Nuovo progetto - Autovelox

E' da un po di tempo che nella mia testa si aggira l'idea di un nuovo progetto da realizzare con Arduino, la scheda elettronica open surce più famosa al mondo. L'idea mi è venuta per puro caso proprio quando la mia mente vagava, avevo la mente tra le nuvole in quel preciso momento quando è arrivata il flash per il mio futuro progetto, mi era venuto in mente l'idea di un "autovelox" o per lo meno un misuratore di velocità.

Tempo addietro mi ero informato su come funzionassero gli autovelox e avevo imparato non erano nient'altro che due raggi ad infrarossi posti ad una determinata distanza tra loro, non appena l'oggetto intercettava il primo raggio il sistema faceva partire un contatore che lo fermava non appena lo stesso oggetto avesse intercettato il secondo raggio ad infrarossi, per definire la velocità dell'oggetto al sistema bastava fare il rapporto tra la distanza fissa tra i due raggi e il tempo impiegato dall'oggetto ad attraversarli. Assieme alla comprensione del funzionamento degli autovelox, avevo visto un video su youtube nella quale un ragazzo spiegava come funzionasse un circuito utilizzando un led ad infrarossi e un fototransistor; non appena si interrompeva il flusso di raggi ad infrarossi tra il led e il fototransistor il circuito azionava un led per segnalarlo (ecco QUI il video in questione). la mia mente è riuscita ad unire queste due cose e così mi è venuta l'idea di costruire un "autovelox". Oltre a questo si è aggiunta un'altra cosa, un'altra idea, la possibilità di variare la posizione fissa tra i due sensori ad infrarossi posizionandoli su una morsa. Tenendo fisso uno dei due l'altro avrà la possibilità di muoversi, avvicinandosi o allontanandosi. Magari aggiungeremo anche un tastierino con la possibilità di immettere la nuova distanza tra i due raggi ad infrarossi in modo da non cambiare tutto il programma caricato su Arduino ma solamente una variabile. Assieme a tutto questo sarà presente anche un dislay che permetterà la visione della velocità rilevata.      

Domotica - Controllo remoto

Il controllo remoto delle luci è ottenuto grazie all’utilizzo della scheda aggiuntiva di Arduino chiamata “Ethernet Shield”. Impostando l’indirizzo IP del router a cui è collegato Arduino, ci si potrà , grazie ad una connessione internet e un browser, collegare al sistema  e comandare l’accensione e lo spegnimento delle luci all’interno della casa.

Grazie al controllo remoto è possibile controllare la nostra abitazione anche a distanza, ad esempio chi possiede una casa in montagna può attivare il riscaldamento a distanza in modo da trovare una temperatura accogliente una volta raggiunta la destinazione.

PROGRAMMA ARDUINO

#include <SPI.h>

#include <Ethernet.h>

byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };

byte ip[] = {192, 168, 9, 55 };

byte subnet[] = {255, 255, 255, 0 };

EthernetServer server(80);

String readString;

byte out_1 = 7;

byte out_2 = 6;

byte out_3 = 5;

byte out_4 = 4;

byte out_5 = 3;

void setup() {

Ethernet.begin(mac, ip);

pinMode (out_1, OUTPUT);

pinMode (out_2, OUTPUT);

pinMode (out_3, OUTPUT);

pinMode (out_4, OUTPUT);

pinMode (out_5, OUTPUT);

}

void loop() {

EthernetClient  client = server.available();

  if (client) {

    boolean currentLineIsBlank = true;

    while (client.connected()) {

      if (client.available()) {

        char c = client.read();

        readString.concat(c);  

        if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {

          if(readString.indexOf("on_1") > 0) {

            digitalWrite(out_1, HIGH);

            delay(325);

            digitalWrite(out_1, LOW);

            }       

          if(readString.indexOf("off_1") > 0) {

            digitalWrite(out_1, HIGH);

            delay(325);

            digitalWrite(out_1, LOW);

            }         

          if(readString.indexOf("on_2") > 0) {

            digitalWrite (out_2, HIGH);

            delay (325);

            digitalWrite (out_2, LOW);

