La domotica facile con Arduino

LA DOMOTICA
FACILE CON
ARDUINO
Antonaci
Gabriele
Anno scolastico
2014/2013
I.I.S. E. Medi di Galatone (LE),
ELETTROTECNICA ED AUTOMAZIONE,
classe V^ E
Realizzazione di un impianto domotico controllato dalla
scheda Arduino con la possibilità di gestione via computer
tramite la piattaforma Processing.
L’impianto dispone di un controllo luci, aperture, clima e
allarme.
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
La domotica facile con Arduino
INDICE
O I NT RO D U Z IO NE AL L A DOMOTI C A
•
•
•
•
Che cos’è la domotica .......................................
I vantaggi ......................................................
Gli svantaggi ..................................................
Cosa comprende ...............................................
2
3
4
4
o I L M I O P RO G E T T O
•
•
•
•
•
descrizione del progetto .................................... 6
il sistema di controllo........................................ 7
strumenti usati ................................................ 9
- Arduino ................................................... 9
- Processing ............................................... 11
- Circuito di controllo .................................. 11
- Interfaccia di potenza ................................ 13
- Ce l l a d i Pe l t i e r . . . . . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . . . . . .. . . . .. . . . .. . 1 4
- Sensori ................................................... 15
Il software ..................................................... 17
- Arduino ................................................... 17
- Processing ............................................... 22
Fasi di realizzazione ........................................ 24
o MAKER
•
•
Il movimento culturale ...................................... 29
Il fai-da-te si fa “green” ................................... 29
o MANUALE D’USO
•
•
Italiano
English
...................................................... 31
...................................................... 36
o FONTI ........................................................... 40
o A L L E G AT I : l i s t a t i s o f t w a r e
Pag. 1
La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
I N T RO D U Z I O N E A L L A D O M O T I C A
Che cos’è la domotica
Dall’ unione delle parole “domus” (c he in latino
significa
“casa”)
e
robotica
nasce
l’espressione
“domotica”.
Essa è la scie nza inte rdisciplinare c he, pe r me zzo de lla
tecnologia, si occupa del miglioramento della qualità
della vita nelle strutture in cui l’uomo si trova a vivere
o lavorare.
G ra z i e a d u na co o p e ra z i o ne fra i nge g ne ri a c i v i l e,
ingegneria
energetica,
automazio ne,
elettrotecnica,
elettronica ed informatica, la domotica è in grado di
rendere
“intelligenti”
gli
edifici,
permettendo
la
ge st i o ne co o rd i na t a e d a ut o no ma d i c l i ma t i z za z i o ne,
sistemi di sicurezza, attuatori, distribuzione dell’acqua,
gas ed energia.
Quello c he permette di fare ciò è l’utilizzo di sistemi
automatici in grado di operare autonomamente (o semiautonomamente) e di far comunicare tra loro i vari
dispositivi c he in un sistema tradizionale operano
separatamente.
Nello specifico si parla di “casa intelligente” quando la
domotica viene utilizzata in ambito abitativo.
La “casa intelligente” è in grado di reagire a variazioni
di parametri ambientali (luminosità, temperatura ecc..)
secondo dei programmi prestabiliti (o addirittura
dinamici,
in
grado
di
migliorare
tramite
l’autoapprendimento), essere comandata a distanza e
coordinare tutte le varie apparecc hiature presenti in
una normale abitazione.
In un impianto domotico sono presenti sensori c he
rilevano i vari parametri ambientali, li inviano al
“cer vello” del sistema (solitamente un microcontrollore o
un PC ecc..) che decide quali attuatori (condizionatori,
lampade, allar mi e cc..) vadano attivati o disattivati.
Pag. 2
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
I vantaggi
Miglioramento della qualità della vita:
• l’automazione permette di avere nella propria
abitazione sempre i parametri ambientali ottimali.
• Il sistema viene incontro all’utente limitando
l’inter vento umano manuale allo stretto necessario.
Semplificazione:
• I sistemi domotici sono più facili da installare
rispetto a quelli tradizionali.
• Cablaggio ridotto del 50%: i cavi ser vono solo per
l’alimentazione di prese e attuatori. Il circuito di
comando può essere realizzato con il semplice
doppino telefonico (o altro tipo a seconda del tipo
di comunicazione).
• Facilità
di
modifica
e
implementazione:
per
variare le caratteristic he e le funzioni di un
s i st e ma d o mo t i co i n t e g ra t o, o p p u re a m p l i a r l e,
b a s t a a g i r e s u l s o f t wa r e d i ge s t i o n e o a g g i u n ge r e
altri
dispositivi
senza
toccare
essenzialmente
l’impianto esistente.
Ve r s a t i l i t à : l ’ i m p i a n t o p u ò e s s e r e f a c i l m e n t e a d a t t a t o
alle diverse esigenze.
Controllo remoto: il sistema può essere gestito tramite
sms o internet.
Multifunzionalità: il numero dei dispositivi può essere
ridotto
in
quanto
ognuno
può
svolgere
contemporaneamente funzioni diverse.
Economicità:
• Inter venire su un impianto domotico ric hiede opere
meno invasive rispetto ad uno tradizionale.
• L’ i n t e ra z i o n e t ra i d i s p o s i t i v i e d i l c o n t i n u o
controllo del sistema permette un ottimizzazione
dei consumi riducendo gli sprec hi ed aumentando
le prestazioni.
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Po s si b i l i t à d i u n c o nt ro l l o t o t a l e d e l l ’ ut e n t e s ul s i s t e ma
e sull’abitazione.
Gli svantaggi
Costi di realizzazione: i dispositivi utilizzati in un
impianto domotico hanno costi di acquisto più elevati
r i spe tto a que lli tradi z io na li. Tu tt a via i n u me ro si
vantaggi ricavati da una “casa intelligente” permettono
un ingente risparmio sul medio e lungo termine.
Manodopera specializzata: la realizzazione di un
impianto domotico ric hiede tecnici ed installatori
specializzati.
Cosa comprende
Sc hematizzazione di un impianto domotico:
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I l c uo re d i u na “c a sa i nt e l l i ge nt e ” è l ’ u ni t à ce nt ra l e, ci o è
quella c he gestisce tutti i dispositivi.
Essa è collegata ad una linea “bus”, cioè un canale di
comunicazione attraverso il quale viaggiano le informazioni
tra i componenti e l’unità centrale.
In grandi linee in una rete domestica si possono trovare due
tipi di dispositivi:
• I sensori.
Sono
tutti
quei
trasduttori
(cioè
componenti
c he
trasformano grandezze fisic he in grandezze elettric he)
c he rilevano le variazioni dei parametri ambientali.
• Gli utilizzatori: i normali c he troviamo in un impianto
tradizionale. In questo caso oltre a ricevere la normale
alimentazione sono collegati anc he al bus per mezzo del
quale ricevono i comandi.
Un impianto domotico non è altro, quindi, c he un complesso
sistema a catena c hiusa.
I dati raccolti dai sensori vengono inviati all’unità centrale
c h e l i e l a b o ra e ( s e c o n d o l e d i r e t t i ve c h e v i a s o f t wa r e g l i
sono state impartite) attiva degli attuatori per portare i
parametri del sistema ai livelli desiderati.
