  3. Большое количество периферии. Неважно, необходима вам автоматизация теплицы на ардуино или датчик освещённости, вы найдёте любые модули, вплоть до датчиков звука и распознавателей голоса. Да, часть плат стоит немалых денег, но всегда можно найти дешёвые аналоги, например, модуль wi-fi от сторонних производителей esp8269, стоящий в 10 раз дешевле официального.
  4. Большое количество информации. Любая проблема, с которой вы столкнулись, уже была у кого-то, и вы наверняка найдёте её решение в Гугле. Существует и полноценная литература, с которой можно ознакомиться.

Однако не стоит думать, что у Ардуино нет изъянов. Плата славится своей низкой производительностью. В особо сложных задачах и при большом количестве кода время отклика может достигать 1 секунды, что непозволительно для микроконтроллеров. Флеш-память у большинства модулей не превышает 1 Мб, чего недостаточно для создания нейросетей или использования медиафайлов. Конечно, можно подсоединить вспомогательную карту памяти, но это же увеличивает время отклика, забирает дополнительные ресурсы на её питание и делается полукустарным способом.

Однако простые автоматизированные системы, например, для варки пива или теплиц, не требуют и части тех ресурсов, что способна выдать плата. Соответственно, большинству пользователей эти недостатки покажутся бессмысленными. Если же вы решите собрать свой 3-Д принтер или более сложную конструкцию, стоит присмотреться к аналогам. Но и порог вхождения у конкурентов Ардуино будет куда выше.

Пример автоматизации процессов на основе мк Arduino

Простейшим примером автоматизации процесса может стать теплица на ардуино. Чтобы создать любую систему, стоит чётко расчертить задачи, которые та должна выполнять. На примере теплицы, это будет:

  1. Создание специального климата.
  2. Своевременное включение и выключение освещения.
  3. Своевременный полив растений и удержание влажности воздуха на одном уровне.

Один из проектов по созданию теплицы с использованием Ардуино

Исходя из этих задач, можно сразу подметить, что вам потребуется купить к основной плате:

  1. Датчик температуры. Он будет следить за тем, чтобы воздух не нагревался и не охлаждался, находясь в прописанных программой пределах. В случае изменения температуры плата будет включать кондиционер или электронные батареи.
  2. Датчик освещённости. Конечно, можно ограничиться программным решением и прикупить дорогостоящие лампы с имитацией дневного света. Но если вы хотите создать полноценную теплицу, то куда удобнее будет установить автоматический потолок, который будет контролироваться Ардуино.
  3. Датчик влажности. Здесь всё так же, как и с температурой, по прописанному сценарию, плата будет включать опрыскиватели и увлажнители воздуха, при необходимости.

Когда вы приобретёте все необходимые модули, останется лишь их запрограммировать. Ведь без кода, это всего лишь железяки, ни на что не способные.

Программирование мк Arduino для автоматизации процессов. Пример

Как и в прошлом пункте, для программирования важно разбить задачу на отдельные подпункты и выполнять последовательно. Программирование Ардуино происходит благодаря командам в интерфейсе АТ и АТ+, с помощью заготовленных библиотек. Соответственно, все сценарии прописываются в специальной среде на языке С++ и, прежде чем что-либо делать, посвятите время изучению его семантики. Помимо выполнения простых функций, система способна и на запоминание сценариев в флеш-память, что нам и необходимо в данном примере.

Не забывайте, что информация с каждого датчика поступает в реальном времени и в качестве переменных, однако вы можете ограничить время отклика, так как тратить ресурсы и замерять каждый параметр постоянно нет необходимости. Соответственно, выставите для каждого датчика время включения и отключения или установите время отклика на определённый промежуток.

«Умный» дом на платформе Arduino – как сделать своими руками?

Arduino — популярная платформа для создания автоматики своими руками. Она подходит для изготовления автоматики в сельском хозяйстве, в рекламной деятельности, в сфере игровых развлечений и других видах деятельности.

Можно ли изготовить на платформе Arduino систему «умного» дома своими руками? Стоит рассмотреть и этот вопрос подробно, на примере одного проекта.

Начальные условия

Умный дом на Ардуино

Необходимо сделать автоматику в однокомнатном доме. Всего в доме пять зон: крыльцо, прихожая, санузел, кухня и комната проживания. На крыльце есть свет, который хозяева включают в тёмное время суток при входе или выходе из дома. В прихожей свет включается, когда хозяева приходят или уходят из дома. В санузле находится бойлер для нагрева воды, а также система вентиляции и освещения.