            }       

          if(readString.indexOf ("off_2") > 0) {

            digitalWrite (out_3, HIGH);

            delay (325);

            digitalWrite (out_3, LOW);

            }

          if(readString.indexOf ("on_3") > 0) {

            digitalWrite (out_3, HIGH);

            delay (325);

            digitalWrite (out_3, LOW);

            }

          if(readString.indexOf ("off_3") > 0) {

            digitalWrite (out_4, HIGH);

            delay (325);

            digitalWrite (out_4, LOW);

            }

          if(readString.indexOf ("on_4") > 0) {

            digitalWrite (out_4, HIGH);

            delay (325);

            digitalWrite (out_4, LOW);

            }

          if(readString.indexOf ("off_4") > 0) {

            digitalWrite (out_4, HIGH);

            delay (325);

            digitalWrite (out_4, LOW);

            }

          if(readString.indexOf ("on_5") > 0) {

            digitalWrite (out_5, HIGH);

            delay (325);

            digitalWrite (out_5, LOW);

            }       

          if(readString.indexOf ("off_5") > 0) {

            digitalWrite (out_5, HIGH);

            delay(325);

            digitalWrite (out_5, LOW);

            }

Parte dedicata al rilevamento della selezione dalla pagina HTML all'azionamento vero e proprio dell'azione fisica, accensione/spegnimento luci.

          client.println("HTTP/1.1 200 OK");

          client.println ("Content-Type: text/html");

          client.println ();

          client.print ("<html><head><title>CASA DOMOTICA</title><meta http-equiv='Content-Type' content='text/html; charset=iso-8859-1' ></head><body>");

          client.print("<BR><BR>");

          client.print ("<h2>Controllo remoto</h2>");

          client.print ("<p>");

          client.print ("<br>");

          if (digitalRead(2)== true) client.print ("<a href=/?off_1><strong>PULSANTE</strong>"); 

          else client.print ("<a href=/?on_1><strong>PULSANTE</strong>");

          client.print ("<-- LUCE BAGNO");

          client.print ("<br>");

          if (digitalRead(3)== true) client.print ("<a href=/?off_2><strong>PULSANTE</strong>"); 

          else client.print ("<a href=/?on_2><strong>PULSANTE</strong>");

          client.print ("<-- LUCE CORRIDOIO");

          client.print ("<br>");

          if (digitalRead(4)== true) client.print ("<a href=/?off_3><strong>PULSANTE</strong>"); 

          else client.print ("<a href=/?on_3><strong>PULSANTE</strong>");

          client.print ("<-- LUCE CAMERA");

          client.print ("<br>");

          if (digitalRead(5)== true) client.print ("<a href=/?off_4><strong>PULSANTE</strong>"); 

          else client.print ("<a href=/?on_4><strong>PULSANTE</strong>");

          client.print ("<-- LUCE CUCINA");

          client.print ("<br>");

          if (digitalRead(6)== true) client.print ("<a href=/?off_5><strong>PULSANTE</strong>"); 

          else client.print ("<a href=/?on_5><strong>PULSANTE</strong>");

          client.print ("<-- LUCE SALOTTO");

          client.print ("<br>");

          client.println("</body></html>");

          readString="";

          delay(5);

          client.flush();

          client.stop();

        }

      }

    }

}

Parte di programma utilizzata per la creazione della pagina HTML, visualizzabile dal browser, per l'accensione e lo spegnimento delle luci da remoto. Il risultato ottenuto è questo:

Domotica - Luci vialetto

Il controllo delle luci del vialetto è ottenuto tramite una foto-resistenza (trasduttore  che al variare dell’intensità luminosa a cui è sottoposto varia la sua resistenza), non appena il trasduttore rileva che la luce scende al di sotto di un determinato valore prefissato, la centralina accende le luci del vialetto. Inoltre se non si vogliono tenere accese le luci del vialetto durante l’intera notte o durante l’assenza da casa per risparmiare energia, l’impianto può essere disattivato tramite un pulsante interno all’abitazione.