Tu t t i i co mpo ne n ti s o no co nn e ss i al me de s i mo b u s qu i nd i
ognuno po ssiede un indirizzo e, se co ndo un siste ma MAS TER S L AV E ( m o l t o s p e s s o s i h a n n o s i s t e m i m u l t i - M A S T E R ) , i n v i a o
riceve dati quando interpellato dall’unità centrale.
L’ u n i t à c e n t ra l e è i l M A S T E R , c i o è q u e l l o c h e p u ò c o m u n i c a r e
c o n t u t t i q u a n d o v u o l e , t u t t i g l i a l t r i s o n o g l i S L AV E e
c o m u ni ca no, e c c e t t o q ua l c he ca so p a r t i c o l a r e, so l o s u
richiesta del MASTER.
L’ u t e n t e p u ò c o m a n d a r e i l s i s t e m a t ra m i t e u n i n t e r f a c c i a c h e
p uò e s se re u n P C , u no sm a r t p h o n e, u n t a b l e t .
L’ u n i t à c e n tr a le : p u ò e s s e r e q u a l s i a s i d i s p o s i t i vo i n g ra d o d i
i n t e rf a c ci a r si co n u na l i ne a d i c o m u ni ca zi o ne, i m ma ga z z i na re
dati e d elaborar li. S olitame nte è un microcontrollore, un P LC
o un PC.
Il bus: è una linea di comunicazione. Ne esistono di svariati
tipi e si dividono in due famiglie: quelli aperti (le cui
s p e ci fi c he e i c u i p ro t o c o l l i s o n o d e f i ni t i p ubb l i ca me nt e,
quindi permettono a qualsiasi dispositivo di interfacciarsi
con esso) e quelli proprietari (i protocolli sono sviluppati
dalle singole aziende e non permettono l’implementazione di
dispositivi di altre marc he).
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
I sensori: un impianto domotico completo possiede sensori
perimetrali, di temperatura, di luminosità, di gas, di
movimento, di umidità, anemometro ecc...ecc...
I L M I O P RO G E T T O
Descrizione del progetto
Il progetto consiste nella realizzazione di una “casa
intelligente” avente come unità centrale la sc heda
“A r d u i n o 2 0 0 9 ” e c o m e i n t e r f a c c i a u t e n t e u n a G U I
(Graphic User Interface) sviluppata col linguaggio di
programmazione
“processing”
(basato
su
“Java”).
L’ i m p i a n t o è d o t a t o d i u n c o n t ro l l o d e l s i s t e m a d i
illuminazio ne, de lla climatizzazio ne de ll’ape r tura di
porte e finestre e dell’allarme anti-intrusione.
Ad Arduino sono collegati tutti i sensori e le interfacce
di potenza dei vari utilizzatori c he si attiveranno in
b a s e a l s o f t wa r e c a r i c a t o s u l m i c ro c o n t ro l l o r e d e l l a
sc heda.
Arduino comunica col PC (su
cui si trova l’interfaccia
grafica) tramite porta USB utilizzando un semplice
protocollo di comunicazione sviluppato ad hoc.
Il sistema è progettato per avere due modalità
funzionamento: una automatica ed una manuale.
di
In quella manuale è possibile far funzionare degli
attuatori (luci, climatizzatore ecc...) agendo su pulsanti
e manopole, come in un sistema tradizio nale.
N e l l a mo d a l i t à a ut o ma t i ca , i n ve c e, i l s i s t e ma a g i s ce
autonomamente attivando determinati dispositivi in
seguito ad eventi rilevati dai sensori e secondo i
parametri forniti dall’utente
tramite Processing o
tramite la pulsantiera.
Pe r t e s t a r e i l s i s t e m a è s t a t o r e a l i z z a t o i l p l a s t i c o d i
una stanza dove sono presenti:
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1. Utilizzatori:
• Un LED per l’illuminazione dell’ambiente interno;
• Una lampadina per l’illuminazione esterna;
• U n a c e l l a d i Pe l t i e r, c o n v e n t o l e e a l e t t e
raffreddamento, per la climatizzazione;
• Una sirena
intrusione;
ed
una
lampada
per
di
l’allarme
• Un ser vomotore per l’apertura della finestra.
2. Sensori:
• Due fotoresistori (uno per misurare la luminosità
all’interno della stanza, l’altro per quella
all’esterno);
• Due sensori di temperatura (uno all’esterno ed
uno all’interno);
• Un
sensore
PIR
(per
all’interno della stanza);
rilevare
movimento
• Due finecorsa (per conoscere lo stato di apertura
o c hiusura della porta e della finestra);
3. Interfaccia di potenza:
• Quattro transistor ad effetto di campo (MOSFET);
• Un ponte H.
Il sistema di controllo
Pe r i l s i s t e m a d i c o n t r o l l o d e l l ’ i m p i a n t o, s i è o p t a t o p e r
u n s i s t e m a d i t i p o O N / O F F.
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In un sistema di questo tipo la grandezza da controllare
(ad esempio la temperatura) viene comparata con una di
riferimento (ad esempio un termostato) c he rappresenta
il set-point (SP) cioè il valore c he si desidera c he la
grandezza controllata raggiunga.
Se essa è diversa da come era stato previsto, viene
fornita la massima potenza ad un dispositivo c he la
faccia variare (nel caso del progetto, una cella di
peltier).
Il sistema ha però una
propria
inerzia
e
quindi non sarà mai
possibile
raggiungere
perfettamente il setpoint, ma dei valori
che
oscilleranno
intorno
ad
esso.
Questo porta il sistema
di controllo ad
a c ce nd e re e sp e g ne r e i n c o n t i n ua zi o n e l ’ ut i l i z za t o re,
causandone un usura prematura ed un consumo anomalo.
Occo rre, allo ra, stabilire una fascia di valo ri to lle rabili
intorno al set-point.
Si parla quindi di isteresi.
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Strumenti usati
Arduino
Arduino 2009 è
un progetto tutto
italiano
e
consiste
in
una
sc heda
elettronica dotata
di
un
microcontrollore
AT M E GA
328
(prodotto
dalla
AT M E L ) .
È
progettato
per
interagire
direttamente
con il mondo esterno tramite un programma residente nella
propria
memoria
interna
e
mediante
l'uso
di
pin
specializzati o configurabili dal programmatore.
Il dispositivo è in grado di leggere dei segnali analogici (da
0 a 5V) grazie a 6 PIN dedicati e di inviare e ricevere dati
d i g i t a l i ( 1 l o g i c o = 5 V, 0 l o g i c o = 0 V ) t r a m i t e i s u o i P I N d i
I / O. E ’ c o m u n q u e p o s s i b i l e “ s i m u l a r e ” u n s e g n a l e a n a l o g i c o
in uscita tramite il PWM (la regolazione ad ampiezza di
impulsi c he utilizza un’ onda quadra di ampiezza variabile e
periodo costante).
La sc heda può operare autonomamente oppure interfacciarsi
con altri dispositivi (come ad esempio il PC).
La potenza di Arduino risiede nella sua facilità di
programmazione e nella sua versatilità e la vasta comunità
mondiale c he lo utilizza.
I n fa t t i A rd u i no è u n p ro ge t t o O p e n- S o ur c e, c i o è i c re a t o ri
m e t t o n o a d i s p o s i z i o n e d i t u t t i e g ra t i s i l s o f t wa r e e g l i
sc hemi per la realizzazione della sc heda.
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
In questo modo c hiunque può contribuire ad arricc hire la già
vasta gamma di librerie c he l’utente può utilizzare per
semplificare e velocizzare la programmazione.
