Делаем систему «Умный дом» на Arduino

Скажите скорее, что надо сделать для помощи? Вы правы, правы, правы!
Есть только два великих проекта, этот и Ардуино мега сервер! http://forum.amperka.ru/threads/arduino-mega-server.6850/
Именно эти два проекта заставляют сердце учащенно биться а дыхание может прервааться!
Чем помочь? Хотите, я по понедельникам буду поднимать эту тему, как постоянно находящийся на этом форуме?
Чтобы вам каждый раз не приходилось регистрироваться, я же все равно здесь?

 

Ну почему бы и нет! А мне, достаточно одной регистрации)

 

Ок. Буду поднимать эту фейковую тему с ошибкой в первой же картинке вверх.

 

Стоит задача разработать некую имитацию умного дома.
Из чего состоит дом:
1) фоторезистор: в зависимости от освещённости включается лампа и поворачивается сервопривод на необходимый угол (имитирует работу открытия/закрытия жалюзи).
2) Датчик вибрации: включает лампу при появлении вибрации (имитирует разбитие окна). Используется датчик SW - 420. С ним возникла отдельная проблема, которую мне помогли решить в этой теме http://forum.amperka.ru/threads/Работа-с-датчиком-вибрации-sw-420.8445/.
3) Датчик громкости звука: поворачивает сервопривод в зависимости от громкости звука (имитирует закрытие/открытие окна при появлении шума снаружи дома). Имеет аналоговый сигнал на выходе.
4) Ультразвуковой дальномер: включает/выключает лампу (имитирует подсветку лестницы). Обычный HC-SR 04.
5) Потенциометр имитирующий температуру пола: включает лампу при достижении уставки
6) Потенциометр имитирующий температуру снаружи дома: включает лампу при достижении уставки
7) Потенциометр имитирующий температуру внутри дома: включает лампу при достижении уставки и плюс включает вентилятор
8) Датчик движения: включает лампу при появлении движения.

Платформа: Arduino Mega 2560
Для 7 ламп (220 В) и вентилятора (12 В) используется 8 реле. Для стабильного питания платформы используется стабилизатор на 5 А. Сам стабилизатор подключён к блоку питания на 36 Вт.

Проблема заключается в следующем. Когда я всё собрал и залил программу, то сразу возникла нестабильная работа проекта, которая заключалась в том, что он включался и выключался примерно через каждые 2 секунды. Вначале подумал, что не хватает мощности. Заменил блок питания на компьютерный (230 Вт). Ничего не изменилось. Проверил напряжение на стабилизаторе. Оно не изменялось при самопроизвольном включении/выключении проекта. Так что и эта версия отпала. "Помехи" - подумал я. Было предпринято следующее: 1) подключены керамические конденсаторы на аналоговые пины и соединены с землёй. 2) подключены резисторы к управляющим сигналам ведущим к реле для того чтобы они не висели в воздухе и соединены с питанием 5В.
Это почти помогло, возникла следующая ситуация: проект самопроизвольно перестал отключаться/включаться, но он стал это делать при работе одного из датчиков. Например, я кручу один из потенциометров и БАЦ! - всё отключается на пол секунды, потом включается, вновь отключается с тем же интервалом и опять включается, затем стабильная работа восстанавливается, всё вроде бы работает, создаю движение, лампа загорается, меняю освещённость другая лампа загорается и поворачивает сервопривод, создаю вибрацию и БАЦ опять всё отключается и вновь включается и стабильно дальше работает, какое-то время, затем всё повторяется при работе любого из датчиков.
Было замечено, что когда проект в этот момент отключается, светодиод на 13 пине тоже гаснет, что привело на мысль о том, что микроконтроллер не справляется с таким количеством сигналов поступающих на него. Поэтому в программе (она представлена ниже) были сделаны задержки на измерение некоторыми датчиками. Это привело к сильному сокращению случаев возникновения отключения-включения проекта, но эти случаи по прежнему остались, хоть и носят уже гораздо более редкий характер. Последовательный ввод каждого из датчиков в проект также не выявил ничего подозрительного. В какой-то момент чем больше их становилось, тем больше возникало случаев нестабильной работы.
Стоит также отметить, что я не совсем доволен работой датчика громкости звука, его показания, как-то не очень хорошо изменяются. Хотелось бы чтобы он работал так: например есть 3 диапазона его аналоговых значений: 1) 570-590 2) 570-500 3) 500-400. Каждому из которых соответствовал бы угол поворота сервопривода. Но пока, что удалось реализовать только такой код, указанный в программе и сервопривод работает, как-то странно.
Простите, за столь много слов, хотел очень подробно описать возникшую ситуацию. Помогите пожалуйста разобраться с этой многозадачностью. Первый раз делаю, нечто более, чем подключение одного или двух датчиков. Как действовать, когда столько сигналов необходимо обрабатывать МК?