Programma Arduino

#define vial 25 

#define puls 7

#define LED 18

int w = 0;  

int stato = 0;

int s = 0;

int k = 0;

const int  FOTOR = A9;

void setup() {

pinMode(LED, OUTPUT);  

pinMode (vial, OUTPUT);   

pinMode (puls, INPUT);

digitalWrite(vial, HIGH);

}

void loop() {

do{                       

float fotoValue = analogRead(FOTOR);

 if(fotoValue > 500 ){

   s=1

 delay(50);

}

   else (s=0);            

   if ((stato == 1)&&(s == 1)) {

   digitalWrite(vial, LOW);

    }

    else {

    digitalWrite(vial, HIGH);

    }   

}

 while ((LED == HIGH)&&(puls == LOW));

Ciclo while per l'accensione e spegnimento delle luci del vialetto tramite la fotoresistenza. Se il valore rilevato del sensore è maggiore del valore prefissato la variabile "s" andrà allo stato "1"e se anche la variabile "stato" è anch'essa a "1" allora il programma accenderà le luci del viale, se solo una di queste condizioni non è rispettata il programma non accenderà le luci.

 k = digitalRead(puls);

  if ((k == HIGH)&&(w == 0)) {

    stato = 1;

    digitalWrite(vial, HIGH);

    k = 0;

    delay(250);

  }

  if ((k == HIGH)&&(w == 1)) {

    stato = 0;

    k = 0;

    delay(250); 

  }

  if (stato == 1) {

    w = 1;

    digitalWrite(LED, HIGH);

}

    else {

    w = 0;

    digitalWrite(LED, LOW);

    digitalWrite (vial, HIGH);

  }

delay(100);

}

Codici del programma che servono per l'attivazione o il disinserimento dell'accensione delle luci del vialetto tramite la fotoresistenza. Per capire se il programma è abilitato o meno all'accensione delle luci del viale nel pulsante è stato aggiunto un LED per l'indicazione, se questo è acceso il programma è disinserito al contrario se questo è spento il programma è abilitato.

Domotica - Controllo tenda

L’innalzamento e l’abbassamento della tenda è ottenuto tramite pulsanti fisici inoltre se la tenda è del tutto abbassata e si preme il pulsante per abbassarla, il programma non farà nulla; lo stesso avviene per la tenda del tutto avvolta.Sono presenti due sensori: un anemometro, che permette alla centralina di determinare la velocità del vento, e un pluviostato, speciale trasduttore che riesce a determinare se sta piovendo oppure no  grazie al variare della sua resistenza. Questi due sensori tengono sotto controllo le condizioni ambientali esterne, non appena uno dei due rileva un  valore che supera quello prefissato nel programma la tenda viene riavvolta automaticamente per evitare danni.

Programma Arduino

const int btSuTenda = 5;

const int SuTendaPin = 22;

int StTSu = 0;

const int btGiuTenda = 6;

const int GiuTendaPin = 52;

int StTGiu = 0;

int StTenda = 0;

void setup() {

pinMode (btSuTenda, INPUT);

pinMode (btGiuTenda, INPUT);

pinMode (SuTendaPin, OUTPUT);

pinMode (GiuTendaPin, OUTPUT);

pinMode (pluvPin, INPUT);

pinMode (AnPin, INPUT);

}

void loop() {

ce = 0;

  t = millis();

  for (se = 0; se < 10000; se++) {  

    state = digitalRead(AnPin);

    if (state != oldstate) {

      ce++;

      oldstate = state;

    }

  }

  t = millis() - t;

  ce = ce / 2;

  f = 1000 * ce / t;

Questo ciclo for all'interno del programma rappresenta il contatore della frequenza di un treno di impulsi (segnali ottenuti dal pluviostato) in ingresso in una entrata digitale. Quest'azione viene ripetuta sempre durando 10000 cicli. Durante questo tempo il programma conta gli impulsi in ingresso e tramite opportuni calcoli matematici li trasforma in frequenza. 