Esistono ad esempio librerie per il comando dei ser vomotori,
degli sc hermi LCD ecc...ecc... c he altrimenti sarebbero
difficili da utilizzare.
Il microcontrollore si
programma
usando
un
linguaggio
derivato dal WIRING
(c he
utilizza
C++
come
base)
e
un
ambiente di sviluppo
quasi
identico
a
quello di processing.
Nei programmi c he si
caricano su Arduino
si
possono
individuare
due
funzioni
fondamentali: il void
setup
()
(eseguita
una
sola
volta
all’inizio
dove
vengono definite le
impostazioni iniziali)
ed il void loop () (il
quale
cicla
all’infinito
e
si
interrompe solo con
lo spegnimento del
dispositivo).
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Processing
Processing
è
un
linguaggio
di
programmazione (basato
su Java)
molto usato in
ambito
grafico
c he
consente
di
sviluppare
diverse applicazioni come
giochi,
animazioni
e
contenuti interattivi. La
sua
sintassi
è
praticamente la stessa di
Java, come anc he il tipo
di
programmazione
ad
“oggetti”. In più mette a
disposizione
numerose
funzioni ad alto livello
per
gestire
facilmente
l'aspetto
grafico
e
multimediale. La sua IDE
(cioè
l’ambiente
di
sviluppo) è praticamente
la stessa di Arduino.
Come per Arduino si possono individuare due funzioni
fondamentali: il void setup () (eseguita una sola volta
all’inizio dove vengono definite le impostazioni iniziali) ed
il void Draw () (il quale cicla in continuo e si interrompe solo
con la c hiusura del programma). Processing è in grado di
interfacciarsi facilmente con Arduino.
Circuito di controllo
Il circuito di controllo è composto da tutti quei componenti
c he permettono all’utente di comandare il sistema e di
conoscerne
lo
stato
grazie
ad
appositi
dispositivi
segnalazione.
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
Pe r i l p r o g e t t o q u i
descritto sono stati
usati sei pulsanti in
configurazione
di
pull-down: uno per
il
controllo
dell’illuminazione
interna,
uno
per
quella esterna, uno
per
aprire
la
finestra, uno per
c hiuderla, uno per
accendere
la
climatizzazione ed
uno
per
inserire
l’allarme.
La
resistenza
utilizzata
è
da
10 KΩ.
configurazione con resistenze di
pull-down: quando il pulsante non
è premuto Arduino riceve uno 0
logico, 0V, quando è premuto
riceve un 1 logico , 5V
Come termostato per la regolazione della temperatura
desiderata è stato utilizzato un potenziometro rotativo.
Pe r l a s e g n a l a z i o n e s i s o n o u t i l i z z a t i d e i d i o d i L E D d i v a r i
colori:
- Un LED giallo per la segnalazione dell’accensione della
luce interna.
- Un LED giallo per la segnalazione dell’accensione della
luce esterna.
- Un
LED
RGB
per
informare se il sistema di
climatizzazione
stia
scaldando (luce rossa) o
raffreddando (luce blu).
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La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
- Un
LED
rosso
dell’allarme.
per
la
notifica
dell’inserimento
- Un LED per avvertire quando l’allarme è scattato.
In serie ad ogni LED è inserita una resistenza da 220 Ω
perc hé 5V sono eccessivi per questo tipo di componenti.
I dispositivi facenti parte il sistema di comando sono stati
disposti su di una pulsantiera collegata ad una bredboard da cui partono i collegamenti ad arduino.
Interfaccia di potenza
I dispositivi utilizzatori impiegati per il plastico ric hiedono
una tensione di alimentazione a 12V e necessitano di
un’ingente quantità di energia c he Arduino non è in grado di
fornire.
O c co r re q ui nd i p o rr e, t ra i l m i cro co n t ro l l o re e l ’ a t t ua t o re,
u n o s t a t o i n t e r m e d i o c h e, r i c e v ut o i l co ma n d o d a A rd ui no,
vada a fornire la potenza proveniente da un’ altra fonte (un
trasformatore) al dispositivo desiderato.
Ecco allora c he si parla di interfaccia di potenza.
Pe r l ’ i l l u m i n a z i o n e, l a s i r e n a e l e v e n t o l e è s t a t a u t i l i z z a t a
un interfaccia di potenza con 4 transistor del tipo MOSFET
(vedi allegato per le specific he del componente).
I t r a n s i s t o r, q u a n d o l a v o r a n o n e l l a l o r o z o n a d i n o n
linearità,
anzic hé
comportarsi
da
amplificatori,
si
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
comportano da interruttori (aperti quando il pin di uscita di
A r d u i n o è a 0 V, c h i u s i q u a n d o è a 5 ) .
Pe r l ’ a l i m e n t a z i o n e d e l l a c e l l a d i Pe l t i e r o c c o r r e i n v e c e
u t i l i z z a r e u n Po n t e a d H , i n q u a n t o è p r e v i s t a u n i n ve r s i o n e
d e l se n so d i p e r c o r re n za d e l l a c o r re n t e, c o sa i mp o ss i b i l e co n
i M O S F E T.
Il
ponte
ad
H
è
composto
da
una
quaterna di interruttori
elettronici
(transistor)
posti su due colonne e
comandati da due uscite
digitali di Arduino. La
cella si trova collegata
al centro dei due rami
quasi
a
formare
un’ipotetica “H” (da qui
il nome) come in figura.
A seconda del livello
logico dei due pin la
corrente
nella
cella
scorre in un verso o
nell’altro.
I diodi in parallelo ai transistor sono dei diodi no-fly e
ser vono a proteggerli da eventuali sovratensioni c he
l’utilizzatore può provocare nel momento in cui viene privato
dell’alimentazione (fly-back).
C e lla d i Pe ltier
Pe r l a p a r t i c o l a r i t à d e l d i s p o s i t i v o, s i è d e c i s o d i d e d i c a r e
u n p a r a g r a f o a l l a C e l l a d i Pe l t i e r.
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La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
“ U na co m un e ce l l a Pel t i er
è
formata
da
due
materiali
semiconduttori
drogati di tipo N e di tipo
P, c o l l e g a t i t r a l o r o d a
una lamella di rame. Se si
applica al tipo N una
tensione positiva e al tipo
P una tensione negativa,
la lamella superiore si
raffredda mentre quella
inferiore si
riscalda.
Invertendo
la
tensione lo spostamento di
en ergi a
termica
viene
i n verti to.” (i t.w i kip ed ia. org ).
Il
dispositivo
si
comporta
insomma come una pompa di
calore.
La cella non ha un rendimento molto elevato, quindi il lato
caldo, oltre a subire l’effetto dell’energia ter mica prelevata
da quello freddo, deve smaltire il calore prodotto dalla
notevole corrente c he il dispositivo assorbe.
A d e s e m p i o l a c e l l a u s a t a n e l p r o g e t t o , c h e f u n z i o n a a 1 2 V,
arriva ad assorbire una corrente di oltre 5,5 A.
Tu t to c iò co mpo r ta il
grosso problema dello
smaltimento di queste
ingenti
quantità
di
calore.
Si
è
dovuto
allo ra applicare, da un
lato e dall’altro della
cella, dei dissipatori in
alluminio
muniti
di
ventole
di
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
raffreddamento
(materiale ricavato da vecc hi computer).
