«Умный свет для умного дома!»
проект
Введение
Система «умного» освещения - не новшество. Может, Вы помните, как в фильмах свет включали хлопком рук? С развитием современных технологий, такой способ становится все менее удобным и актуальным. Сейчас системы умного освещения включают в себя не только источник света, но и электронные компоненты, которые отвечают за процессы управления. Во многих домах в подъездах уже стоят датчики освещения, которые включают лампочку, когда вы входите в помещение.
Для кого этот проект
Это кейс – для родителей и детей, которые хотят найти идею или совместный проект, чтобы заниматься вместе!
«Умные» устройства позволяют создавать персонализированное и интеллектуальное освещение. «Умный» свет имеет большое количество полезных возможностей, например, система может имитировать ваше присутствие в доме, когда вы в отъезде, автоматически снижать яркость света при включении телевизора, выполнять функции будильника или сигнализировать вам о входящих звонках и сообщениях. Более того, лампы могут управляться при помощи голосовых команд.
Соберите с вашим ребенком такое «умное» устройство. А если вам понравится, то вскоре в вашем доме появиться самостоятельно созданная система «умного» света!
Для работы над проектом понадобится:
Плата на базе wi-fi модуля Arduino nano с уровнем 5 В
Датчик шума пороговый FC-04
Акцентные
Инфракрасный датчик движения HC-SR501
Модуль реле 5В одноканальное электромеханическое
Акцентные
Макетная плата
Набор резисторов, светодиодов и кнопок
Акцентные
Лента светодиодная
Кабель FinePower mini USB – USB
Акцентные
Стабилизатор напряжения L7805ACV
Фоторезистор GL5528
Акцентные
Монтажный провод
Материалы (опционально):
Фанера березовая 3 мм
Пластик для 3D принтера
Крепежные элементы
Оборудование:
Лазерно-гравировальный станок
3D-принтер
Компьютер или ноутбук
Давайте приступим к реализации проекта!
Выберем прототип системы
На что следует обратить внимание при выборе прототипа, так это на материал и перечень электронных компонентов для работы над проектом, зависит от зон освещения и бюджета проекта.
Для реализации проекта подобран ограниченный набор электроники, но это абсолютно не значит, что в процессе работы вы не можете добавлять и расширять круг электронных компонентов для реализации проекта.

Познакомимся с электронными компонентами
Подберем функционал работы системы.
«Умная» система света дарит новые возможности, которые очень пригодятся в быту. Рассмотрим пять функций
Автоматизация освещения подразумевает использование таймеров. Можно выставить в программе определенные временные промежутки, когда свет будет включаться и выключаться. Не обязательно устанавливать одинаковое время для всех светильников. Например, ближе к вечеру можно автоматически включать основное освещение, а в более поздний час — бра, торшеры и ночники. Утром функция таймера тоже незаменима — включившийся свет поможет проснуться без будильника.
1. Выключение и включение ламп по таймеру
Система «умного» освещения имеет несколько вариантов управления. Можно воспользоваться пультами, предназначенными отдельно для каждого помещения. Кнопки на устройстве запрограммированы на управление всеми осветительными приборами, которые есть в комнате. Контролировать свет с помощью пульта можно из любого уголка дома или квартиры. Второй способ — установка специальных устройств для полной автоматизации контроля. Самый распространенный вариант — датчики движения, которые реагируют на появление человека. Свет включится, как только вы зайдете в комнату и выключится через несколько минут, когда выйдете. У датчиков движения есть один минус. Если вы войдете в помещение и захотите находиться там без света, все-таки придется подойти к выключателю.
2. Автоматическое управление светом
Система «умного» освещения позволяет с легкостью регулировать яркость свечения ламп за счет специальных устройств — диммеров. Они позволяют вручную изменять мощность освещения. Существует четыре способа изменения настроек:
1. Использование кнопок
2. Установка автоматического режима смены яркости через определенное время
3. Управление с помощью пульта
4. Настройка вручную
3. Смена яркости света
Можно установить специальные датчики, которые будут фиксировать изменение уровня освещенности в разных комнатах. Когда в помещении воцарится полумрак, лампы сразу включатся. Датчик реагирует и на насыщенность освещения. Чем темнее в комнате, тем ярче горит свет. Такая система света применяется не только внутри дома, но и снаружи. Умные светильники часто размещают на участках возле светолюбивых растений, чтобы посадки не страдали от отсутствия солнечных лучей.
4. Освещение в зависимости от времени суток и количества естественного света
С помощью функции световых сценариев программа запоминает определенные комбинации одновременно включенных светильников. При необходимости система может их повторить — достаточно нажать кнопку на пульте управления.
5. Создание световых сценариев
Разработаем принципиальную электронную схему
После выбора электронных компонентов и знакомства с их характеристиками перейдем к задаче по разработке электронной схемы. Данные схемы были взяты в сети интернет. Нужно учитывать входные и выходные характеристики и параметры электронных компонентов, например, значения рабочего напряжения.
Первая схема включает посредством твердотельного реле устройство с высокой нагрузкой, например «настольную лампу», которая питается от 220В.
Вторая схема включает светодиодную ленту 5-12 В (разные бывают номиналы) при срабатывании датчика движения.
Третья схема включает реле (для управления высокой нагрузкой - лампа, двигатель, и т.д. всё, что включается в розетку: при этом надо соблюдать предел по мощности, на который рассчитано реле) при срабатывании датчика движения.
Для реализации этого этапа можно воспользоваться облачными технологиями ресурсов https://www.tinkercad.com/ или https://www.circuito.io. Эти ресурсы помогут протестировать виртуальные схемы, что позволит не испортить реальную электронику. Помимо этого, ресурс https://www.circuito.io/ позволяет формировать программные решения. На их основе можно будет писать код для контроллера.
Запрограммируем контроллер
Программирование контроллера ESP8266, NodeMCU V3 происходит таким же образом, что и контроллеров семейства Arduino в среде Arduino IDE. Можно скачать одну из последних версий, либо использовать on-line версию, использовав сайт https://www.arduino.cc/
Соберем систему «умный» свет
После проверки работоспособности виртуальных электронных схем и отладки алгоритмов управления элементов и систем, предстоит этап сборки
Воспользуемся результатом этапа 2 и, используя доступные нам технологии, приступим к изготовлению деталей и узлов макета при необходимости. Это могут быть декоративные решения, либо узлы элементов крепления электроники.
Проектирование и изготовление деталей (опционально)
Тестирование системы «умный» свет. Последним финальным этапом является тестирование и отладка системы, которая может послужить испытательным стендом для внедрения решений в жизнь.
Соберем систему «умный» свет
Презентация устройства и обсуждение
Продемонстрируйте другим участникам мастер-класса собранное устройство. Придумайте другие сферы применения вашему устройству, при совместных занятиях с ребенком, в быту или где-то еще. Обсудите с другими родителями результаты мастер-класса и дальнейшие шаги. Примерный список вопросов для обсуждения Вы можете найти ниже, а также придумать собственные вопросы!
Вопросы для обсуждения
  • Возникали ли сложности при сборке устройства?
  • Какие новые навыки Вы сегодня получили?
  • Приобрели бы вы такой набор электронных компонентов и материалов для сборки и программирования умного устройства с детьми?
  • Как вы думаете, возможно ли модифицировать данное устройство?
  • Хотели бы Вы, чтобы ваш ребенок собирал похожие устройства на уроках технологии?
  • Готовы ли отправить своего ребенка но обучение в технический университет / на обучение по инженерной специальности?
Контакты
Организатор:
Прейс Дарья
https://vk.com/id109691217