На кухне и в комнате в зимнее время включаются нагревательные приборы — электрические конвекторы. На кухне есть вытяжка, которая включается при приготовлении пищи. Также в доме установлена пара рекуператоров: на кухне и в комнате.

Составление проекта Arduino

  • Крыльцо. Здесь необходимо сделать включение света при приближении хозяина к дому в тёмное время суток. Также необходимо сделать автоматическое включение света при открывании входной двери при выходе из дома.
  • Прихожая. Автоматическое включение света при наступлении тёмного времени суток и обнаружения движения. В ночное время включаться должна маломощная лампочка, чтобы резким светом не будить других проживающих.
  • Санузел. Нагревание воды в бойлере происходит в зависимости от того, обнаруживает ли автоматика нахождение в доме хозяина. Сам бойлер снабжён внутренним выключателем электричества — при достижении водой предельной температуры он отключается. Когда заходит человек в санузел, то необходимо автоматически включать вытяжку и свет.
  • Кухня. Свет на кухне включается и выключается вручную. Но имеется возможность выключения света при фиксации длительного отсутствия движения. При готовке пищи автоматически включается вытяжка.
  • Комната. В комнате, как и на кухне свет включается вручную, но при фиксации отсутствия движения есть возможность автоматического выключения света.

Отопительные приборы и рекуперация воздуха. Отопительные приборы работают на поддержание заданной температуры в доме. При фиксации отсутствия хозяина, минимальная поддерживаемая температура снижается на определённое количество градусов. Как только происходит фиксация присутствия хозяина в доме, автоматически нижний порог переключается в нормальный режим поддержки температуры. Рекуперация воздуха происходит при фиксации присутствия хозяина, но не реже чем 10 минут в час.

Какие решения предлагает Arduino

Как видно из данной постановки задач нам, кроме платы Arduino, понадобятся: датчики движения, датчики открывания двери, датчики температуры и освещённости. Для включения электрических приборов нам могут понадобиться реле. В качестве датчика фиксации открытия двери может быть применён обычный геркон. Все датчики можно купить для платы Arduino.

Так как количество датчиков достаточно большое для такого маленького дома, то для платформы Arduino существуют платы расширения. Всё, что необходимо, это правильно подключить датчики к прибору и написать программу, которая будет являться «сердцем» «умного» дома.

Прошить плату Arduino легко с помощью специальной программы, которая выпускается для любой операционной системы, а также кабеля USB. Не нужно никаких программаторов, как в случае разработки автоматики на микроконтроллерах.

Программа, которая прошивается в Arduino, пишется на языке Си. Безусловно, есть ограничения на количество байт этой программы. Для реализации поставленной задачи объёма памяти вполне хватит.

Визуализация «умного дома» и расширение возможностей на Ардуино

Безусловно, для визуализации процессов «умного» дома можно было бы использовать ЖК-дисплей, любые цифровые табло. Но всё-таки, для «умного» дома это не является хорошим решением.

Для визуализации процессов и состояний автоматики на платформе Arduino лучше всего использовать отдельный сервер обработки состояний. Этот сервер может быть реализован на программной технологии Node.js, позволяющей реализовать любой сервер, в том числе и для обработки состояний платы Arduino.

Node.js используется для решения задач Интернета вещей, поэтому для визуализации автоматики «умного» дома он точно подойдёт. Достаточно создать сервер и обработчик на языке JavaScript, и можно будет отображать результат в браузере компьютера или планшета.

Микрокомпьютер одноплатный Raspberry Pi

В качестве «железа» сервера можно использовать микрокомпьютер Raspberry Pi или обычный стационарный компьютер или ноутбук. При этом расширяются возможности самой системы автоматизации.

Если на плате Arduino ограниченный объём физической памяти, то на сервере этот объём ничем не ограничен. Саму программу сервера можно написать так, что она будет полностью управлять платформой Arduino.

Например, можно расширить функционал нашего «умного» дома и приблизить его к умному дому без кавычек. Есть возможность написать такой алгоритм, который будет вести статистику нахождения хозяина в доме и его возвращение домой. Если хозяин обычно возвращается домой в районе 17:30, то за час можно включить бойлер для нагрева воды. Также, ориентируясь на это время, можно заранее включить отопительные приборы, чтобы возвращение было уже в тёплый дом, а не в тот, где температура ниже на 10 градусов из-за экономии электричества в отсутствии хозяев. Программа может понять когда хозяева обычно ложатся спать и заранее переставать греть воду, так как ею уже никто не будет пользоваться до утра. И таких нюансов может быть множество. Именно внешний компьютер может дать продвинутые «мозги» контроллеру на Arduino, который превратится больше в исполнительный механизм.