Код (C++):

#include <Servo.h>
Servo servo_jal; // сервопривод жалюзи
Servo servo_win; // сервопривод окна

int echoPin = 10;
int trigPin = 9;

bool vibration = false; // флаг есть вибрация или нет
unsigned long now; // время когда появилась вибрация

long unsigned int lowIn; // время в которое был принятсигнал отсутствия движения
long unsigned int pause = 3000; // пауза после которой движение считается оконченным
boolean lockLow = true; // если false, то движение обнаружено, если наоборот, то известно что движения нет
boolean takeLowTime; // запомнить время начала отсутствия движения


#define STREET_LIGHT 22 // уличное освещение
#define POL_PIN 46 // тёплый пол
#define HOT_PIN 38 // система отопления
#define SPLIT_PIN 34 // сплит-система
#define FLOOR_PIN 42 // подсветка ступеней
#define VENT_PIN 30 // вентилятор
#define WINDOW 50 // окно
#define WORK_PIN 26 // освещение рабочей поверхности

#define LDR_PIN A3 // фоторезистор
#define TEMP_POLA A2 // потенциометр температура пола
#define TEMP_OUT A1 // потенциометр температура снаружи дома
#define TEMP_IN A0 // потенциометр температура внутри дома
#define VIB_PIN 6 // датчик вибрации
#define MOOVE_PIN 7 // датчик движения
#define SOUND_APIN A4 // датчик шума аналоговый сигнал
#define SOUND_DPIN 8 // датчик шума цифровой сигнал


/* Временные задержки для измерения датчиков */
long previousMillis = 0; // время когда производилось последнее измерение фоторезистором
long interval = 500; // интервал измерения фоторезистора

long previousMillis1 = 0; // время когда производилось последнее измерение показаний потенциометра температуры пола
long interval1 = 50; // интервал измерения показаний потенциометра температуры пола

long previousMillis2 = 0; // время когда производилось последнее измерение показаний потенциометра температуры снаружи
long interval2 = 50; // интервал измерения показаний потенциометра температуры снаружи

long previousMillis3 = 0; // время когда производилось последнее измерение показаний потенциометра внутри дома
long interval3 = 50; // интервал измерения показаний потенциометра внутри дома

long previousMillis4 = 0; // время когда производилось последнее измерение ультразвуковым дальномером
long interval4 = 500; // интервал измерения ультразвукового дальномера


void setup ()
{
pinMode(STREET_LIGHT, OUTPUT);
pinMode(POL_PIN, OUTPUT);
pinMode(HOT_PIN, OUTPUT);
pinMode(SPLIT_PIN, OUTPUT);
pinMode(FLOOR_PIN, OUTPUT);
pinMode(VENT_PIN, OUTPUT);
pinMode(WINDOW, OUTPUT);
pinMode(WORK_PIN, OUTPUT);

pinMode(LDR_PIN, INPUT);
pinMode(TEMP_POLA, INPUT);
pinMode(TEMP_OUT, INPUT);
pinMode(TEMP_IN, INPUT);
pinMode(VIB_PIN, INPUT);
pinMode(MOOVE_PIN, INPUT);
pinMode(SOUND_APIN, INPUT);
pinMode(SOUND_DPIN, INPUT);

pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);

servo_jal.attach(4);
servo_win.attach(5);

Serial.begin(9600);
}


void loop ()
{
unsigned long currentMillis = millis();


/* Работа фоторезистора */
if(currentMillis - previousMillis > interval)
{
int lightness = analogRead(LDR_PIN); // показания фоторезистора
int jal = map(lightness, 0, 1023, 0, 180);
servo_jal.write(jal);

if(lightness < 950)
digitalWrite(STREET_LIGHT, HIGH);
else
digitalWrite(STREET_LIGHT, LOW);
previousMillis = currentMillis;
}


