Spis treści:
Celem artykułu jest przedstawienie w jaki sposób poznając praktyczną płytkę Micro:bit można zaprojektować automatykę domową w inteligentnym budynku. Artykuł ma za zadanie zainteresowanie tematyką smart home, automatycznych sterowań na bazie zbudowania własnego modelu prototypowego domu i pokazanie funkcjonalnych zastosowań automatyki domowej wykorzystując płytkę Micro:bit lub inny mikrokontroler.
Autor chce zachęcić czytelników do nauki tej płytki i zbudowania modelu “smart home” realizującego pełną funkcjonalność automatyki domowej – w myśl koncepcji “nauka poprzez zabawę”. Może to się przełożyć na lepsze zrozumienie idei inteligentnych zautomatyzowanych gospodarstw domowych, co ułatwi w przyszłości dobór dedykowanych systemów do tego typu rozwiązań. Równocześnie, autor chce zachęcić do realizacji prostych zadań automatyzacji w inteligentnym domu na bazie tej płytki, np. automatyczne podlewania kwiatów.
Inteligentny dom to wiele możliwości
Inteligentny dom wykorzystujący automatyzację czynności wykonywanych w gospodarstwie domowym powinien umożliwiać koordynację wielu czynności związanych z oświetleniem, energią, systemami bezpieczeństwa itd. System prostej automatyki domowej powinien pod względem bezpieczeństwa odstraszać włamywaczy, ale również chronić i informować przed pożarem, zalaniem.
Również w dobie starzejącego się społeczeństwa może zostać wykorzystany do stworzenia bezpiecznych warunków do życia dla seniorów pozostających samotnie w domu. W prosty sposób powinien umożliwić kontrolę dostępu jako alternatywę do np. kluczy. Inteligentny dom musi zapewnić odpowiednią atmosferę w odpowiednim czasie, dbając o nastrój oświetlenia dla domowników w całym gospodarstwie, ale również indywidualnie dla pomieszczeń. System żaluzji, tzw. system zacieniania powinien automatycznie dopasowywać się do warunków pogodowych zapewniając ochronę przed słońcem latem i ciepłe warunki zimą.
W zautomatyzowanym domu ogrzewanie, oświetlenie oraz system zacieniania muszą z sobą współgrać, aby zarządzanie energią były proste i opłacalne, co pozwoli na oszczędzanie. Dzięki szybkiemu rozwojowi technologii coraz powszechniejsze stają się inteligentne domy, automatycznie sterowane zdalnie za pomocą smartfonów i innych urządzeń. Mając na celu poprawę warunków życia gospodarstw domowych, system inteligentnego domu został zintegrowany z technologiami obejmującymi informatykę, telekomunikację, automatykę i inne, tworząc kompleksowy i inteligentny system zapewniający bezpieczeństwo, wygodę, przytulność, użyteczność.
Micro:bit - mała płytka o dużych możliwościach
BBC micro:bit 2 to niewielki moduł stworzony w celu nauki programowania. Płytka micro:bit wyposażona została w takie podzespoły jak mikrofon oraz głośnik, w celu tworzenia interaktywnych projektów, matrycę LED 5 x 5 umożliwiającą wykrywanie światła, dwa programowalne przyciski, przycisk RESET, przycisk dotykowy (logo), kompas, akcelerometr oraz Bluetooth 5.0.
Dodatkowo BBC micro:bit 2 wyposażony został w diodę LED informującą o zasilaniu oraz aktywności mikrofonu. Poszczególne elementy zostały zaznaczone i opisane na płytce PCB (opis na płytce w postaci angielskiej). Płytka posiada również pięć wyprowadzeń na przewody typu “banan”, które pozwalają podłączyć pomocnicze zasilanie oraz inne urządzenia peryferyjne. Moduł Micro:bit można powiedzieć, że to kompaktowa płytka wyposażona w mikrokontroler z rdzeniem ARM Cortex-M0. Na rynku dostępne są liczne rozszerzenia dla Micro:bit pozwalające na wyprowadzenie sygnałów do modułów rozszerzających lub płytki stykowej.
Programowanie płytki Micro:bit oraz umieszczanie programu w jej pamięci
Płytka BBC micro:bit 2 przystosowana jest dla użytkowników w różnym wieku, również dla najmłodszych adeptów nauk technicznych, dlatego jej programowanie jest łatwe i intuicyjne. Micro:bit może być programowalny w edytorze micro:bit – Microsoft Make Code. Dostępny on jest w wersjach:
- na komputery z systemem Windows 10,
- aplikacji dostępnej z poziomu każdej przeglądarki internetowej (autor poleca przeglądarkę Chrome). Wystarczy wpisać w przeglądarkę adres https://makecode.microbit.org/.
