Tesi mezzelani

1

ISIS OSIMO - CASTELFIDARDO

ITIS “A.MEUCCI”

(TESI DI MATURITÁ)

LA DOMOTICA

Indirizzo di Informatica e Telecomunicazioni

Anno Scolastico 2014 - 2015

Tesina a cura di:

Mezzelani Michelangelo

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SOMMARIO

1. Introduzione alla domotica…………………………………. 3

2. La sua evoluzione……………………………………………. 4

3. I vantaggi e le possibili applicazioni………………………… 6

4. La tecnologia domotica……………………………………… 9

4.1. Protocolli………………………………………………… 11

4.2.Tecnologie di trasmissione……………………………… 12

5. Il progetto……………………………………………………. 13

5.1. Introduzione…………………………………………….. 13

5.2. Elementi essenziali……………………………………… 14

5.3. Il plastico………………………………………………… 15

5.4. Arduino…………………………………………………. 17

5.5.Il codice………………………………………………….. 19

5.6.Descrizione dei singoli impianti………………………… 28

5.6.1. Impianto di illuminazione…………………… 28

5.6.2. Sistema di allarme……………………………. 29

5.6.3. Automatizzazione infissi…………………….. 33

5.6.4. Sensori ambiente…………………………….. 35

5.6.5. Infrarossi……………………………………… 37

5.6.6. Bluetooth…………………………………….. 39

6. APP per Smartphone………………………………………... 40

7. Conclusioni e sviluppi futuri ……………………………….. 44

8. Bibliografia …………………………………………………... 45

3

1. INTRODUZIONE ALLA DOMOTICA

Già gli antichi romani ritenevano che non deve essere la

casa a dominare e possedere la persona, ma è il padrone che

deve possederla e governarla, con il loro motto, “Nec domo

dominus, sed domino domus honestanda est” (Cicerone,

Retorica, De Officiis Liber Primus v. 139).

Infatti in senso stretto la Domotica è quella disciplina che

nasce per automatizzare ed integrare le funzionalità di un

ambiente domestico, per apportare alla vita di tutti i giorni

comodità, sicurezza ed ottimizzazione di tempi e spazi.

Prima di parlare di domotica, bisognerebbe però spiegarne il

termine. La parola “domotica” deriva dal termine francese

“domotique”, espressione verbale, formata dalla parola

lat ina domus e dal finale di altri due termini informatique e

télématique. Inoltre la Domus, (dal latino), è la casa n o n

in senso popolare (chiamata Insulae) ma in senso padronale, di

maggior rilevanza. In Francia esiste anche il termine

“ immotique” (che sarebbe tradotto con Immotica) non

importato in Italia e che definisce in un unico termine un

edificio domotico o un insieme di edifici domotici; in

Inghilterra utilizzano anche un’altra terminologia ovvero

“ smart house”, per i sistemi -home automation-, sistemi

“intelligenti”.

4

2. LA SUA EVOLUZIONE

La domotica nasce intorno agli anni '70 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;

q u e s t ’ u l t i m i davano p e r ò all'utente la possibilità di

automatizzarne s o l o alcune funzionalità.

Inizialmente si realizzavano modelli di domotica di ogni

genere e per ogni apparecchio, molto spesso però a causa di

una non universalità di protocolli e sistemi utilizzati, i

dispositivi non erano in grado di collegarsi tra loro o di avere

un’unico master, cioè un dispositivo che li potesse controllare

tutti uniformemente.

Superata una prima fase, dove si realizzavano più prototipi che

veri e propri prodotti, ormai si è raggiunto un nuovo concetto

della domotica: una serie di prodotti standard con

caratteristiche di interfacciabilità e flessibilità, concepiti per

l'automazione, la comunicazione e l'entertainment che

possono essere connessi tra loro per comunicare e possono

dialogare con l'esterno grazie ai protocolli internet per poter

usufruire di vantaggiosi servizi; utilizzando tra l’altro un unico

protocollo standard per tutto il mondo, il KNX, che spiegherò

più avanti.

Domotica, quindi, come interazione tra la casa e i suoi abitanti

è finalizzata a migliorare l'accessibilità e la vivibilità

dell'abitazione.