/* Работа потенциометра "Температура пола" */
if(currentMillis - previousMillis1 > interval1)
{
int pol = analogRead(TEMP_POLA);
if(pol > 200)
digitalWrite(POL_PIN, HIGH);
else
digitalWrite(POL_PIN, LOW);
previousMillis1 = currentMillis;
}


/* Работа потенциометра "Температура снаружи" */
if(currentMillis - previousMillis2 > interval2)
{
int hot = analogRead(TEMP_OUT);
if(hot < 700)
digitalWrite(HOT_PIN, HIGH);
else
digitalWrite(HOT_PIN, LOW);
previousMillis2 = currentMillis;
}


/* Работа потенциометра "Температура внутри" */
if(currentMillis - previousMillis3 > interval3)
{
int split = analogRead(TEMP_IN);
if(split < 300)
{
digitalWrite(SPLIT_PIN, HIGH);
digitalWrite(VENT_PIN, HIGH);
}
else
{
digitalWrite(SPLIT_PIN, LOW);
digitalWrite(VENT_PIN, LOW);
previousMillis3 = currentMillis;
}
}


/* Работа ультразвукового дальномера */
if(currentMillis - previousMillis4 > interval4)
{
int duration, cm;
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
cm = duration / 58;
if(cm > 10)
digitalWrite(FLOOR_PIN, HIGH);
else
digitalWrite(FLOOR_PIN, LOW);
previousMillis4 = currentMillis;
}


/* Работа датчика вибрации */
if(digitalRead(VIB_PIN) == LOW && vibration == 0)
{
  vibration = true;
  digitalWrite(WINDOW, LOW);
  now = millis();
}

if(digitalRead(VIB_PIN) == HIGH && vibration == 1)
{
  vibration = false;
}

if(millis() - now >= 3000)
{
  digitalWrite(WINDOW, HIGH);
}


/* Работа датчика движения */
int moove = digitalRead(MOOVE_PIN);
if (moove == HIGH)
{
  if(lockLow)
  {
   lockLow = false;
   digitalWrite(WORK_PIN, LOW);
  }
takeLowTime = true;
}
else
{
  if(takeLowTime)
  {
   lowIn = millis();
   takeLowTime = false;
  }
  if(!lockLow && millis() - lowIn > pause)
  {
   lockLow = true;
   digitalWrite(WORK_PIN, HIGH);
  }
}


/* Работа датчика громкости звука */
int sounda = analogRead(SOUND_APIN);
if(sounda > 590)
{
servo_win.write(90);
}
if(sounda < 590)
{
servo_win.write(45);
}
if(sounda < 500)
{
servo_win.write(0);
}
Serial.println(sounda);
}

 

 

IMHO, так вернее

Код (C++):

/* Работа датчика громкости звука */
int sounda = analogRead(SOUND_APIN);
if(sounda < 500)
    { servo_win.write(0);}
    else  if (sounda > 590)
        { servo_win.write(90); }
else
    { servo_win.write(45); }
Serial.println(sounda);
}

 

Да, согласен. Так лучше, спасибо вам большое. Сейчас проверить ваш вариант нет возможности, чуть позже отпишусь по тому как работает сервопривод.
Но вот по вопросу многозадачности. Правильно ли я всё делаю в программе при обработке такого множества датчиков и устройств? Верна ли её структура? Верна ли моя теория о том, что МК перезагружается в следствии загруженности таким количеством сигналов?

 

Я бы начал проверку с питания и надежности соединений.

Стабилизатор импульсный? На сколько вольт? Блок питания на сколько вольт? И как все это скоммутировано. Можете нарисовать схему?

 

