Domotica con Arduino - Tesina maturità
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Domotica con Arduino - Tesina maturità

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Questo progetto ha come argomento principale la "Domotica" e consiste nel controllo di un dispositivo elettrico a distanza attraverso il protocollo HTTP appoggiandosi sulla piattaforma Open Source......

Questo progetto ha come argomento principale la "Domotica" e consiste nel controllo di un dispositivo elettrico a distanza attraverso il protocollo HTTP appoggiandosi sulla piattaforma Open Source Arduino.

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  • 1. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Domotica – L'uomo e l'automazione 1
  • 2. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Domotica – L'uomo e l'automazione 2
  • 3. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 La Domotica Introduzione La domotica nasce intorno agli anni '70, durante la terza rivoluzione industriale, con lo studio e la realizzazione dei primi progetti che consentivano la connessione di alcuni sistemi: impianto di illuminazione, impianto di sicurezza, climatizzazione e condizionamento, dando all'utente la possibilità di automatizzarne alcune funzionalità. La domotica può essere definita anche come un complesso di tecnologie informatiche ed elettroniche applicate alla gestione delle apparecchiature domestiche. La domotica prevede sistemi di controllo automatizzato, che mirano a migliorare le prestazioni degli apparecchi domestici, semplificarne le modalità di utilizzo, aumentarne la sicurezza, ridurre i consumi energetici e innalzare il livello di comfort dell’abitazione attraverso l'apporto di molte tecnologie e professionalità, tra le quali ingegneria edile, automazione, elettrotecnica, elettronica, telecomunicazioni ed informatica. Descrizione La domotica nasce con lo scopo di studiare, inventare strumenti e teorie per: 1. aumentare il comfort; 2. migliorare la sicurezza; 3. risparmiare energia; 4. ridurre i costi di gestione; La domotica svolge un ruolo importante nel rendere intelligenti apparecchiature, impianti e sistemi. Ad esempio un impianto elettrico intelligente può autoregolare l'accensione degli elettrodomestici per non superare la soglia che farebbe scattare il contatore. Con un sistema domotico è possibile controllare direttamente tutti gli apparecchi collegati al sistema elettrico, perciò si possono gestire direttamente tutti i dispositivi e gli interruttori del sistema d’illuminazione compresi, che talvolta capita di dimenticare accesi. In questo modo non si può che avere un risparmio di corrente elettrica e di conseguenza un risparmio monetario. Sicuramente il comfort è importante per la vita e la domotica risponde a questa esigenza migliorando la qualità dell'abitare e del lavorare all'interno degli edifici, perciò si ha la possibilità di vivere la propria casa nella maniera migliore avendo a disposizione la Domotica – L'uomo e l'automazione 3
  • 4. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 possibilità di controllare la propria casa anche a distanza tramite la rete Internet (utilizzando tablet, smartphone, PC) o sfruttando la trasmissione IR. La sicurezza viene considerata sia come fisica che telematica, perciò la domotica ha anche il compito di difendere la nostra casa e renderla sicura, proteggendola dalle intrusioni fisiche esterne con i sistemi antifurto e con sistemi per il controllo degli accessi e con dei firewall e controlli degli accessi con codici di identificazione per quanto riguarda la rete collegata a Internet da cui possono arrivare minacce digitali. Il concetto di casa intelligente La casa intelligente può essere controllata dall'utilizzatore tramite opportune interfacce utente (come pulsanti, telecomando, touch screen, tastiere, riconoscimento vocale), che realizzano il contatto (invio di comandi e ricezione informazioni) con il sistema intelligente di controllo, basato su un'unità computerizzata centrale oppure su un sistema a intelligenza distribuita. I diversi componenti del sistema sono connessi tra di loro e con il sistema di controllo tramite vari tipi di interconnessione (ad esempio rete locale, onde convogliate, onde radio, bus dedicato, ecc.). Il sistema di controllo centralizzato, oppure l'insieme delle periferiche in un sistema ad intelligenza distribuita, provvede a svolgere i comandi impartiti dall'utente (ad esempio accensione luce o apertura tapparella), a monitorare