Inspirația pentru “CasaMonitor” a venit din nevoia de a-mi îmbunătăți confortul din cameră. Acest proiect îmi permite să ajustez condițiile ambientale direct de pe computer, ceea ce face munca de acasă mai eficient energetic. Proiectul ajustează consumul de energie ⚡ în funcție de necesitățile exacte în timp real.

Proiectul CasaMonitor are ca scop furnizarea unei soluții integrate pentru monitorizarea și controlul condițiilor ambientale și al consumului energetic într-un spațiu locuit sau des frecventat.

Sistemul utilizează senzori și un µC conectat la un dispozitiv prin intermediul unui cablu USB 2.0 de tip A-B pentru a colecta date în timp real despre temperatură, umiditate și consumul de energie al dispozitivelor.

Scopul proiectului este acela de a oferi utilizatorilor un control mai bun asupra mediului în care își desfășoară activitățile zilnice, optimizând confortul și eficiența energetică.

Utilizarea panoului de control CasaMonitor este multiplă:

• îmbunătățirea confortului prin ajustarea automată a temperaturii și umidității;
• monitorizarea și gestionarea eficientă a consumului pe locuință;
• optimizarea utilizării resurselor disponibile;

Sistemul folosește Node-RED pentru a gestiona logica și fluxul datelor între dispozitive. Acest instrument de programare conectează dispozitivele hardware. L-am ales pentru facilitățile pe care le oferă ca editor bazat pe browser pentru conectarea fluxurilor folosind noduri, care pot fi implementate în timpul execuției.

Senzorul de temperatură și umiditate DHT22 măsoară valorile de temperatură și umiditate din încăpere. Acesta este conectat la placa Arduino și furnizează date digitale despre temperatura și umiditate. Pe baza acestor date, algoritmul de control va stabili dacă temperatura este în afara intervalului stabilit. Ventilatorul se pornește pe baza variației dintre temperatura reală și cea dorită.

Consumul de energie este gestionat prin protocolul I2C, această integrare va facilita implementarea funcțiilor de economisire a energiei, cum ar fi diminuarea și stingerea automată a luminilor atunci când nu este detectată nicio mișcare.

Luminile de bandă LED sunt controlate prin intermediul unui întrerupător fizic ON-OFF, detectarea mișcării sau a obstacolelor puse în fața senzorului infraroșu.

Modulul IRF520, controlat prin semnale PWM, gestionează alimentarea benzii LED în funcție de intrările de la senzorul IR sau de la întrerupătorul fizic.

Timerele sunt folosite pentru a controla durata în care luminile rămân aprinse după detectarea ultimei mișcări, asigurând o utilizare eficientă a energiei. Pentru măsurare a curentului/tensiunii în timp real folosesc un timer pentru a înregistra frecvența datelor, sistemul poate identifica rapid orice schimbare în consumul de energie, pentru a lua decizii rapide.

Comunicarea serială USB cu placa Arduino UNO asigură transferul de date fiabil. Această configurare mă va ajuta să actualizez și să manipulez ușor setările direct din interfața cu utilizatorul.

Toate datele sunt colectate de la senzori, apoi semnalele de control sunt trimise către un port USB al laptopului. Interfața laptopului va permite vizualizarea datelor înregistrate de senzori în timp real și ajustarea setărilor de sistem, cum ar fi pragurile de temperatură și umiditate.

Arduino UNO R3 ATmega328P	USB 2.0 de tip A-B	Power Source și Prelungitor 12V, 2A

• Timerele sunt utilizate pentru a controla intervalele de citire a senzorilor și actualizările sistemului, pentru citirea datelor senzorului DHT22 și INA219.
• Întreruperile asigură sincronizarea precisă și previn întreruperea secțiunilor critice care se ocupă cu primirea și trimiterea datelor în buffer pentru comunicarea cu Node-RED.

• Datele sunt colectate într-un buffer și trimise la un interval fix pentru a evita trimiterea continuă.
• Cablul USB conectează μC la laptop, facilitează alimentarea și transferul de date.

• Energie de 5V către Arduino și permite comunicarea pentru monitorizare și control.
• Ieșire constantă de 12V pentru o funcționare fiabilă.
• Furnizează până la 2A, potrivit pentru alimentarea mai multor componente: bandă LED, senzorii IR, INA219, DHT22 și coolerul.

Temperatura-Umiditate DHT22 AM302 Senzor	Curent-Tensiune INA219 Senzor	Senzor Fotoelectric IR DS30P1

• Conectat la pinul digital 12 de pe Arduino, cu energie de la pinii de Vcc și GND.
• Pentru măsurarea temperaturii și umidității, folosim USART.
• Senzorul DHT22 măsoară temperaturi între -40°C și 80°C și umiditate între 0% și 100%.

• Senzorul INA219 utilizează I2C pentru comunicare.
• Protocolul I2C permite transferul date pentru curent-tensiune prin 2 pini (SCL și SDA).
• Măsoară curent între -3.2A și 3.2A cu o rezoluție de 10µA.
• Măsoară tensiunea de până la 26V și curentul cu aceeași rezoluție de 10µA.
• Înmulțind citirile de tensiune și curent ⇒ calculăm puterea obținută din (U⋅I)

• Senzorul InfraRosu aduce capabilități de automatizare, cum ar fi controlul luminii bazat pe mișcare.
• Controlează luminozitatea benzii LED prin semnale PWM pentru un control precis.
• Detectează mișcare până la o distanță de 30 cm ⇒ aprinde luminile.
• Senzorul emite un semnal PNP, care se integrează cu ușurință în circuitele de control logic.
• Ieșirea senzorului este conectată la pinul digital 8 de pe Arduino, tensiunea primită este de 12V.