Pe r f a v o r i r e l o
s c a mb i o d i e ne rg i a t e r mi ca t ra l a ce l l a e i l d i s s i p a t o r e, è
stata applicata una pasta termoconduttiva.
Sensori
Pe r l a r i l e v a z i o n e d e l l a t e m p e r a t u r a s i s o n o
utilizzati degli LM35.
Gli LM35 sono integrati a semiconduttore con
la stessa forma dei transistor c he una volta
alimentati (nel caso del progetto a 5V),
forniscono un tensione proporzionale alla
temperatura c he rilevano (10mV ogni grado
Celsius).
Se la luce aumenta
diminuisce la resistenza
del fotoresistore.
Di conseguenza si riduce
anche la caduta di
tensione a sui capi
aumentando quella sulla
resistenza da 10 KΩ.
Il controllo della luminosità è stato effettuato tramite delle
fotoresistenze.
Essi sfruttano l’effetto fotoconduttivo secondo il quale alcuni
semiconduttori, opportunamente drogati, diminuiscono la
propria resistenza elettrica se investiti da radiazioni
luminose.
Realizzando
un
partitore
di
tensione
con
una
resistenza da 10kΩ
e un fotoresistore
Arduino è in grado
di conoscere quindi
le
variazioni
di
luminosità andando
a
leggere
la
tensione su uno dei
due componenti.
La rilevazione di movimento all’interno della stanza
affidata ad un sensore PIR (sensore ad infrarossi passivo).
è
Ogni corpo con temperatura superiore allo 0 assoluto emana
energia sotto forma di radiazioni luminosi (in maggior parte
raggi infrarossi). Il PIR rileva proprio l’energia c he gli
oggetti c he interessano il suo campo di azione emanano.
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La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
Un sensore di movimento che sfrutta questa tecnologia,
rileva brusc he variazioni di temperatura c he modificano lo
stato c he il PIR aveva "memorizzato come normale".
Ad esempio il dispositivo c he viene usato nel plastico ha di
fronte a lui un parete bianca è prende come stato normale
la sua temperatura. Quando un oggetto c he emana diversa
quantità di calore entra nel
suo raggio di azione (c he è
di circa 7 m) , ad esempio
una mano, se ne accorge e
invia un 1 logico (5 volt) ad
Arduino). Il componente qui
usato possiede due piccoli
potenziometri
per
la
regolazione della distanza
del campo di azione e della sensibilità. E’ inoltre munito di
una lente di Fresnel c he convoglia sul sensore le radiazioni
provenienti dalle varie direzioni.
Come sensori perimetrali sono stati usati dei finecorsa
n o r ma l me n t e c h i u si r i ci cl a t i d a ve c c hi l e t t o ri d i f l o p py -d i sk
montati sul telaio di porta e finestra. Essi non sono altro c he
d e i p i c co l i p ul sa n t i co n u n a r e s i s t e n za d i p ul l - d ow n c he,
quando l’infisso è c hiuso (quindi il finecorsa è premuto),
inviano ad Arduino uno 0 logico, quando è aperto inviano un
1 logico.
I L S O F T WA RE
Il numero di pin disponibili sulla sc heda ha condizionato
alcune scelte progettuali c he sono state risolte tramite
s o l u z i o n i s o f t wa r e ( a d e s e m p i o c o n l a m u l t i f u n z i o n a l i t à d i
alcuni pulsanti). Sotto sono riportate le informazioni
ge ne ral i s ul so ft ware r eal i zza to me nt re i p a r t ic ola ri su
funzioni e variabili sono presenti nei commenti inseriti nei
listati dei programmi.
Le
funzioni
semplificazione
implementate
sono,
o vviamente,
una
di quelle effettivamente previste in un
Pag. 17
La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
impianto di domotica reale per ovvie ragioni di tipo
didattico, temporali e fisic he. Si ritengono, tuttavia,
sufficientemente esaustive delle problematic he relative alle
principali funzionalità di un impianto di domotica integrato.
Arduino
I l s o f t wa r e è c o n t e n u t o i n u n u n i c o f i l e n e l q u a l e è s t a t a
prevista una sola classe c he implementa le varie tipologie di
p u l sa n t i u t i l i zz a t i co n l e re l a t i ve f u n zi o n a l i t à a sso c i a t e,
compreso
l’invio del messaggio
tramite
comunicazione
seriale. La definizione della classe è stata necessaria in
quanto sono state previste due illuminazioni (interna ed
esterna) simili, pertanto si sono istanziati gli oggetti
relativi.
I l s o f t wa r e s i c o m p o n e e s s e n z i a l m e n t e d e i s e g u e n t i m o d u l i :
• Illuminazione;
• Climatizzazione;
• Aperture;
• Allarme;
• Comunicazione seriale.
Ogni modulo è gestito autonomamente dal microcontrollore
e d è i n d i p e n d e n t e d a l s o f t wa r e d i p ro c e s s i n g c h e c o s t i t u i s c e
un appendice aggiuntiva di monitorizzazione interattiva. Il
s o f t wa r e d i a r d u i n o e p ro c e s s i n g ( s e a t t i vo ) s o n o c o m u n q u e
intimamente connessi perc hé ogni operazione viene condivisa
e può essere indifferentemente gestita dalla pulsantiera
fisica o dall’interfaccia grafica.
ILLUMINAZIONE
È gestita l’illuminazione interna ed esterna. Due pulsanti
f i si ci p e r m e t t o n o d i a c ce nd e re e sp e g ne re l e l a mp a d e, a d
ogni pressione si cambia il valore di una variabile c he
passa alternativamente dal valore 0 (off) a 1 (on) e due
led ne visualizzano lo stato. La pressione prolungata del
pulsante attiva la modalità automatica della illuminazione
(segnalata da un breve lampeggio del rispettivo led) c he
viene
controllata
mediante
cellule
fo t o e l e t t r i c h e,
in
Pag. 18
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
funzione della luminosità ambiente. Lo spegnimento è
ritardato per evitare c he un bagliore improvviso (es, un
lampo)
tolga
l’illuminazione
artificiale
anc he
se
temporaneamente.
Siccome
il
sistema
di
controllo
s v i l u p p a t o è d i t i p o O N / O F F, è s t a t o n e c e s s a r i o c r e a r e ,
t ra m i t e s o f t wa r e, u n i s t e r e s i c h e i m p e d i s c a a i d i s p o s i t i v i d i
attivarsi e disattivarsi troppo frequentemente nel caso di
oscillazioni della luminosità intorno al set-point. Il ritardo
è p r e i m p o s t a t i n e l s o f t wa r e m a p u ò e s s e r e m o d i f i c a t o c o n
le interfaccia grafica di processing o la riga comando
della comunicazione seriale di arduino.
C L I M AT I Z Z A Z I O N E
Sono previste due modalità di funzionamento dell’impianto:
manuale ed automatica. Il controllo utilizza due sonde di
temperatura LM35 (interna ed esterna) e un termostato. La
climatizzazione assicura sia il riscaldamento c he il
raffrescamento degli ambienti.
Nella modalità manuale si utilizza il termostato ed il
sensore di temperatura interno. Quando il valore sul
termostato è inferiore alla temperatura interna si accende
il raffrescamento, se superiore si attiva il riscaldamento.