continuamente i parametri ambientali (come allagamento oppure presenza di gas), a gestire in maniera autonoma alcune regolazioni (ad esempio temperatura) e a generare eventuali segnalazioni all'utente o ai servizi di teleassistenza. Possiamo distinguere fra le soluzioni di domotica semplice e quelle di domotica integrata. La domotica semplice Per domotica semplice si intende una soluzione che prevede un numero limitato di attuazioni da comandare che generalmente non interessano l’impianto elettrico esistente. In poche parole: poche cose da comandare e possibilmente non legate agli impianti elettrici già disponibili in casa. Esempio classico di attuazioni: un letto motorizzato, un campanello di chiamata tramite un’interfaccia di comando. Per realizzare questi interventi non sono necessari elettricisti, muratori o modifiche sostanziali, ma semplicemente occorrerà far comunicare l’interfaccia di comando con tutte le attuazioni che si desiderano comandare. Il 95% delle interfacce di comando (computer, telecomandi ecc.) funzionano a raggi infrarossi (IR) che un gran numero di elettrodomestici è già in grado di ricevere. Questo Domotica – L'uomo e l'automazione 4
  • 5. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 è già un vantaggio. Gli altri elettrodomestici o apparecchi elettrici che si vogliono comandare, possono essere dotati di semplici ricevitori IR per rispondere alle interfacce di controllo. Con la domotica semplice non si “mette mano” alla casa ma ugualmente si possono garantire buoni livelli di automazione. Si possono anche gestire luci o motorizzazioni. La domotica semplice ha il vantaggio di costare meno, di essere poco invasiva, semplice da installare e da utilizzare. Per contro non garantisce applicazioni complesse, necessita di un comando per ogni attuazione. La domotica integrata Un impianto di domotica integrata prevede che tutte le funzioni di tutti gli impianti tecnologici di una casa siano in comunicazione tra di loro e siano tutti compresi dentro un unico sistema, una sorta di piccolo computer che controlla tutte le funzioni presenti in casa: riscaldamento, illuminazione, impianto di allarme, ma anche telefonia, apertura e chiusura delle porte e delle finestre... Per fare ciò occorre che gli impianti siano progettati seguendo una logica comune che preveda, ad esempio, che l’attuatore del motore della finestra possa comunicare con le luci o con le prese comandate. Questi impianti sono anche detti a BUS, cioè sono collegati tra loro da un sistema di comunicazione (BUS) che è in grado di trasmettere comandi tra un apparecchio e l’altro della casa. L’architettura BUS prevede l’uso di un sistema di comando, generalmente IR, in grado di ricevere i comandi dall’interfaccia di comando prescelta. Questa architettura ha lo svantaggio di essere più costosa di un impianto elettrico tradizionale ma garantisce un’elasticità di adattamento e un controllo migliore. Diventa però conveniente quando si debbono gestire un grande numero di attuazioni. Un impianto BUS ha la capacità di comprendere su quale ricevitore è arrivato un dato comando e di smistarlo all’attuatore a cui è destinato. Questo tipo di architettura richiede sempre una revisione sostanziale del progetto elettrico esistente, quindi si sceglie quando si ha la possibilità di operare su un impianto completamente nuovo oppure in fase di ristrutturazione. E' da sottolineare che i dispositivi possono essere controllati a distanza non solo sfruttando la trasmissione IR ma anche collegando l'appliance direttamente alla presa di corrente. In questo caso è la presa che viene “controllata” dal sistema di automazione centrale. E' proprio questo particolare caso, che verrà di seguito analizzato e realizzato. Domotica – L'uomo e l'automazione 5
  • 6. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Le key-features dei sistemi domotici Le principali key-features che si possono trovare nei moderni sistemi domotici:  reattività, intesa come reazione del sistema agli eventi fisici percepibili dall’uomo;  scalabilità, intesa come la possibilità di accrescere o ridurre la rete domotica e il numero di dispositivi che popolano la casa senza pregiudicare il corretto funzionamento del sistema domotico;  interazione in tempo reale, riferito all’interazione del sistema con l’uomo che deve essere la più veloce possibile;  trasparenza, I sistemi non devono essere troppo intrusivi, il controllo e la gestione dei dispositivi deve essere trasparente all'utente: la Domotica è stata inventata per semplificare la vita, non per complicarla. In base a questo principio cardine ogni impianto domotico deve essere semplice da utilizzare, da persone di ogni fascia di età. Deve quindi proporre le proprie funzioni nel modo più chiaro ed immediato possibile, tramite interfacce “user-friendly”;  adattabilità, intesa come elasticità del sistema domotico ai cambiamenti delle condizioni operative.  