  StTGiu = digitalRead(btGiuTenda);

  StTSu = digitalRead (btSuTenda);

  if ((StTGiu == HIGH) && (StTenda == 0)) {

    digitalWrite(GiuTendaPin, HIGH);

    delay(9500);

    digitalWrite(GiuTendaPin, LOW);

    StTenda = 1;

    delay(50);

  }

Parte di programma che abbassa la tenda non appena si pigia il pulsante, L'azione viene completata solamente se la tenda è alzata (stato definito dalla variabile StTenda, variabile a 0 la tenda è alzata mentre se la variabile è a 1 la tenda è abbassata).

  if ((StTSu == HIGH) && (StTenda == 1)) {

    digitalWrite(SuTendaPin, HIGH);

    delay(9500);

    digitalWrite(SuTendaPin, LOW);

    StTenda = 0;

  }

Parte di programma che alza la tenda non appena si pigia il pulsante, L'azione viene completata solamente se la tenda è abbassata (stato definito dalla variabile StTenda, variabile a 0 la tenda è alzata mentre se la variabile è a 1 la tenda è abbassata).

  if ((StTenda == 1) && ((analogRead(pluvPin) < 500) || (f >= 4))) {

    digitalWrite(SuTendaPin, HIGH);

    delay(9500);

    digitalWrite(SuTendaPin, LOW);

    StTenda = 0;

  }

}

Parte in cui se il programma riconosce che la tenda è abbassata e se la lettura del pluviostato è al di sotto di un determinato valore (fissato da noi per far riconoscere al programma che sta piovendo) oppure se la frequenza in ingresso dall'anemometro è troppo alta la centralina alzerà automaticamente la tenda per evitare danni. 

Domotica - Sistema anti intrusione

La casa è protetta da un antifurto perimetrale composto da reed (contatti magnetici) applicati a ogni

finestra. I contatti magnetici sono particolari interruttori che permettono il passaggio della corrente

a seconda che un magnete sia allontanato o avvicinato al dispositivo, in questo caso esso è posto su un oggetto mobile (porta o finestra). Mentre il sistema è abilitato, non appena una finestra o

porta viene aperta, l’allarme si attiva con una segnalazione acustica, ottenuta tramite un campanello, e da una segnalazione visiva data da una luce lampeggiante. Il sistema anti intrusione è attivabile e disattivabile tramite tastierino numerico, digitando una password. Il programma visualizza lo stato dell’allarme sul display della centralina.

Programma Arduino

#include <Keypad.h>

#define sirena 24

#define LEDA 17

#define mg1 4

#define mg2 3

#define mg3 2

#define mg4 44

#define mg5 45

#define mg6 14

#define mg7 15

#define mg8 16

int x = 0;

int y = 0;

int m = 0;

const byte ROWS = 4;

const byte COLS = 3;

char keys[ROWS][COLS] = {

  {'1','2','3'},

  {'4','5','6'},

  {'7','8','9'},

  {'*','0','#'}

};

byte rowPins[ROWS] = {34, 35, 36, 37};

byte colPins[COLS] = {38, 39, 40};

Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );

void setup() {

pinMode(LEDA, OUTPUT);

pinMode (sirena, OUTPUT);

pinMode (mg1, INPUT);

pinMode (mg2, INPUT);

pinMode (mg3, INPUT);

pinMode (mg4, INPUT);

pinMode (mg5, INPUT);

pinMode (mg6, INPUT);

pinMode (mg7, INPUT);

pinMode (mg8, INPUT);

keypad.addEventListener(keypadEvent);

}

void loop() {

char key = keypad.getKey();

  pinMode ( x == 0) {

    lcd.setCursor(0, 0);

    lcd.print("CASA DOMOTICA   ");

    lcd.setCursor(0, 1);

    lcd.print("allarme off     ");

  }

  else {

    lcd.setCursor(0, 0);

    lcd.print("CASA DOMOTICA   ");

    lcd.setCursor(0, 1);

    lcd.print("allarme on      ");

  }

  if ( (digitalRead(mg1) == LOW) || (digitalRead (mg2) == LOW) || (digitalRead (mg3) == LOW) || (digitalRead (mg4) == LOW) || (digitalRead (mg5) == LOW) || (digitalRead (mg6) == LOW) || (digitalRead (mg7) == LOW) || (digitalRead (mg8) == LOW)) {

    y = 1;

  }

  else {

    y = 0;

  }

  if (( y == 1) && ( x == 1)) {

    do {

      digitalWrite(sirena, HIGH);

      do {

        digitalWrite(LEDA, HIGH);

        delay(100);

        digitalWrite(LEDA, LOW);

        delay(100);

        m = m + 1;