Driver MOSFET IRF520	Bandă LED 12V, 120 smd	Ventilator Spacer 12V 40mm

• MOSFET-ul controlează sarcini de curent ridicat, oferit de întregul ansamblu de senzori și actuatori.
• Comutarea rapidă și pierderi minime de putere. Ideale pentru controlul componentelor de mare putere.

• Suport pentru control PWM, care ajustează luminozitatea LED-urilor prin semnale PWM.
• Porțile (G) sunt conectate la pinul PWM 9 pentru LED-uri și pinul digital 10 pentru ventilator.
• Drenajul (D) este conectat la sarcină (bandă LED și ventilator).
• Sursă (S) este conectată la masă.

• LED-urile asigură iluminare dinamică pentru sistem, controlată de MOSFET pentru atenuare lumina.
• Consumă puțînă energie, oferind în același timp luminozitate ridicată.
• Bandă LED este alimentată de o sursă de 12V și controlată de MOSFET, care este conectat la µC.

• Activat pe baza citirilor de temperatură pentru a răci eficient componentele.
• Ventilatorul se pornește sau oprește ventilatorul în funcție de temperatură.
• Ventilatorul este alimentat de o sursă de 12V și controlat prin pinul digital 10.

Breadboard	Fire pentru conectică	Switch ON-OFF

• Breadboard-ul și firele de conectare (M-F, F-F) sunt folosite pentru prototiparea și testarea circuitului.
• Breadboard-ul permite testare, asamblare și flexibilitate pentru viitoare reconfigurări.
• Singurele lipituri necesare au fost pentru comutatorul ON-OFF și conectarea a două benzi LED în serie.

• Întrerupător ON-OFF permite controlul manual al sistemului de iluminare.
• Pornește sau oprește sistemul, ușor accesibil pentru o operare rapidă.

Firmware-ul este organizat pentru a gestiona mai multe funcționalități, cum ar fi achiziția de date de la senzori, controlul PWM și comunicarea prin USART, folosind GPIO, Timere și I2C.

• Butonul sau semnalul IR: sunt folosite pentru controlul ventilatorului. Firmware-ul gestionează debouncing-ul butonului și decodarea semnalelor IR. După detectare, microcontrolorul schimbă starea pinului GPIO asociat ventilatorului pentru a-l activa sau dezactiva. Acțiunile sunt monitorizate în bucla principală a firmware-ului pentru funcționare corectă.

• Timere și PWM: Timerul1 generează intervale precise de timp pentru crearea întârzierilor și programarea sarcinilor. PWM-ul controlează luminozitatea LED-urilor, permițând tranziții fluide ale intensității luminii.

• Comunicare I2C și UART: I2C-ul facilitează comunicarea între microcontrolor și senzorul INA219 pentru măsurarea curentului, tensiunii și puterii electrice. UART-ul este folosit pentru comunicare serială, în special cu Node-RED.

• GPIO: Acestea sunt configurate pentru diverse funcții, inclusiv intrări digitale pentru senzori și ieșiri digitale pentru controlul dispozitivelor. Un pin GPIO controlează ventilatorul, reacționând la butonul de pornire/oprire sau semnalul IR.

• Integrare a senzorilor: Se citesc date periodice de la senzori precum DHT22 și INA219, și se transmit către Node-RED.

• Bufere și operații atomice: Se utilizează un buffer circular FIFO pentru stocarea datelor USART, asigurând o prelucrare sigură a datelor în medii cu întreruperi.

1. Comunicarea Serială

• Port COM4: Conectează senzori și actuatori prin USB.

2. Senzori

• Măsoară temperatura (°C),
• Umiditatea (%),
• Curentul (mA),
• Tensiunea (V) și
• Puterea (W).

3. Control Dispozitive

• Cooler: Activează ventilatorul.
• Lights: Controlează luminile.
• Min/Max Light: Setează intensitatea luminii.
• Wanted Temperature: Setează temperatura dorită.

4. Funcții de Procesare

• Controlează activarea ventilatorului și luminilor pe baza parametrilor setați și măsurați.

5. Interfață de Control

• Permite setarea și monitorizarea parametrilor de mediu și a stării dispozitivelor.

1. Slidere pentru Lumină

Max Light:

• Folosit pentru lumina IR sau butonul ON-OFF.
• Modifică intensitatea luminii și valoarea butonului ON-OFF.
• Utilizat dacă există mișcare detectată sau butonul ON este activ.
• Dacă niciuna dintre opțiuni nu este activă, se folosește slider-ul Min Light.
• Interval între minim și maxim; dacă min > max, sistemul funcționează normal cu valorile anterioare.

Min Light:

• Setează intensitatea minimă a luminii când nu se folosește IR sau butonul ON-OFF.
• Activează intensitatea minimă a luminii când celelalte opțiuni nu sunt active.

2. Butonul Cooler

• Activează ventilatorul pentru răcire suplimentară.

3. Interfața și Vizualizarea Datelor

• Temperature, Humidity, Current, Voltage, și Power:
• Afișează valori în timp real pentru temperatură, umiditate, curent, tensiune și putere.
• Graficele lineare arată variația în timp și monitorizează consumurile și valorile medii.

4. Interfața de Control și Configurare

• Setează preferințele de configurare, inclusiv intensitatea minimă și maximă a luminii și temperatura dorită.
• Butoane pentru activarea luminii și a ventilatorului.

5. Slider Temperatură Dorită

• Permite utilizatorului să seteze temperatura dorită.
• Compara temperatura setată cu temperatura reală.
• Temperatura reală este mai mare decât cea dorită, ventilatorul pornește automat pentru a răci aerul.

Export to PDF