risparmio energetico, un impianto domotico, deve eliminare gli sprechi di energia dovuti a negligenza o altro (es. luci accese inutilmente) e dovrà al contempo monitorare costantemente i consumi, ottimizzandoli in base alle fasce orarie di minor consumo e gestendo le priorità di accensione degli elettrodomestici. Ci sono poi altri requisiti che però rimangono solo desiderati perché ancora irrealizzabili, come eternità dei sistemi domotici o integrazione totale. Ma quali sono i vantaggi di un impianto domotico rispetto ad uno tradizionale ? Flessibilità: il funzionamento di ogni singolo dispositivo domotico è determinato dalla propria configurazione e non dal cablaggio. Per questo motivo è possibile cambiare facilmente la configurazione del sistema sia in corso d’opera sia in un secondo momento. Multifunzionalità: ogni dispositivo domotico può svolgere contemporaneamente più funzioni. Cablaggio ridotto del 50%: il cavi sono limitati a prese e attuatori. Tutti gli altri collegamenti possono essere effettuati con cavetti di piccola sezione. Versatile: la separazione tra dispositivo di comando e dispositivo d’attuazione permette di posizionare i primi anche in zone non consentite con gli impianti tradizionali. Modificabile: in un sistema domotico integrato, una ridefinizione del funzionamento non implica necessariamente il rifacimento del lavoro già eseguito. Per questo motivo i Domotica – L'uomo e l'automazione 6
  • 7. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 costi delle varianti in corso d'opera sono assai contenuti. Più sicurezza: la riduzione della complessità, del numero e della sezione del cablaggio riduce conseguentemente il carico infiammabile, con un miglioramento della sicurezza e una semplificazione delle misure antincendio. Ideale per ogni soluzione: l'impianto domotico è adatto alle nuove costruzioni, alle ristrutturazione e anche alle vecchie costruzioni. E' infatti possibile sfruttare il cablaggio esistente, modificandolo e integrandolo, per adattarlo alla funzione domotica. Implementazione: in ogni momento, anche a impianto ultimato, si possono implementare facilmente nuove funzionalità, senza necessità di cambiare dispositivi o rifare il cablaggio. Controllo remoto: un sistema domotico è facilmente gestibile a distanza. Minori costi d’esercizio: ogni dispositivo utilizza le informazioni provenienti da altri dispositivi per autoregolarsi, economizzando al massimo i costi. Risparmio energetico: le automazioni consentono diversi modi per risparmiare energia gestendo l'efficienza dei dispositivi che compongono l'impianto. Ogni settore può essere tranquillamente disattivato o programmato (ad esempio per fasce orarie) per l'accensione o lo spegnimento. Inoltre, se è presente anche un impianto di produzione di energia, quale fotovoltaico, geotermico o altro, la Domotica può monitorarne l'efficienza e segnalarne qualunque anomalia. I principali svantaggi, invece, di un sistema domotico sono i seguenti Costi leggermente più elevati: i dispositivi domotici sono naturalmente più alti rispetto a quelli dei dispositivi tradizionali. Però, la multifunzionalità di alcuni dispositivi, insieme alla riduzione del cablaggio, annullando la differenza. Inoltre, partendo dal presupposto che l'impianto domotico presenta vantaggi anche nell'ambito della gestione energia, è probabile che, nonostante il costo più elevato, l'impianto stesso permetta poi di guadagnare in qualche modo; Specializzazione dei tecnici: molti tecnici tra installatori e progettisti non conoscono l'ambito della home automation. Disinformazione: purtroppo non esiste ancora una cultura domotica radicata nell'opinione pubblica. Domotica – L'uomo e l'automazione 7