Nella modalità automatica inter viene anche il sensore di
temperatura este r no. Quando o ccorre riscaldare, il sistema
confonta la temperatura esterna e se risulta superiore a
quella interna apre le finestre per usufruire del
calore
esterno, quando le due temperature si equivalgono le
finestre sono c hiuse e si accende il riscaldamento. Nella
condizione di raffrescamento se la temperatura esterna è
inferiore a quella interna si aprono le finestre sino a
quando le temperature si equivalgono, poi si attiva la
climatizzazione.
C o m e p e r l ’ i l l u m i n a z i o n e, è s t a t o c r e a t o v i a s o f t wa r e u n
ciclo di isteresi per il raffreddamento ed uno per il
riscaldamento per tener conto delle diverse inerzie.
Il blocco delle finestre può essere disattivato premendo i
relativi pulsanti di apertura e c hiusura.
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
La climatizzazione viene gestita con un pulsante (impianto
s p e nt o, mo d a l i t à ma n ua l e, m o d a l i t à a ut o m a t i c a ) e d u n
potenziometro (termostato) c he utilizzano un unico pin
analogico mediante opportune resistenze. I valori al di
sopra di circa 500 sono riser vati al potenziometro quelli
inferiori al pulsante.
I sensori di temperatura sono quelli fisici di default, è
comunque possibile impostare le temperature (interna,
esterna, termostato) tramite il monitor seriale di arduino o
l’interfaccia grafica di processing. Ciò è stato predisposto
sia per velocizzare le fasi di implementazione e test del
sistema
c he
per
consentire
l’eventuale
utilizzo
di
dispositivi remoti.
Un led lampeggia brevemente per segnalare l’accensione e
lo spegnimento dell’impianto. Un led blu segnala il
raffrescamento, uno rosso il riscaldamento.
APERTURE
Due pulsanti permettono la c hiusura e l’apertura della
finestra mediante un ser vomotore. È stata creata una
routine
per
permettere
al
ser vomotore
di
portarsi
lentamente
alla
posizione
desiderata
(altrimenti
si
muoverebbe di scatto) per evitare movimenti brusc hi.
ALLARME
L’ i m p i a n t o
di
allarme
è
composto
da
un
pulsante
multifunzione (on/off), un led di controllo inserimento
allarme e di un led di avvenuto allarme collegato in
parallelo all’interfaccia di potenza c he alimenta la sirena
e la luce lampeggiante.
Il pulsante attiva e disattiva l’allar me quando, in un tempo
prefissato, esso viene prem uto secondo una sequenza
prestabilita, l’avvenuto inserimento è segnalato mediante
led. Il sistema è composto da un controllo perimetrale sugli
accessi (porta e finestra) e di un rilevatore interno PIR.
Quando si rileva un tentativo di effrazione l’inter vallo di
lampeggio indica il tipo di allar me: perimetrale (veloce),
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La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
volumetrico
l’allarme.
(lento).
L’ i m p i a n t o
si
resetta
disinserendo
L’ a l g o r i t m o d i ge s t i o n e f a p a r t i r e i l t i m e r q u a n d o s i p i g i a
il pulsante e conta il numero di click in un inter vallo di
tempo prefissato. Se la sequenza è corretta si attiva /
disattiva l’allarme. Ad allarme attivato si resettano tutte
le variabili di controllo. Ogni volta c he si clicca il
pulsante parte il timer e se la sequenza non è corretta
scatta l’allarme (controllo attivazione). Gli interruttori
perimetrali (tipo fine-corsa normalmente chiusi) sono posti
in parallelo al pulsante (per una ottimizzazione dell’uso
dei PIN), la forzatura di un accesso fa scattare l’allarme
(controllo perimetrale). Il sensore ad infrarossi utilizza un
pin analogico (anc he se comunque è un dispositivo
digitale).
COMUNICAZIONE SERIALE
Ogni modifica dello stato del sistema viene tramutata in
un messaggio c he viene utilizzato nella comunicazione
bidirezionale processing <-> arduino. È stata sviluppato
un semplice protocollo di comunicazione composto da
cinque caratteri ASCII:
1.
INIZIO: il messaggio deve iniziare con ‘<’;
2.
SORGENTE: fisico (piedino di arduino: ‘a’ ~ ‘n’ (0 ~
13) per i piedini digitali, ‘o’ ~ ‘t’ (A0 ~ A5 ) per i
piedini analogici) o funzionale (per specificare un
c o m a n d o s o f t wa r e ) ;
3.
VA L O R E : s e i l m e s s a g g i o è d e s t i n a t o a d u n p i n
digitale può assumere ‘0’ / ‘1’, se è destinato a un
PIN analogico o ad una funzione per un comando
s o f t wa r e, u t i l i z z a l ’ i n t e ro s e t d i c a ra t t e r i A S C I I d i
256 valori;
4.
OPERAZIONE: tipologia della SORGENTE a cui è
destinato del messaggio. Utilizzato per selezionare le
funzionalità ric hieste e per un controllo incrociato e
formale sull’operazione. Sono previste le seguenti
o p e ra z i o ni : 'W ' d i g i t a l Wr i t e, 'R ' d i g i t a l Re a d , 'S '
s e r vo mo t o r e, 'P ' a na l o g Wri t e ( P W M) , ' A ' a na l o g Re a d ,
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
'C ' c om ando so ft ware (e se mp io: un dig ita lWri te può
essere inviato solamente ad una SORGENTE di tipo
digitale).
5.
FINE: il messaggio deve terminare con ‘>’.
In generale il flusso operativo è il seguente.
Ad ogni operazione che modifica lo stato fisico del sistema
(parametri rilevati dai sensori, modifica dello stato degli
attuatori, attivazione/disattivazione delle funzionalità) si
a s s o c i a u n m e s s a g g i o d a i n v i a r e a l l ’ a l t ro s o f t wa r e
(arduino <-> processing). Alcune funzioni effettuano il
controllo formale del messaggio e la congruenza dello
stesso. Se tutto è corretto il messaggio viene inviato. Alla
ricezione viene seguita la strada inversa e se tutto è
corretto il contenuto del messaggio viene eseguito dal
s o f t wa r e .
Il
flusso
delle
comunicazioni
può
essere
monitorato sul ‘Display’ di processing o sul ‘Monitor
seriale’ di arduino. In particolare il messaggio può essere
digitato direttamente sulla riga comando del ‘Monitor
seriale’ di arduino per simulare l’interfaccia di processing,
tale funzionalità è stata molto utile nella fase si sviluppo
e d i d eb u g g i n g d e l s o f t wa r e d i A r d u i n o.
Si è sperimentato c he in alcune occasioni il messaggio
viene perduto tutto o in parte per cui si è previsto c he si
possano effettuare invii ripetuti.
Processing
I l s o f t wa r e è u n’ i m m a g i n e s p e c u l a r e d e l l e f u n z i o n a l i t à
previste in Arduino ad eccezione di alcune modalità
operative
proprie
del
microcontrollore.
L’ i n t e r f a c c i a
grafica consente di operare interattivamente con Arduino
ed integra modalità di visualizzazione di parametri ed
i n fo r m a z i o n i . N e l l a d e s c r i z i o n e d e l s o f t wa r e s i o m e t t e
q ue lla pa r t e so st anzial me nte s i mi le a l so ftwa re d i A rd uino
( co m u n i c a zi o n e,
controllo,
funzionalità).