Дистанционное управление «умным» домом

Как уже упоминалось выше, с помощью сервера на Node.js можно связать вещи друг с другом. Это касается и визуализации процессов автоматики дома в Интернете через облачные сервисы. Это один способ управления своим домом через Интернет. Можно включить бойлер или отопительные приборы вручную заранее перед приездом в дом.

Другой способ — это получение данных и управление «умным» домом на платформе Arduino с помощью SMS и MMS сообщений. Ведь далеко не всегда может быть Интернет под рукой. И, если включение какого-либо прибора может быть не критичным, то получение сообщения о протечке воды может оказаться просто необходимым. И здесь, на помощь в разработке своими руками полнофункционального «умного» дома на платформе Arduino может прийти плата Edison компании Intel.

И что же мы получаем?

Как видно, Arduino — это не просто плата для разработки каких-то простых устройств автоматики. На платформе Arduino можно легко создать своими руками даже автоматику «умного» дома. При этом нет необходимости переплачивать деньги за устройства от компании Simens, которые дороги и обойдутся в 5-10 раз дороже Arduino.

Arduino можно подключить к компьютеру и получить визуализацию процессов на экране монитора или планшета. Автоматикой «умного» дома на платформе Arduino можно управлять через Интернет или с помощью SMS и MMS сообщений. На Arduino можно создавать своими руками достаточно сложные устройства.

lex18081 › Блог › Автоматика для распашных ворот на ардуино

Поделюсь своим опытом автоматизации домашних распашных ворот. Порыв просторы интернета понравилась система на стеклоподъёмниках. Вот и мне попались на вид стеклоподъёмники от ГАЗ и подобрались два двигателя б/у от стеклоочистителей квадратных бусов мерседесов. Двигатели Правда пришлось разобрать и перепаять чтобы щетки были расположены на 180 градусов, как следствие повышается мощность, падает скорость до 30об/мин. и плюс редукция в 11 раз на стеклоподъёмниках получаем заветные 3об/мин на механизме. Рычаги сделал с нержавейки полосы 30х4 благо есть на работе аргон. В принципе все наружные части и кожух, плюс метизы с пищевой нержавейки, я думаю что это оптимальный вариант борьбы с каррозией, да и не так много стоит, зато красить не нужно, варится красота. По электрике всё заказано в Китае на Али. Я категорически против релейных схем для таких механизмов, ЭДС самоиндукции и как следствие подгорание контактов реле никто не отменял. Поэтому я нашел отличный вариант для меня это Н-мост да и ещё 2 канальный за 14$ с доставкой. Главный плюс это управление ШИМ а значит плавный старт, стоп, изменения скорости. Учитывая что ворота не лёгкие и имеют не малую инерцию это просто сказка для снятия нагрузки с механизма. Управление на Ардуино Нано. Поигрался со скетчем пару дней, плюс правки пару дней и все заработало. Управление пультами на 433 частоте самое главное найти на HCS301 чипе, а именно плавающем коде чтобы всякие не хорошие люди не открыли твои ворота после твоего отъезда. Приемник этого устройства я кстати вытащил под крышу, таким образом добился срабатывания на очень приличном расстоянии. Щеколда работает от советского шагового дши. Нержавеющая шпилька М10 и гайка в механизме подъёма я надеюсь прослужит долго и счастливо. А так что осталось это дождаться сигнальной лампы для сигнализации работы системы и весной покрасить сами ворота. Видео по ссылке :

PS Вот уже почти полгода эксплуатации минимум каждый день по 2 открытия/закрытия полет нормальный. Я честно говоря не очень то верил в механизм стеклоподъемников, особенно в шестерни и втулки, но видимо плавный старт-стоп и подбор скорости на моторах продлевают жизнь. В очень сильный ветер я конечно не испытывал судьбу, благо перевести на ручное открытия дело пары минут. Но точно скажу среднюю ветровую нагрузку механизм выдерживает…бывало несколько раз отрабатывала защита по току в ветер, но затем она там и установлена!

10 интересных проектов для Arduino

Arduino – это универсальная платформа для самоделок на микроконтроллерах. К ней есть множество шилдов (плат расширения) и датчиков. Это многообразие позволяет сделать целый ряд интересных проектов, направленных на улучшение вашей жизни и повышение её комфорта. Сферы применения платы безграничны: автоматизация, системы безопасности, системы для сбора и анализа данных и прочее.