  • 8. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Esempi di funzioni di un impianto elettrico intelligente Esempio di funzioni di un impianto di climatizzazione intelligente: • funzionamento automatico in base al riconoscimento della presenza di persone; • spegnimento automatico del calorifero sotto una finestra aperta; • autoprogrammazione della pre-climatizzazione (per esempio preriscaldamento in inverno). Esempio di funzioni di un impianto di sicurezza intelligente: • Anti-intrusione; • Videosorveglianza; • Videocitofonia; • Rilevatori perdite d'acqua, presenza fumo o gas; • Controllo accessi; • Telesoccorso; • Controllo ambientale audio e video. Esempio di funzioni di un impianto di automazione domestica intelligente: • Apertura o chiusura in modo automatico di cancelli e porte; • Chiusura automatica di tapparelle e persiane nel caso di maltempo o la loro apertura automatica tempo permettendo (per esempio nel caso ci sia il sole); • Chiusura o apertura in autonomia degli oscuranti (tapparelle, persiane, ecc.) e coordinamento con l'automazione per la ventilazione in base a parametri di aero- illuminazione dettati dalla legge e coordinamento con gli scenari di illuminazione (aziono il videoproiettore, l'automazione oscura la stanza, l'impianto di illuminazione accende le luci soffuse). • Controllo e gestione carichi elettrici: il sistema domotico deve essere in grado di gestire il funzionamento dei carichi più pesanti (forno, scaldabagno, lavatrice, ecc.) gestendone il distacco controllato per evitare sovraccarichi di corrente e conseguenti inutili black-out dovuti allo sgancio dell'interruttore limitatore posto sulla linea di fornitura dell'energia elettrica. Deve inoltre gestire l'alimentazione d'emergenza tramite gruppi di continuità (UPS) per quelle apparecchiature che non devono spegnersi in caso di mancanza di energia elettrica; lo stesso sistema controlla infine che le lampade di emergenza entrino in funzione regolarmente. COMFORT • Controllo e gestione delle temperature; • Controllo e gestione dell'illuminazione; • Controllo e gestione degli elettrodomestici; Domotica – L'uomo e l'automazione 8
  • 9. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 • Sistema video. INTRATTENIMENTO • Home Theater; • TV terrestre, digitale terrestre, digitale satellitare, via cavo; • Telefonia e nuovi sistemi di comunicazione; • Diffusione sonora ecc.. VARIE • Irrigazione aree verdi; • Gestione della piscina; • Controllo delle pompe sommerse. Tutto questo è comodamente controllabile direttamente, per esempio da un tablet, smartphone o PC: un gateway fornisce una connessione permanente alla banda larga per permettere l'accesso ad Internet alle apparecchiature domotiche o ai computer dell'abitazione, per la trasmissione di dati e per il controllo remoto. Una delle ultime novità è l e-cooking, ovvero un sistema che consente di scaricare da internet ricette e programmi di cottura che si regolano automaticamente su di un forno speciale interfacciato con la LAN; il tutto anche in assenza del cuoco. Introduzione al progetto Inizialmente, l'obiettivo era quello di controllare un semplice LED dalla rete TCP/IP sfruttando un web server controllo remoto. Una volto chiaro ciò che si voleva fare, il problema successivo era di decidere quale soluzione adottare: una soluzione hardware/software proprietaria o una soluzione hardware/software open source. I vincoli che hanno reso la scelta più facile sono i seguenti: • prima di tutto il costo, che doveva essere contenuto; • la flessibilità della soluzione: anche cambiando, in un secondo momento la configurazione del sistema, tutto doveva funzionare correttamente, senza particolari esigenze di modifiche o spese ulteriori; • facile implementazione del progetto: la realizzazione del sistema domotico non doveva richiedere alta professionalità; • il sistema doveva avere la possibilità di essere espanso sotto tutti i punti di vista. Posti questi vincoli, sono stati analizzati i due tipi di soluzioni possibili: Domotica – L'uomo e l'automazione 9
  • 10. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Analisi soluzione proprietaria ✔ soluzione proprietaria: Caratteristiche scheda: SNT084 ETH 4R 4IN Clock Speed 8MHz Processore PIC 18F2620 o 18F97J0 dipende dal modello. SRAM 4KB EEPROM 1KB Flash memory 32KB o 64KB dipende dal modello di cui 1KB for bootloader. Espandibilità-SD card No INPUT/OUTPUT pin 4in 4out Relay 4 Porta Ethernet Si Porta USB Si, può essere usata per alimentare la scheda. Alimentazione 12V DC; 0,5A Sistema per lo sviluppo Microchip MPLAB Compilatore Microchip C18 Firmware Source code Si Costo 110 € Altro Il punto di forza di questa scheda è che HA A BORDO i relè per cui è veramente pulg and play cioè compri la scheda, arriva a casa, ci colleghi la luce e puoi già pilotarla, con gli altri sistemi devi comprare a parte i relè o compilare o programmare o collegare altri dispositivi. Questa scheda invece è utilizzabile da subito. Gli unici vantaggi che sono stati notati dal sottoscritto sono: • presenza dei relè di default; • predisposizione di una porta Ethernet (non è necessario comprare altre schede aggiuntive). Per il resto questa scheda è molto limitata: per esempio il compilatore è a pagamento, la frequenza del clock è inferiore alla media, la SRAM è di soli 4 Kilobyte... Nonostante Domotica – L'uomo e l'automazione 10