      }

      while (m < 1);

      m = 0;

      char key = keypad.getKey();

    }

    while (x == 1);

    digitalWrite(sirena, LOW);

    digitalWrite(LEDA, LOW);

  }

}

void keypadEvent(KeypadEvent key) {

  switch (keypad.getState()) {

    case PRESSED:

      if (key == '#') {

        x = !x;

      }

      break;

  }

}

Domotica - Applicazioni reali

Abbiamo pensato (e realizzato) il nostro progetto in modo tale che sia facilmente applicabile in una situazione reale. Tutti gli INPUT e OUTPUT della scheda Arduino possono essere dati da relè posti in un quadro centrale. Tutti i pulsanti dislocati all'interno dell'abitazione, quando premuti, danno una tensione necessaria ai relè per commutare, i quali daranno in ingresso alla scheda i necessari 5 V in corrente continua. Per quanto riguarda le uscite la scheda relè compatibile con Arduino può essere utilizzata per pilotare altri relè che lavorano alla tensione di rete di 230 V in corrente alternata. L'idea è di utilizzare relè a 12 Vca oppure 24 Vca, una tensione molto più bassa di quella di rete ottenendo così una maggior sicurezza dell'impianto e ottenendo anche un isolamento per quanto riguarda i vari comandi digitali da quelli di potenza a 230 V.
Sotto potete trovare un semplice schema che rappresenta l'idea descritta sopra

Per quanto riguarda i segnali di tipo analogici, come il sensore di temperatura, la fotoresistenza del vialetto ed altri sensori aggiuntivi, per evitare interferenze o perdita di segnale dovute a grandi distanze è preferibile utilizzare più schede Arduino collocate in prossimità di questi, così che il segnale arrivi al suo controllore, venga letto e che il programma esegua le relative istruzioni in base ai valori elaborati.

Fotoresistenza

La fotoresistenza è un componente elettrico la cui resistenza è inversamente proporzionale alla quantità di luce che la colpisce. Si comporta come una tradizionale resistenza, ma il suo valore diminuisce man mano che aumenta l'intensità luminosa. Questo funzionamento fa della fotoresistenza una vera e propria resistenza variabile, il cui valore non dipende dal nostro intervento (come per un potenziometro), ma a causa della luce. Qui a sinistra possiamo vedere l'immagine di un resistore dipendente dalla luce (fotoresistenza).
Ma come facciamo a trovare il valore del resistore e quindi l'illuminazione a cui è sottoposta?
Prima di tutto consideriamo il grafico del trasduttore con la resistenza in funzione dell'illuminazione, il grafico è riportato qui sotto.

Bene, adesso possiamo trovare la luminosità in base alla resistenza che assume il trasduttore. Ma c'è un altro problema. Come facciamo a determinare la resistenza del sensore se Arduino in ingresso analogico legge solo la tensione? Semplice, creiamo un partitore di tensione in modo tale da ricavare il valore della resistenza che ci interessa, che in questo caso riguarda quello della fotoresistenza.

La regola del partitore di tensione dice che la tensione su un qualsiasi resistore di una serie di resistori è pari alla tensione totale moltiplicata per il rapporto tra la resistenza considerata e quella equivalente.

Vediamo il collegamento del partitore.

  

R1 : fotoresistenza

R2 : resistenza nota (10 kohm)

Vcc : tensione di alimentazione

V : c.d.t. sulla fotoresistenza, da collegare in ingresso ad un pin analogico

Adesso, invece, vediamo come ricavare la resistenza del sensore dalla formula del partitore di tensione:

R2 è nota perchè è un valore scelto da noi, Vcc vale 5V mentre V la misurerà Arduino. Inserendo questa equazione nel nostro programma potremmo determinare il valore della nostra fotoresistenza. In base ai valori calcolati durante l'esecuzione delle istruzioni e in base ai valori scelti, corrispondenti alla luminosità (ricavati dal grafico sopra riportato), potremmo, ad esempio, se rilevato buio o una determinata luminosità, far accendere un LED oppure accendere una lampadina tramite relè comandato da Arduino, a voi la scelta.