Стабилизатор lm1084 напряжение на входе 12 В, на выходе 5 В. Радиатор поставил 5 на 5 см, толщиной 1 см (думаю такой вполне достаточен) + термопаста и 2 конденсатора по 100 мкФ на входе и выходе.
Блок питания с 12 В на 5 В.
7 ламп используемых в проекте, а также блок питания запитываются от 220В. От блока питания запитывается вентилятор (12 В), стабилизатор и потенциометры (на них стоят ограничивающие резисторы). От стабилизатора питание попадает на саму Ардуину и датчики. С пинов платформы подаются управляющие сигналы на реле через которые коммутируются все 7 ламп и вентилятор. Ну и соответсвтенно платформа также воспринимает воспринимает сигналы от датчиков и потенциометров.
Два человека, которым я показывал собранную схему и которые разбираются в составлении электрических схем не по-наслышке утвердительно сказали, что проблема не в сборке схемы, а в программе. Один из этих людей (программирует PIC-контроллеры на Ассемблере) сказал, что проблема 100% в программе, нет оснований ему не доверять. Но так как он не знаком с Ардуино, то подсказать в чём именно проблема он не смог, сказав что скорее всего дело связано с тем, что очень многие вещи в Arduino IDE спрятаны в макрокамандах (функциях) и видимо проблема на его взгляд, состоит в том что при составлении больших программ, где существует много датчиков возможны конфликты между этими функциями, так как неизвестно что там внутри этих функций и как именно происходит их обработка микроконтроллером.
Соответственно я и подумал, может быть при реализации на Ардуино проектов с большим количеством датчиков и исполнительных механизмов возможно есть какие-то особенные принципы построения программ?

 

Я бы подключил так -
Ардуину через штатный разъем питания к 12В;
все датчики к внутреннему стабилизатору Ардуины (навскидку, общее их потребление 100мА);
блок реле через стабилизатор lm1084 к 12В.
Этим бы снизил влияние бросков по питанию на стабильность работы.

Переменный резистор к 12В подключен так? И зачем к 12В?

 

Извините может глупый вопрос, но что считают штатным разъёмом питания? Vin или USB?

Все датчики подключить через Vin, если запитывать Ардуино через USB или через 5 В если под штатным разъёмом вы понимаете Vin?

Реле у меня так и запитаны. От стабилиазтора, как и на Ардуино идёт на них 5 В.

Да, он подключён так, но только нет R2. Сам потенциометр имеет сопротивление 5 кОм, ограничивающий резистор, через который подаётся на него напряжение имеет сопротивление 7 кОм.

 

Под штатным разъёмом питания я понимал Power Jack (он же Vin на гребенке контактов).
Датчики подключить к пину 5V (это выход стабилизатора 1117ST50 на плате Ардуино).
По подключению потенциомера - как на схеме ниже во вложении?

 

Сегодня попробую подключить всё как, вы сказали, спасибо.
Да, потенциометры подключены по такой схеме, как у вас на рисунке.
А сама программа значит верна? Таки в схеме проблема?

 

Я бы отключил блок реле (для наблюдения на соответствующие выхода подключил светодиоды через токоограничивающий резистор). Все провода от датчиков как можно короче. Земляные провода соединить в одной точке.
В программе явных ошибок не вижу.

 

1. digitalWrite и servo_win.write вызывают переходные процессы которые могут влиять на последующие показания. Я бы поставил всю исполнительную часть после измерительной или как минимум постaвил везде delay(100) , а потом начал бы их постепенно выбрасывать и уменьшать задержки.
2. Можно было бы еще помимо керамических конденсаторов отделить помехо-генерящую часть индуктивностями на ферритах - так делают в ноутбуках и в утолщениях на VGA кабелях тоже они внутри.
3. Процессор достаточно мощный для имитации UART на 115200 - я имею в виду модуль SoftwareSerial.

 

Многое уже перепробовал. Ничего не помогло, осталось теперь всё собрать экранированным проводом

 

судя по коду датчик звука выдает значение в текущий момент времени. ацп достаточно шустрый для 10 кгц. посчитайте дисперсию (ско) скажем за 1 сек. это ближе к звуковому давлению которое вы хотите мерять.

 

Расскажите, пожалуйста, чуть по-подробнее об этом. Я не совсем понял. Мне надо посчитать ско для измерения датчика за 1 сек?

 

analogRead пропускает без искажения примерно частоту 5 кгц - т.е. частота дискретизации 10 кгц примерно. чтобы получить звуковое давление надо усреднить квадрат значения за какое-то время - > 50 мс (20 гц). Если у вас нет аналогового квадратичного детектора - надо организовать софтовый. Сейчас Вы меряете 1 значение из sin со случайной фазой и дергаете очень быстро серво в разные стороны - что не есть хорошо.

 

То есть правильно ли я вас понял, что мне необходимо, к примеру, сделать 5 измерений, посчитать ско или среднее значение и уже на основании полученного управлять сервоприводом?

 

10000гц/20гц=500
ско, среднее значение будет константой.