  • 11. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 tutte queste restrizioni la scheda ha anche un costo elevato. Breve introduzione con Arduino Arduino nasce nel 2005 come strumento di prototipazione elettronica per i studenti all’Interaction Design Institute di Ivrea fondato da Olivetti e Telecom Italia. Arduino è una piccola scheda elettronica delle dimensioni di una carta di credito che rende facile ed accessibile imparare a programmare un microcontrollore senza dover diventare un ingegnere elettronico. Questo circuito stampato che integra un microcontrollore con PIN connessi alle porte I/O, un regolatore di tensione e un'interfaccia usb (nella maggior parte dei modelli), include anche un ambiente di sviluppo totalmente gratuito e multi-piattaforma. I programmi scritti nel linguaggio Wiring, derivato da C e C++, dentro l'IDE, sono chiamati “sketch”. Ecco un esempio dell'IDE di Arduino: Screenshot dell'IDE di Arduino, che mostra un semplice codice di esempio, Blink. Domotica – L'uomo e l'automazione 11
  • 12. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 La particolarità del mondo Arduino è che le informazioni sull'hardware (schema elettrico, l'elenco dei componenti elettronici necessari per realizzare le schede e le librerie) sono liberamente consultabili da tutti: si tratta quindi di un progetto hardware open source che ha consentito lo sviluppo di prodotti Arduino compatibili (non originali) da parte di piccole / medie aziende sparse in tutto il mondo, abbassando così, di molto i costi. Un'alternativa all'ambiente di sviluppo software (IDE) per Arduino è Minibloq. Minibloq presenta un'interfaccia intuitiva, avendo la capacità di generare il codice a partire da uno schema grafico a blocchi disegnato dall'utente ancora principiante. Analisi soluzioni open-source Adesso verranno analizzate e commentate le diverse soluzioni possibili open source Arduino, per poi scegliere la scheda Arduino che si adatta di più alle esigenze del progetto “Domotica”. ✔ Soluzione open source 1: Caratteristiche scheda: Arduino Mega-2560 Clock Speed 16MHz Processore ATmega2560 SRAM 8KB Domotica – L'uomo e l'automazione 12
  • 13. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 EEPROM 4KB Flash memory 256 KB: 8 KB for bootloader Espandibilità-SD card N/A INPUT/OUTPUT pin • 54 -digital: 14 for PWM outputs; • 16 analog inputs; • 4 UARTs (hw serial ports). Relay N/A Porta Ethernet N/A Porta USB Si, può essere usata per alimentare la scheda. Alimentazione • Operating Voltage: 5V; • Input Voltage (recommended): 9V; • Input Voltage (limits): 6-18V; • DC Current per I/O Pin: 40 mA; • DC Current for 3.3V Pin: 50 mA. ADK (Android Development Kit) No Sistema per lo sviluppo Arduino software Compilatore Arduino software Firmware Source code Si Costo 50 € Altro • 16 MHz crystal oscillator; • ICSP header; • reset button; • power jack. Domotica – L'uomo e l'automazione 13
  • 14. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 ✔ Soluzione open source 2 (adottata): Caratteristiche scheda: Arduino ADK Clock Speed 16MHz Processore ATmega2560 SRAM 8KB EEPROM 4KB Flash memory 256 KB: 8 KB for bootloader Espandibilità-SD card N/A INPUT/OUTPUT pin • 54 -digital: 14 for PWM outputs; • 16 analog inputs; • 4 UARTs (hw serial ports). Relay N/A Porta Ethernet N/A Porta USB Si, può essere usata per alimentare la scheda. Alimentazione • Operating Voltage: 5V; • Input Voltage (recommended): 9V; • Input Voltage (limits): 6-18V; • DC Current per I/O Pin: 40 mA; Domotica – L'uomo e l'automazione 14