La
parte
significativamente
diversa
è
quella
c he
implementa
l’interfaccia grafica. Processing utilizza come base la
piattaforma Java (completamente orientata agli oggetti) e
q u i n d i , n e l l a s c r i t t u ra d e l s o f t wa r e s i è p r e f e r i t o c r e a r e
delle classi anc he quando ciò non era strettamente
Pag. 22
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
necessario (la classe MioSeriale istanzia un solo oggetto e
quindi
si
sarebbe
potuta
integrare
nel
programma
principale). Questo per semplificare la lettura del
programma e separare funzionalità nettamente distinte.
Sono
stati
utilizzati,
compatibilmente
alle
limitate
conoscenze di java, i paradigmi consigliati in java
(incapsulamento
degli
attributi
‘metodi
set
get’,
dic hiarazione “case” delle variabili, attributi e metodi). La
s t e s u r a d e l s o f t wa r e h a r i c h i e s t o u n i m p e g n o p a r t i c o l a r e,
non tanto per l’apprendimento di processing (java è molto
simile al C++ di Arduino, le funzionalità grafic he sono
semplici ed intuitive) quanto per la filosofia c he è alla
base della gestione della GUI. I manuali di base scritti
dagli autori di processing, i numerosi esempi reperiti su
internet ed il tutorial di processing hanno comunque
p e r m e s s o l a r e a l i z z a z i o n e d e l s o f t wa r e d i i n t e r f a c c i a .
L’ i n t e r f a c c i a g ra f i c a v i s u a l i z z a 4 m o d u l i :
• Planimetria;
• Impianto di illuminazione;
• Impianto di allarme.
• Impianto di climatizzazione
Pe r o g n u n o d i e s s i è s t a t a p r e v i s t a u n a c o p p i a d i
coordinate dello spigolo sinistro del riquadro relativo c he
consentono di posizionarlo in qualunque punto sulla GUI.
PLANIMETRIA
La GUI riporta sulla parte destra una planimetria del
p l a st i co e vi su a l i z za a l c u ne i nfo r ma z i o ni ( i l l u mi n a z i o ne,
apertura finestra).
IMPIANTO DI ILLUMINAZIONE
Il programma costruisce automaticamente
comando creando tante righe quante sono
gestire (predisposto perc hé si pensava,
momento di creare almeno due stanze oltre
il quadro di
le stanze da
in un primo
l’esterno). Su
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
ogni riga si riporta il nome della stanza, il pulsante luce
( P. L . ) ,
il
pulsante
autoaccensione
(auto),
il
ritardo
impostato nello spegnimento in modalità automatica in
millisecondi (rit.ms).
IMPIANTO DI ALLARME
Rispetto ad arduino è stato aggiunto il pulsante che
permette di resettare l’allarme ad evento rilevato senza
dover disattivare l’allarme (in arduino è previsto un solo
pulsante per tutte le funzioni ed il reset inter viene solo
disattivando l’allarme). Sono state inserite due spie c he
specificano il tipo di evento rilevato: perimetrale e/o
volumetrico (in arduino si evince dalla diversa frequenza
del lampeggio).
I M P I A N T O D I C L I M AT I Z Z A Z I O N E
L’ i n t e r f a c c i a g r a f i c a p e r m e t t e d i i n t e g r a r e a l c u n e f u n z i o n i
di visualizzazione e attivazione c he non è stato possibile
implementare in Arduino non avendo più piedini liberi.
N e l l a f a s e d i t e s t d e l s o f t wa r e e d e i c o m p o n e n t i h a r dwa r e
( s e n s o r i d i t e m p e r a t u r a , c e l l e d i Pe l t i e r ) s i è r e s o
necessario simulare le variazioni di temperatura con
inter venti remoti (rem.) c he a regime sono gestiti dai
sensori ed attuatori reali (loc.). Si è comunque deciso di
lasciare le funzionalità remote. In questo modulo è stato
anc he gestito il controllo per l’apertura della finestra.
Fasi di realizzazione
1.
Fase 1: l’idea
La domotica è il futuro delle installazioni impiantistic he
ma è ancora poco diffusa e la maggior parte dei sistemi
s o n o a n c o ra d i t i p o p ro p r i e t a r i o. L’ i d e a è q u i n d i q u e l l a d i
creare un sistema domotico aperto a c he qualunque
esperto del settore può accedervi per apportare modific he
Pag. 24
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
e miglioramenti. Da qui la scelta di usare strumenti opensource come Arduino e Processing.
2.
Fase 2: la progettazione
Si sono scelte le caratteristic he e le funzioni dell’impianto.
E’ stata deciso di creare un interfaccia grafica su PC c he
sia in grado di comunicare con Arduino per comandare e
monitorare il sistema.
Pe r t e s t a r l o è s t a t a p r e v i s t a l a c o s t r u z i o n e d e l m o d e l l i n o
di una stanza.
A questo punto si sono scelti i componenti facenti parte
l’impianto e il tipo di interfaccia di potenza.
3.
Fase 3: il software di Arduino e la comunicazione
E’ stato implementato un
programma
in
grado
di
essere
utilizzato
manualmente
o
automaticamente
per
la
gestione
di
luci,
clima,
allarme e apertura della
finestra. In questa fase si è
fatto uso di una bred-board
per simulare l’impianto e
dei
led
al
posto
degli
utilizzatori reali.
Arduino è predisposto per
una com unicazione seriale tramite la porta USB. Ma per
gestire il flusso di informazioni provenienti da numerose
fonti si è manifestata la necessità di creare un semplice
protocollo di comunicazione. Questa fase di lavoro ha
ric hiesto molto tempo e fatica in quanto scrivere un
protocollo si è rivelato più difficile del previsto. Il
risultato è stata una comunicazione molto robusta a meno
di qualc he perdita di dati ovviabile dovuta alla mancanza
di sincronismo tra Arduino e Processing.
4.
Fase 4: l’interfaccia grafica
Pag. 25
La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
Ultimato e reso stabile il pro to collo di com unicazio ne, si è
cominciato a lavorare sull’interfaccia utente.
Si è cercato di creare una sc hermata semplice ed intuitiva.
Da essa è possibile comandare l’accensione delle luci e
attivare la modalità manuale o automatica; si può inserire
l’allarme
e,
nel
caso
sia
scattato,
sapere
se
la
segnalazione è giunta dal perimetrale o dal sensore di
movimento. È inoltre presente un pannello dal quale si può
ge stire la climatizzazio ne, aprire o c hiudere la fine stra e
conoscere in tempo reale la temperatura interna e quella
esterna. Il tutto è corredato da una piantina interattiva
c he rappresenta lo stato del monolocale.
Il sistema è stato così ultimato.
5.
Fase 5: il plastico
Sono state scelte le misure (non troppo grandi per
diminuire
il
volume
c he
la
cella
di
Pe l t i e r
deve
climatizzare) e tagliate delle tavole di multistrato
laminato. I pezzi sono stati muniti di spine in legno per
facilitarne l’incastro.
Pag. 26
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
Sono
stati
poi
praticati dei fori
per il passaggio
dei fili elettrici,
e
create
le
aperture per la
porta,
la
finestra
e
la
c e l l a d i Pe l t i e r
Si sono recuperati i componenti riutilizzabili da parti di
computer e altre apparecc hiature rotte.
Sono
stati
applicati
i
dissipatori
sulle
apparecc hiature
a
rischio
surriscaldamento
e poi saldati dei
lunghi fili a tutti
i
componenti
(pulsanti,
L E D,
sirena ecc...).