Из этой статьи вы узнаете, что можно сделать интересного на Ардуино. Какие проекты станут зрелищными, а какие полезными.

Что можно сделать с помощью Arduino

Робот пылесос

Уборка в квартире – рутинное занятие и малопривлекательное, тем более на это нужно время. Сэкономить его можно, если часть хлопот по дому возложить на робота. Этого робота собрал электронщик из г. Сочи – Дмитрий Иванов. Конструктивно он получился достаточно качественным и не уступает в эффективности заводским аналогам.

Для его сборки вам понадобятся:

1. Arduino Pro-mini, или любая другая подобная и подходящая по размерам.

2. USB-TTL переходник, если вы используете Pro mini. Если вы выбрали Arduino Nano, то он не нужен. Он уже установлен на плате.

3. Драйвер L298N нужен для управления и реверсирования двигателей постоянного тока.

4. Маленькие двигателя с редуктором и колесами.

6. Двигатель для турбины (побольше).

7. Сама турбина, а вернее крыльчатка от пылесоса.

8. Двигателя для щеток (небольшие).

9. 2 датчика столкновения.

10. 4 аккумулятора 18650.

11. 2 преобразователя постоянного напряжения (повышающий и понижающий).

13. Контроллер для работы (заряда и разряда) аккумуляторов.

Система управления выглядит следующим образом:

А вот система питания:

Подобные уборщики развиваются, модели заводского изготовления обладают сложными интеллектуальными алгоритмами, но вы можете попытаться сделать свою конструкцию, которая не будет уступать по качеству дорогим аналогам.

Управление RGB-лентой со смартфона и Arduino

RGB-ленты способны выдавать световой поток любого цвета, в них обычно используются светодиоды в корпусе которых размещено три кристалла светящиеся разным цветом. Для их управления продаются специальные RGB-контроллеры, их суть заключается в регулировании тока подаваемого на каждый из цветов светодиодной ленты, следовательно – регулируется интенсивность свечения каждого из трёх цветов (отдельно).

Вы можете сделать своими руками RGB-контроллер на Ардуино, даже более того, в этом проекте реализовано управление через Bluetooth.

На фото приведен пример использования одного RGB-светодиода. Для управления лентой потребуется дополнительный блок питания на 12В, тогда ШИМ-выходы Arduino будут управлять затворами полевых транзисторов включенных в цепь. Ток заряда затвора ограничен резисторами на 10 кОм, они устанавливаются между пином Ардуино и затвором, последовательно ему.

Автор использовал для связи со смартфоном Bluetooth, для этого был куплен модуль HC-05.

Пульт управления на базе Arduino и смартфона

С помощью микроконтроллера можно сделать универсальный пульт дистанционного управления управляемый с мобильного телефона.

Для этого понадобится:

Arduino любой модели;

Bluetooth-модуль HC-05 или HC-06.

Проект может считывать коды с заводских пультов и сохранять их значения. После чего вы можете управлять этой самоделкой через Bluetooth.

Система распознавания лиц и слежения за ними

Веб-камера устанавливается на поворотный механизм. Её подключают к компьютеру, с установленным программным обеспечением. Оно базируется на библиотеке компьютерного зрения – OpenCV (Open Source Computer Vision Library), после обнаружения программой лица, координаты его перемещения передаются на плату Arduino через USB-кабель.

Ардуино даёт команду приводу поворотного механизма и позиционирует объектив камеры. Для движения камеры используется пара сервоприводов.

На видео изображена работа этого устройства.

Следите за своими животными!

Идея заключается в следующем – узнать, где гуляет ваше животное, это может вызвать интерес для научных исследований и просто для развлечения. Для этого нужно использовать GPS-маячок. Но чтобы хранить данные о местоположении на каком-нибудь накопителе.

При этом габариты устройства здесь играют решающую роль, поскольку животное не должно ощущать от него дискомфорт. Для записи данных можно использовать Arduino шилд для работы с картами памяти формата Micro-SD.

Ниже приведена схема оригинального варианта устройства.

В оригинальной версии проекта использовалась плата TinyDuino и шилды к ней. Если вы не можете найти такую, вполне можно использовать маленькие экземпляры Arduino: mini, micro, nano.

Для питания использовался элемент Li-ion, малой ёмкости. Маленького аккумулятора хватает примерно на 6 часов работы. У автора в итоге все поместилось в обрезанную баночку из-под тик-така. Стоит отметить, что антенна GPS должна смотреть вверх, чтобы получать достоверные показания датчика.