  • 15. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 • DC Current for 3.3V Pin: 50 mA. ADK (Android Development Kit) Si Sistema per lo sviluppo Arduino software Compilatore Arduino software Firmware Source code Si Costo 60 € Altro • 16 MHz crystal oscillator; • ICSP header; • reset button; • power jack. Questa scheda è basata sulla Mega 2560. La differenza sostanziale sta nel fatto che questa può essere gestita da dispositivi basati sul sistema operativo Android (previa compatibilità). La scelta di questa scheda è dovuto principalmente per un solo motivo: alta estensibilità (proprio per questo l'Arduino Uno board è stata scartata come possibile soluzione): l'Arduino ADK rappresenta il top di gamma, le sue applicazioni sono pressoché infinite. In futuro è possibile applicare la scheda in altri progetti, che possono differire radicalmente dal tema “Domotica”. Si è optato, invece, per l'open source per la necessità di tenere il costo contenuto ma allo stesso tempo specifiche hardware/software soddisfacenti. Inoltre, nel mondo Arduino c'è la possibilità di integrare diversi moduli l'uno con l'altro, creando così soluzioni che combaciano perfettamente alle nostre esigenze. Per esempio questo progetto ha richiesto l'integrazione di una scheda di espansione che la scheda Arduino ADK non disponeva: Ethernet Shield. In questo modo l'Arduino ADK poteva essere dotata dell'interfaccia alla rete TCP/IP attraverso una porta RJ45. Domotica – L'uomo e l'automazione 15
  • 16. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 La scheda di espansione Ethernet Shield ha anche altre caratteristiche molto interessanti che di seguito verranno analizzate: Caratteristiche scheda: Arduino Ethernet Shield Interfaccia di rete RJ45 Alimentazione 5V DC Ethernet Controller Wiznet W5100 with internal 16KB buffer Connection speed: 10/100Mb Connection with Arduino on SPI port Espandibilità-SD card micro-SD card slot LED: 1. PWR: indicates that the board and shield are powered; 2. LINK: indicates the presence of a network link and flashes when the shield transmits or receives data; 3. FULLD: indicates that the network connection is full duplex; 4. 100M: indicates the presence of a 100 Mb/s Domotica – L'uomo e l'automazione 16
  • 17. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 network connection (as opposed to 10 Mb/s); 5. RX: flashes when the shield receives data; 6. TX: flashes when the shield sends data; 7. COLL: flashes when network collisions are detected. Relay N/A Porta Ethernet Si Porta USB No ADK (Android Development Kit) No Sistema per lo sviluppo N/A Compilatore N/A Firmware Source code Si, Ethernet library Costo 31 € Altro POE ready NB: le fotografie e/o prezzi hanno uno scopo meramente illustrativo. Per limitare ancora di più i costi si è scelto di adottare una scheda compatibile, cioè una Ethernet Shield che fosse realizzata da produttori esterni. La shield non è originale ma essa è 100% compatibile con Arduino Duemilanove (168 or 328), Uno e Mega (1280/2560). L'unica limitazione è che essa non dispone del POE (Power Over Ethernet), ma in questo progetto questa feature non è ritenuta di fondamentale importanza. Domotica – L'uomo e l'automazione 17
  • 18. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Prima parte del progetto Adesso che sono stati analizzati i componenti si può andare avanti, descrivendo con uno schema a blocchi ciò che si ha intenzione di realizzare: L'obiettivo è quello di controllare un LED alimentato dalla corrente continua, da remoto attraverso la rete TCP/IP. Domotica – L'uomo e l'automazione 18
  • 19. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Come funziona ? L'utente, in questo caso 'User', si deve collegare al web server della scheda Arduino, componendo l'indirizzo IP pubblico del modem/router. Il firewall è stato impostato in modo che tutte le connessione provenienti dall'esterno della rete privata vengano indirizzate sull'indirizzo IP della Ethernet Shield (192.168.0.27). Proprio per questo motivo l'Arduino è stato 'messo' nella DMZ (Demilitarized Zone). Volendo, si può anche utilizzare un servizio di tipo dynamic DNS, DNS hosting che permettono di associare ad un indirizzo IP una sequenza di caratteri. Per esempio 27.27.27.27 www.arduino.tk. In questo modo l'utente non dovrà ricordarsi l'IP ma→ solo arduino.tk. Una volta che la connessione con il server web di Arduino Ethernet Shield è avvenuta con successo, il browser caricherà la pagina web contenuta nel server: Domotica – L'uomo e l'automazione 19
  • 20. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 L'interfaccia è molto semplice e intuitiva user-friendly. Per accendere da remoto il→ LED si deve cliccare sopra la dicitura “Turn ON” mentre per spegnerlo bisogna cliccare sopra la dicitura “Turn OFF”. “LED status” indica lo stato effettivo del LED (acceso o spento). Per capire meglio la situazione qui sotto è stato riportato lo schema elettrico: Domotica – L'uomo e l'automazione 20