- Po wybraniu adresu https://makecode.microbit.org/ w przeglądarce wyświetla się ekran startowy. Zawiera on listę projektów stworzonych przez użytkownika micro:bit oraz serię poradników i samouczków stworzonych przez twórców micro:bit.
- Aby zacząć programować należy utworzyć nowy projekt. Na utworzonym projekcie (należy tworzony projekt nazwać dowolną nazwą np. projekt1), uruchomiony zostanie edytor za pomocą którego możemy programować micro:bit. Na ekranie pojawi się poniższy obraz na którym możemy wyróżnić symulator działania micro:bita, listę bloczków (instrukcji), miejsce do tworzenia programu oraz możliwość wyboru programowania blokowego oraz JavaScript lub Python.
- Po napisaniu programu w edytorze (edytor uruchomiony w dowolnej przeglądarce), wystarczy podłączyć moduł przez USB i załadować stworzony skrypt. Podłączone do komputera urządzenie widoczne jest jako pamięć flash. Po poprawnie zainstalowanych sterownikach micro:bit widoczne jest jako przenośna pamięć o pojemności 64 MB.
- W celu wgrania programu na płytkę za każdym razem należy w edytorze wybrać kliknięciem przycisk POBIERZ. Po kliknięciu przycisku POBIERZ zostanie pobierany plik programu z rozszerzeniem hex. Plik zostanie zapisany w lokalizacji, którą mamy w Windowsie (folder Pobrane lub inne jaki mamy ustawiony). Plik ten trzeba na komputerze zlokalizować i zapisać (przerzucić) do pamięci micro:bit (tak jak wgrywa się program na pendriva – można to zrobić poprzez eksplorator Windows lub w inny dowolny wygodny sposób). Od tego momentu program już powinien działać.
Przykładowa automatyzacja zadań w inteligentnym domu
Inteligentny dom pozwala na automatyzację prostych zadań:
Czujnik ruchu PIR
Czujnik ruchu na podczerwień może wykrywać poruszające się obiekty. Sprzęgnięty z głośnikiem może stanowić doskonałą formę prostego systemu alarmowego. Dodatkowo można go połączyć z lampką sygnalizacyjną mającą wpływ na intensywność oświetlenia nawet całego domu w przypadku zadziałania alarmu.
Jako element automatycznego otwierania drzwi lub okna.
Wyświetlacz LCD
Dzięki modułowi wyświetlacza, istnieje możliwość wyświetlania 2 wierszy po 16 znaków w każdym z nich. Można w ten sposób wyświetlać informacje tekstowe lub liczbowe pochodzące z zainstalowanych czujników.
Czujnik deszczu (czujnik pary wodnej)
Zadaniem czujnika jest wykrycie wody za pomocą gołych, równoległych linii na płycie czołowej. Łącząc czujnik z serwomechanizmem po wykryciu deszczu można spowodować automatyczne zamknięcie okien lub drzwi.
Czujnik gazu
Zadaniem czujnika gazu jest wykrywanie ulatniania gazu. Posiada wbudowany potencjometr za pomocą którego można regulować jego czułość.
Podsumowanie
Istnieje szereg innych rozwiązań, które można zastosować do czynności automatyzacji domowych zadań, np. inteligentne sterowanie na zasadzie włączenia światła tylko wtedy, gdy ktoś wchodzi do pomieszczenia, lub wyłączanie go w przypadku opuszczenia pomieszczenia. Można również uzyskać efekt sterowania oświetleniem w taki sposób, że zostanie one włączone lub wyłączone o odpowiedniej porze. Wykorzystujące taśmy LED – RGB można tworzyć nastrojowe domowy klimaty w zależności od natężenia hałasu oraz nastroju. Do przydomowego ogródka lub ulubionych kwiatów można zastosować system automatycznego podlewania wykorzystując czujnik wilgotności gleby oraz pompkę wodną. Można również stosując czujniki dźwięku spowodować automatyzację głosową różnych procesów domowych.
Poszukując rozwiązań automatyzujących zadania i czynności domowe wpisujące się w koncepcję inteligentnego domu przyczyniamy się do zmniejszenia zużycia energii oraz jej kosztów, co wiąże się z zwiększeniem wydajności efektywności energetycznego gospodarstwa domowego.