Взломщик кодовых замков

Для взлома кодовых замков с помощью Ардуино понадобятся серво- и шаговый двигатель. Этот проект разработал хакер Samy Kamkar. Это достаточно сложный проект. Работа этого устройства изображена на видео, где автор рассказывает все подробности.

Конечно, для практического применения такое устройство вряд ли подойдет, но это отличный демонстрационный.

Ардуино в музыке

Это скорее не проект, а небольшая демонстрация какое применение нашла эта платформа у музыкантов.

Драм машина на Ардуино. Примечательна тем, что это не обычный перебор записанных сэмплов, а, в принципе, генерация звука с помощью «железных» приспособлений.

Анализатор спектра звука, с видео выходом.

Транзистор NPN-типа, например 2n3904 – 1 шт.

Резистор 1 кОм (R2, R4, R5) – 3 шт.

330 Ом (R6) – 1 шт.

10 кОм (R1) – 1 шт.

100 кОм (R3) – 1 шт.

Электролитический конденсатор 3.3 мкФ – 1 шт.

Для работы проекта потребуется подключение библиотеки для быстрого разложения в ряд Фурье.

Это достаточно простой и интересный проект из разряда «можно похвастаться перед друзьями».

3 проекта роботов

Робототехника – одно из интереснейших направлений для гиков и просто любителей сделать что-нибудь необычное своими руками, я решил сделать подборку из нескольких интересных проектов.

BEAM-робот на Ардуино

Для сборки четырёхногого шагающего робота вам понадобятся:

Для движения ног нужны сервомоторчики, например, Tower Hobbies TS-53;

Кусок медной проволоки средней толщины (чтобы выдерживала вес конструкции и не гнулась, но и не слишком толстой, т.к. не имеет смысла);

Микроконтроллер – AVR ATMega 8 или плата Ардуино любой модели;

Для шасси в проекте указано, что использовалась Рамка Sintra. Это что-то вроде пластика, он сгибается в любую форму при нагревании.

В результате вы получите:

Примечательно то, что этот робот не ездит, а шагает, может перешагивать и заходить на возвышения до 1 см.

Робот fijibot с функцией самоподзарядки

Этот проект мне, почему-то, напомнил робота из мультфильма Wall-e. Его особенностью является использование солнечной батареи для зарядки аккумуляторов. Он перемещается подобно автомобилю, на 4-х колесах.

Его составляющие детали:

Пластиковая бутылка подходящего размера;

Солнечная панель с выходным напряжением в 6В;

В качестве донора колес, двигателей и других деталей – машинка на радиоуправлении;

Два сервопривода непрерывного вращения;

Два обычных сервопривода (180 градусов);

Держатель для батареек типа АА и для «кроны»;

Светодиоды, фоторезисторы, постоянные резисторы на 10 кОм – всего по 4 штуки;

Вот основа – плата Ардуино с прото-шилдом.

Вот так выглядят запчасти от радиоуправляемой машины – колеса.

Конструкция почти в сборе, датчики установлены.

Суть работы робота заключается в том, что он едет на свет. Обилие фоторезисторов нужно ему для навигации.

Художник из деталей от CD-приводов

Это скорее ЧПУ станок, чем робот, но проект весьма занимательный. Он представляет собой 2-х осевой станок для рисования. Вот перечень основных компонентов, из которых он состоит:

(DVD)CD-приводы – 2 шт;

2 драйвера для шаговых двигателей A498;

Источник питания 12В;

Шариковая ручка, и другие элементы конструкции.

Из привода оптических дисков используется блоки с шаговым двигателем и направляющей штангой, которые позиционировали оптическую головку. Из этих блоков извлекают двигатель, вал и каретку.

Управлять шаговым двигателем без дополнительного оборудования у вас не выйдет, поэтому используют специальные платы-драйверы, лучше, если на них будет установлен радиатор двигателя в момент пуска или смены направления вращения.

Полный процесс сборки и работы показан на этом видео.

Смотрите также 16 лучших Arduino проектов от AlexGyver:

Заключение

В статье рассмотрена лишь малая капля из всего того, что вы можете сделать на этой популярной платформе. На самом деле всё зависит от вашей фантазии и задачи, которую вы ставите перед собой.

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

Источники:

http://umniedoma.ru/umnyj-dom-na-platforme-arduino-kak-sdelat-svoimi-rukami/

http://www.drive2.ru/b/518757833395667471/

http://electrik.info/microcontroller/1402-10-interesnyh-proektov-dlya-arduino.html

http://cxem.net/beginner/beginner102.php

Ссылка на основную публикацию