  • 21. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 L'alimentazione alla scheda Arduino (Arduino Mega ADK + Ehternet Shield) è fornita dal trasformatore che converte i 220V in corrente alternata (AC) in 12V di corrente continua (DC). La breadboard è alimentata invece da 5V-DC proveniente dalla scheda Arduino. Il LED rosso ha lo scopo di segnalare la corretta alimentazione della breadboard. Il LED verde è pilotato dalla scheda Arduino: è il cavo blu (Signal cable) che fornisce la tensione necessaria all'accensione del LED (quando l'utente clicca su “Turn ON” il pin 2, che si trova sulla scheda, comincia ad erogare 5V DC). Parte finale del progetto Dopo aver analizzato e realizzato la parte soprastante si può procedere ad ampliare il progetto: controllare funzionamento di un dispositivo vero e proprio, un' apparecchio che si alimenta con la corrente alternata (max 2200W). Per raggiungere l'obbiettivo si deve collegare un piccolo modulo alla versione iniziale del progetto: una relay board che funziona a 5V DC e che riesce a gestire correnti e tensioni alte, AC 250V 10A ; DC 30V 10A. “Il relè è un dispositivo elettrico comandato dalle variazioni di corrente per influenzare le condizioni di un altro circuito. In sostanza il relè è un interruttore che non viene azionato a mano ma da un elettromagnete.” Qui sotto è riportata l'immagine del modulo relè: Domotica – L'uomo e l'automazione 21
  • 22. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Si è optato per questi relè perché hanno un'interfaccia standard che permette loro di essere controllati direttamente da un microcontrollore. Inoltre, non ci pericoli per la scheda Arduino nel caso si facciano collegamenti sbagliati cortocircuito.→ I relè non essendo bistabili, sono privi della caratteristica di non consumare energia per mantenere la posizione e persistenza dello stato anche dopo lo spegnimento dell'apparecchiatura che li impiega. Questa caratteristica può rivelarsi fondamentale per un sistema domotico come questo ma essendo un progetto low-cost si è scelto di comprare una relay board (costo: 3 €). La scheda relay presenta, inoltre, 3 LED di stato: • il LED verde indica che la scheda è alimentata correttamente: la scheda relè deve essere alimentata fornendo 5V di corrente continua collegando il polo positivo a VCC (vedi foto) e il polo negativo a massa (GND); • i due LED rossi indicano lo stato effettivo dei relè: LED rosso acceso il circuito→ è aperto, quindi non circola corrente; LED rosso spento erogazione corrente .→ In questo esperimento è stato usato solo il primo channel della relay board, per cui il signal cable è stato collegato all'ingresso 1 (IN 1 sulla relay board vedi→ foto). Domotica – L'uomo e l'automazione 22
  • 23. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Lo schema sottostante mostra la versione completa del progetto: l'utente è in grado di controllare qualsiasi apparecchio (in questo caso una comune lampadina a incandescenza) che funzioni sulla corrente alternata (max 2200W). Come è ben evidente, rispetto allo schema a blocchi di partenza, qui è stato aggiunto solo un modulo: scheda relè. Al relay è collegata la lampadina che funziona a AC 220V. Domotica – L'uomo e l'automazione 23
  • 24. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Per comprendere meglio le novità della versione finale del progetto è stato predisposto uno schema elettrico: In questo caso, anche il LED verde serve da indicatore, come il LED rosso. Domotica – L'uomo e l'automazione 24
  • 25. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Codice sorgente: #include <String.h> #include <SPI.h> #include <Ethernet.h> /* DEVICE control through Internet Composizione circuito: * Arduino MEGA ADK * Arduino Ethernet shield * 2 LEDs connected to GND and 5V via 2 resistors 230 [Ω] * 2 channel relay board connected to GND, 5V, and digital pin 2 */ byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; //mac address byte ip[] = { 192, 168, 0, 27 }; // ip address in LAN EthernetServer server(80); //server port int ledPin = 2; // LED pin boolean ledOn = false; //LED status String stringa; //string char mex[]=("<marquee width='300' height='30' style='font-size: 20pt; font-family: Vineta BT; color= #FF0000; font-weight: bold'> DEVICE CONTROL from Internet </marquee>"); void setup() { Ethernet.begin(mac, ip); pinMode(ledPin, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { EthernetClient client = server.available(); boolean flag; if (client) { flag=true; while (client.connected()) { Domotica – L'uomo e l'automazione 25