È stata costruita una pulsantiera
sistema e conoscerne lo stato.
da
cui
Completate tutte queste operazioni, si è
all’assemblaggio e al collegamento dei fili.
comandare
poi
il
passati
Pag. 27
La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
Sulla bred-board sono
stati
realizzati
il
circuito di comando (a
cui è stata collegata
la pulsantiera) e di
potenza (a cui sono
stati
collegati
gli
utilizzatori).
Pag. 28
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
Il risultato finale:
MAKER
La realizzazione del plastico di una “casa intelligente”
funzionante in tutto e per tutto è ispirata alla filosofia
d e i “ M a ke r s ” a c u i i l P ro f. G i o va n n i D e G i o r g i h a
introdotto la classe di elettrotecnica ed automazione nel
corso delle attività pomeridiane dei progetti POF e
PON.
Pag. 29
La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
Il mov imen to
“ I m a k e r c o s t i t u i s c o n o u n m o v i m e n t o c u l t u r a l e c o n t e m p o r a n e o,
che rappresenta un'estensione su base tecnologica del
tradizionale mondo del fai da te. Tra gli interessi tipici dei
m a k e r v i s o n o r e a l i z z a z i o n i d i t i p o i n g e g n e r i s t i c o, c o m e
apparecchiature
e l e t t r o n i c h e,
realizzazioni
r o b o t i c h e,
d i s p o s i t i v i p e r l a s t a m p a 3 D, e l ' u s o d i a p p a r e c c h i a t u r e a
c o n t r o l l o n u m e r i c o, m a a n c h e a t t i v i t à p i ù c o n v e n z i o n a l i , c o m e
la vorazione
del
m e t a l l o,
del
legno
e
dell'artigianato
t rad i zio na l e.” (i t. wi ki pedia .org) .
L’ i d e o l o g i a d e i m a ke r s i r i s p e c c h i a p e r f e t t a m e n t e n e l
c o n ce t t o d i o p e n -s o ur c e, i n cu i ve d e i l f u t uro p e r u n a n uo va
rivoluzione industriale.
Ciò c he viene realizzato viene messo a disposizione di tutti
perc hé apprendano e magari lo migliorino, tutto nell’ottica
della condivisione.
Il fai-da-te si fa green
Dalla
fusione
dell’ideologia
Maker
sostenibile nascono i green-Makers.
e
della
cultura
I green makers si adoperano per un utilizzo delle tecnologie
i n no va t i ve, se m p re ne l l ’ o t t i ca d e l l ’ o p e n -so u r c e,
volto al
rispetto dell’ambiente e alla semplificazione della vita
dell’uomo.
Il progetto è stato proprio realizzato all’insegna di questa
filosofia.
Molti componenti (come già è stato detto) sono stati
recuperati da apparecc hiature c he altrimenti sarebbero
finite nella spazzatura.
Così si è
necessari.
Pag. 30
ridotto
la
spesa
per
l’acquisto
dei
dispositivi
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
Questa è un ulteriore dimostrazione di come il riciclo possa
essere un grande risorsa.
Il sistema si pone anc he il fine della limitazione degli
sprec hi c he possono essere presenti in una casa (ad esempio
accensione del riscaldamento senza dimenticano di chiudere
tutte le finestre).
Pag. 31
La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
MANUALE D’USO
italiano
Il sistema domotico si compone di tre impianti:
- luce
- condizionamento
- allarme
Può essere comandato in due modi:
- tramite una pulsantiera
Pag. 32
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
- v i a s o f t wa r e
controllo con pulsantiera:
Sulla pulsantiera si trovano due pulsanti dedicati
all’apertura e c hiusura della finestra della stanza.
Pe r i n s e r i r e l ’ a l l a r m e v a p r e m u t o l ’ a p p o s i t o p u l s a n t e
per tre volte nel giro di 3 secondi. Se l’operazione
è stata svolta nel modo giusto si accenderà il LED di
allarme inserito. In caso contrario scatteranno la
sirena e il lampeggiante sul prospetto della stanza.
U na vo l t a i n se r i t o l ’ a l l a r m e, e nt ra no i n f un z i o n e i l
sensore di movimento PIR e il perimetrale. In caso di
rilevamento di movimento all’interno della stanza si
attive ranno la sire na e il lampeggiante,
con un
intermittenza lenta. Nel caso di tentativo di scasso
Pag. 33
La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
di un infisso inter verrà, invece, il pe rime trale c he
farà
scattare
sirena
e
lampeggiante
ad
un’
intermittenza più veloce.
illuminazione manuale
P r e m e nd o i l p u l s a n t e “ l u c e i n t .” s i a c c e nd e e s i
spegne la lampada all’interno della stanza. Il led
“sta to l uce i nt .” I nfo r ma l ’ut e nte d ell ’ a vve nuta
accensione.
Premendo il pulsante luce est. si accende e si spegne
la lampada all’esterno della stanza. Il led “stato
l uce e st.” Info r ma l ’ ute nte de ll ’ a vve nuta acce nsio ne.
Climatizzazione manuale
Premendo il pulsante “climatizzatore” si accende la
climatizzazione.
Il sistema porterà la temperatura interna a quella
impostata col termostato.
Il LED di stato si accenderà di rosso se il sistema sta
scaldando, di blu se sta raffreddando.
illuminazione automatica
P re me ndo i l p ul sa nte “l uce i nt .” pe r q ual c he i stante
si entra nella modalità automatica.
In questo modo la lampada all’interno della stanza
si
accenderà
automaticamente
quando
la
luce
ambientale scende sotto la soglia ottimale e si
spegnerà quando non sarà più necessaria. Premendo
nuovamente il pulsante si rientra nella modalità
manuale.
P r e m e n d o i l p u l s a n t e l u c e e s t . Pe r q u a l c h e i s t a n t e s i
attiva l’illuminazione esterna crepuscolare.
Il suo funzionamento è analogo a quello della
modalità automatica degli interni con la sola
differenza della soglia di attivazione.
Pag. 34
La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
Climatizzazione automatica
Una volta attivata la climatizzazio ne, per passare
da quella manuale a quella automatica, occorre
premere nuovamente il pulsante “climatizzatore”.
In questa modalità il sistema farà un controllo
incrociato
fra
temperatura
esterna,
interna
e
termostato.
Se la temperatura interna è più alta
di quella
impostata sul termostato (vi è quindi la necessità di
rinfrescare) si hanno due possibilità: se fuori la
temperatura è più bassa o uguale a quella
desiderata verrà aperta la finestra e spenta la
c l i ma t i z za z i o ne, se i n ve ce è p i ù a l t a ve rr à a t t i va ta
la climatizzazione per rinfrescare l’ambiente e
c hiusa la finestra (se aperta).
Il contrario accadrà invece se bisogna riscaldare il
monolocale.
Il LED RGB sulla pulsantiera permetterà di conoscere
la funzione c he sta espletando il sistema.
controllo via software:
c o m e i l l u s t ra t o n e l l a fo t o, i l s o f t wa r e è c o m p o s t o d a
quattro panne lli (impianto di illuminazio ne, impianto
di allarme e impianto di climatizzazione) ed una
planimetria del monolocale.
La piantina è interattiva e si modific herà in base
allo stato del sistema.
Impianto illuminazione
Premendo il quadrato verde alla voce “monolocale”
si accende la luce interna, premendo quello alla
voce “veranda” si accende l’illuminazione esterna.
