мастер-класс
«Умный свет для умного дома!»
Система «много» 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.

Введение
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 кого этот проект
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):
крепежные элементы
пластик для 3D принтера
фанера березовая 3мм
Оборудование:
компьютер или ноутбук
3D – принтер
лазерно –гравировальный станок

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:
1.Выключение и включение ламп по таймеру. 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.

2.Автоматическое управление светом. 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.

3.Смена яркости света. 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.
4.Освещение в зависимости от времени суток и количества естественного 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.

5.Создание световых сценариев. С помощью функции световых сценариев программа запоминает определенные комбинации одновременно включенных светильников. При необходимости система может их повторить — достаточно нажать кнопку на пульте управления.
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.
Разработаем принципиальную электронную схему.
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

Проектирование и изготовление деталей (опционально). 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..

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.
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!
Презентация устройства и обсуждение
  • 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?
Вопросы для обсуждения
Контакты
Организатор:
Прейс Дарья
https://vk.com/id109691217
Made on
Tilda