  • 26. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 if (client.available()) { char c = client.read(); stringa.concat(c); //memorizzo i cartteri dentro una stringa //se la richiesta HTTP termina if (c == 'n' && flag) { Serial.print(stringa); if(stringa .indexOf("L=1") > 0) { //accensione LED digitalWrite(ledPin, HIGH); //imposto lo stato del piedino a HIGH (1) ledOn = true; } else { //spegnimento LED digitalWrite(ledPin, LOW); //imposto lo stato del piedino a LOW (0) ledOn = false; } //creazione interfaccia per l'utente, pagina HTML client.println("HTTP/1.1 200 OK"); client.println("Content-Type: text/html"); client.println(); //inizializzo pagina HTML client.print("<html><head><title>ARDUINO Controllo DISPOSITIVO via WEB</title><meta http-equiv='Content-Type' content='text/html; charset=iso-8859-1' ></head><body>"); //body client.println("<div style='width:260px; height:660px;'>"); //risoluzione per iPod 640x960 //stampo header client.print(mex); client.println("<hr />");//creo linea inferiore al mex //output LED status client.print("<h2>DEVICE status: </h2>"); if (ledOn) { //se LED acceso, scrivo ON (verde) client.println("<span style='color:green'><h2>ON</h2></span>"); } else { Domotica – L'uomo e l'automazione 26
  • 27. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 //se LED spento, scrivo OFF (red) client.println("<span style='color:red'><h2>OFF</h2></span>"); } client.println("<h1>DEVICE control</h1>"); //link per controllare il LED (accendi LED | spegni LED) client.print("<h2><a href='/?L=1'><span style='color:green'>Turn ON</a> | <a href='/? L=0'><span style='color:red'>Turn OFF</a></h2>"); client.println("<hr />");//creo linea superiore client.print("Bhuwan Sharma | 2011-2012"); client.println("<hr />");//creo linea inferiore client.println("</body></html>"); stringa="";//reset stringa per la prossima lettura //chiusura client client.stop(); } } } } } Conclusioni In conclusione, oggi è sicuramente possibile parlare di un mercato interessante della domotica ma in termini molto precisi: • esiste un'offerta di prodotti di domotica sempre crescente; • esistono offerte e soluzioni diverse; • il mercato inizia a chiedere più servizi e funzioni ma mancano informazioni puntuali e corrette. Si parla molto di domotica ma, in proporzione, si realizza poco e a costi elevati. E' necessario innescare la cultura del progetto di domotica a tutti i livelli, coinvolgendo i cittadini e auspicando che ciò avvenga nel minor tempo possibile. I progettisti, essendo l'anello di congiunzione tra la domanda e l'offerta, possono e devono ricoprire un ruolo importante ed attivo in questo processo. La domotica è una disciplina trasversale che ha come obiettivo il committente e le sue esigenze. La domotica, come tutti i processi trasversali ed interdisciplinari, ha necessariamente tempi più lunghi di affermazione andando ad intaccare aree di business consolidate per aprirne altre incerte, anche se potenzialmente molto più ampie che non trovano diretti sponsor in ben determinate e definite associazioni e categorie economiche. Domotica – L'uomo e l'automazione 27
  • 28. I.T.S.T. J.F. Kennedy Bhuwan Sharma 2011-2012 Sitografia: ➢ http://www.mobilita.com/rivista/492007/domotica.html ➢ http://it.wikipedia.org/wiki/Domotica ➢ http://www.zeldenhouse.it/cosa_è_la_domotica.htm ➢ http://www.laboratoriodomotica.it/downloads_sito_domotica/LIBROBIANCO_CAP ITOLO4.PDF ➢ http://www.tecdomotica.com/public/plc_domotica/vantaggi.asp ➢ http://www.lpsisiracusa.it/index.php?page=./domot1.php ➢ http://www.deltaenergie.it/domotica/applicazioni ➢ http://www.voxnet.it/allegati/Abstract%20Domotica.pdf ➢ http://www.progetti-hw-sw.it ➢ http://www.microchip.com/stellent/idcplgIdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406 &dDocName=en010014 ➢ http://www.ebay.com/itm/Ethernet-Shield-W5100-For-Arduino-2009-UNO-Mega- 1280-2560-/270955738702?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item3f1638764e ➢ https://www.dnsdynamic.org ➢ http://arduino.cc/ ➢ https://www.gliffy.com ➢ http://it.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A8 ➢ http://www.ebay.com/itm/5V-2-Channels-Relay-Board-Module-2-Way-Relay-for- ARMPICAVRDSP-/280897173407pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item4166c6b79 f ➢ http://it.wikipedia.org/wiki/Arduino_(hardware) ➢ http://arduino.apogeolab.it/03-un-po-di-storia-di-arduino/ ➢ http://arduino.cc/forum/index.php?action=forum Domotica – L'uomo e l'automazione 28