Pe r a t t i v a r e l ’ i l l u m i n a z i o n e a u t o m a t i c a a l l ’ i n t e r n o o
all’ester no, occorre cliccare sulla sezione “auto” alla
voce corrispondente.
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
È anc he presente un riquadro c he riporta il ritardo
allo spegnimento in modalità automatica.
All’accendersi della luce nella stanza (o all’esterno),
si illuminerà anc he il monolocale (o la veranda)
d i s e g n a t o s u l l a p l a n i m e t r i a d e l s o f t wa r e .
Impianto di allarme
Il pannello riguardante l’allarme dispone di un
pulsante per l’inserimento (“on/off ”) e uno per la
disattivazione una volta scattato (“reset”).
Una grande spia gialla informa
inserimento
dell’allarme.
Questa
lampeggiare in caso di effrazione.
l’utente dell’
comincerà
a
Due piccole spie rosse notificano se l’allarme è
scattato ad opera del sensore di movimento o del
perimetrale.
Impianto di climatizzazione
Dal pannello della climatizzazione è possibile
monitorare la temperatura esterna ed interna.
È
altresì
possibile
a c ce n d e r e,
spegnere
o
automatizzare
la
climatizzazione
agendo
sul
pulsante “ON/OFF”: due spie informeranno sullo
stato dell’impianto (freddo o caldo).
Infine è possibile decidere la percentuale di
apertura della finestra del monolocale comodamente
seduti davanti al PC.
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La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
ENGLISH
This home
plants:
automation
system
is
composed
by
three
- lighting
- air conditioning
- alarm system
i t c a n b e c o n t ro l l e d i n t wo way s :
- with a control panel
- w i t h a s o f t wa r e
control panel:
On the control panel there are two buttons for opening
and closing the window of the room.
I f yo u wa n t t o e n t e r t h e a l a r m s y s t e m
you have to
press the appropriate button three times before three
seconds.
I f yo u d o i t c o r r e c t l y, t h e “ a l a r m e n t e r e d ” L E D w i l l
turn on.
Othe rwise, a sire n and a flashing lamp will be
activated. Once the alarm system has been inserted,
the PIR motion sensor and the perimeter start to work.
In case of detection of a movement within the room,
the siren and the flashing lamp will be activated with
a slow intermittence.
In case of an attempted break-in, the perimeter will
inter vene triggering the siren and the flashing light
with a faster intermittence.
manual lighting
P r e s s i ng t he “ l u c e i n t .” b ut t o n yo u c a n t u r n o n o r t u r n
o f f t he l i g h t b u l b i n t he ro o m . T he “ s t a t o l u c e i n t .”
LED tells the user if the light has been turned ON.
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
P re ssi ng the “luce e st .” b ut ton yo u ca n t ur n o n o r t ur n
off the light out of the room.
T h e “ s t a t o l u c e e s t .”
tells the user if the light has been turned ON.
Manual
Air conditioning
Pressing the “climatizzatore” button, you will tur n on
t he A ir co nd it io ning syste m. The “sta to l uce i nt .” te lls
the user if the light has been turned ON.
The system will bring the temperature
that one set on the thermostat.
in the room, to
T h e s t a t u s LE D w i l l l i g ht r e d i f t he p l a nt i s he a t i ng up,
blue if it is cooling.
automatic lighting
P re ssi ng t he “luce i nt .” b ut ton fo r a few i nsta nts yo u
enter the auto-mode.
I n t h i s wa y, t h e l a m p i n s i d e t h e r o o m w i l l t u r n o n
automatically when the ambient light falls below the
optimal amount and turns off when it is no longer
n e c e s s a r y. P r e s s i n g t h e b u t t o n a ga i n i t r e t u r n s i n t o t h e
manual mode.
P r e s s i ng t he “ l u c e e s t .” b u t t o n Fo r a m o m e nt yo u t u r n
o n t h e o u t d o o r l i g h t i n g c o n t ro l l e d by a t w i l i g h t s w i t c h .
I t wo r k s i n a s i m i l a r way a s t h e a u t o m a t i c m o d e o f t h e
room.
Automatic air conditioning
Once you activate the air conditioning, you can switc h
from the manual to the automatic mode pressing the
button "air conditioning".
I n t h i s wa y, t h e s y s t e m w i l l m a k e a c r o s s - c h e c k a m o n g
t h e o ut si d e t e mp e ra t ur e, t he i n t e r na l t e m p e ra t ure a nd
the thermostat.
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La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
If the internal temperature is higher than that one set
on the thermostat (it means there is the need to cool)
there are two options: if the outside temperature is
lower than the wished one or equal to it, the window
w i l l o p e n a n d t h e a i r c o n d i t i o n i n g w i l l t u r n o f f, i f i t
i s h i g h e r, a i r c o n d i t i o n i n g w i l l b e a c t i v a t e d t o c o o l
the room and the window will close(if opened).
The opposite will happen if you have to heat the
room instead.
The RGB LED on the control panel allows you to know
the function the system is performing.
software control:
a s s how n i n t he p ho to, t he so ft war e i s c omp os ed o f
four panels (lights, alarm system and air conditioning)
and a planimetry of the apartment.
The planimetry is interactive and it will c hange
depending on the state of the system.
Lighting system
Pressing the green square at the "monolocale" section,
you will tur n on the internal light, pressing that one
at the "veranda" section outdoor lights will lightning.
To t u r n t h e a u t o - m o d e l i g h t i n d o o r s o r o u t d o o r s , y o u
need to click on the "auto" to the corresponding
section.
There is also a box that shows the switc h-off delay in
the automatic mode.
As the light in the room (or outside) turns on , the
apartment (or the veranda) drawn on the planimetry in
t h e s o f t wa r e w i l l l i g h t u p.
Alarm system
The panel of the alarm has a button for inserting ("on
/ off") and one for deactivation ("reset") after it has
triggered.
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La domotica facile con Arduino – Gabriele Antonaci
A large yellow indicator informs the user of the
arming of the alarm. This will begin to flash in case
of break-in.
Two s m a l l r e d l i g h t s n o t i f y i f t h e a l a r m h a s b e e n
t r i g g e r e d by t h e m o t i o n s e n s o r o r t h e p e r i m e t e r.
Air conditioning
From the panel of air conditioning, you can monitor
the indoor and outdoor temperature.
Yo u c a n a l s o t u r n o n , t u r n o f f o r a u t o m a t e t h e a i r
c o nd i t i o n i ng by p re ss i ng t h e " O N / O F F " b ut t o n: t wo
indicators inform on the state of the system (cold or
hot).
F i n a l l y, i t i s p o s s i b l e t o d e t e r m i n e t h e p e r c e n t a g e o f
the window opening sitting comfor tably in front of the
PC.
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La domotica facile con Arduino - Gabriele Antonaci
FONTI
it.wikipedia.org;
w w w. t e c h d o m o t i c a . c o m ;
w w w. t r e c c a n i . i t ;
w w w. c u m a c i n i . a l t e r v i s t a . o r g ;
w w w. p r o c e s s i n g . o r g ;
w w w. a r d u i n o . c c ;
ARDUINO – IL LIBRO DEI PROGETTI (Scott Fitzgerald e
Mic hael Shiloh)
Corso Arduino (ing. Mirco Segatello);
G E T T I NG S TA R T E D W I TH P R OC ES S I NG ( C a sey Re a s & B e n
Fry)
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