5

La casa “smart” (ovvero intelligente) non deve essere vista

come lusso per pochi ma deve rispondere alle differenti

esigenze di tutte le fasce di popolazione, in particolare può

risolvere molti problemi di anziani e disabili. Oggi le nostre

case sono ricche di apparecchi dotati di unità di elaborazione

sempre più evolute. La tendenza negli ultimi anni è di

dotare per tali dispositivi anche della capacità di comunicare

tra di loro e con il mondo esterno, grazie a efficaci sistemi di

comunicazione, cablati e non, disponibili a basso costo.

L’evoluzione della capacità di elaborazione e comunicazione

dei dispositivi presenti in una casa ha permesso la

progettazione e la realizzazione di sistemi integrati di

automazione domestica sempre più complessi e utili alla vita

dell’uomo nella propria abitazione.

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3. I VANTAGGI E LE POSSIBILI APPLICAZIONI

Gli ambiti applicativi della domotica sono principalmente

quattro:

rispario energetico, comfort e sicurezza: intesa come safety ma

anche come security.

La safety si occupa di sicurezza della salute dell’individuo,

come prevenzione dei danni, infortuni , incendi, malattie e

altro; La security invece si occupa della sicurezza fisica e del

monitoraggio, perciò 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.

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 come ad esempio quelli del

sistema d’illuminazione, che talvolta capita di dimenticare

accesi. In questo modo non si può che avere un risparmio di

corrente elettrica e di conseguenza un risparmio energetico.

Sicuramente a n c h e il comfort è importante e la domotica

i n f a t t i risponde anche a questa esigenza permettendo una

maggiore vivibilità all’interno della propria casa, perciò si ha la

possibilità di vivere la propria casa nella maniera migliore

potendo controllare tutto anche a distanza tramite la rete

Internet o la rete radiocellulare.

7

I vantaggi per la gestione della casa sono molteplici e

coprono una vasta gamma di settori. Uno dei principali

vantaggi della domotica è quello di poter costruire la propria

casa a misura d’uomo. Il mondo della domotica si avvicina

perciò tantissimo al mondo dei disabili che a causa dei loro

handicap si trovano spesso b loccat i in casa loro e non

possono vivere la loro casa come potrebbe fare ognuno di

noi. La domotica vuole permettere a chiunque di poter

interagire con tutte le apparecchiature presenti nelle nostre

case, inoltre con il passare del tempo e un invecchiamento

progressivo degli individui e un innalzamento quindi dell’età

media della popolazione, ha sicuramente portato anziani e

domotica ad un avvicinamento sempre più repentino nel corso

degli anni.

Alcuni dispositivi domotici che rendono più semplice ad

anziani e disabili l’esecuzione di azioni che per noi sono

banali, sono ad esempio:

- le tapparelle automatiche: l’applicazione di un motorino alle

tapparelle delle finestre consente di alzarle e abbassarle senza

alzarsi;

- il montascale elettrico: è una pedana o una poltrona fissata alla

rampa delle scale che permette di salire e di scendere stando

seduti;

- il sollevatore per la vasca da bagno: è un seggiolino posto

all’interno della vasca che con un telecomando si alza e si

abbassa;

- il letto elettrico: è un letto con le sponde a scomparsa, senza gli

spigoli e dotato di un motore che permette di regolarne

l’altezza con un pulsante;

- il videocitofono: consente di rispondere al citofono e di vedere

con chi si sta parlando ovunque ci si trovi.

8

E questi non sono che alcuni esempi che possono aiutare a

vivere meglio all’interno delle proprie case coloro che hanno

più difficoltà in condizioni normali.

L’installazione di prodotti domotici può rientrare nelle

agevolazioni fiscali previste per la ristrutturazione della casa,

qualora consenta una maggiore autonomia della persona

anziana e/o con disabilità.

La domotica, ossia la gestione elettronica degli

elettrodomestici e degli impianti, consente con un solo

dispositivo, magari mobile, di gestire tutti gli altri

apparecchi presenti: l’impianto di illuminazione, di

sicurezza, delle telecomunicazioni, del riscaldamento, dell’aria

condizionata e più in generale, di qualsiasi altro dispositivo

elettrico presente in casa. È necessario realizzare un sistema

in cui le interazioni utente-macchina siano più semplici

possibile, intuitive, senza la necessita di dover andare ad

imparare complicate nozioni per l’utilizzo finale.

9

4. LA TECNOLOGIA DOMOTICA

Quando si parla di mercato della domotica si intende un

mercato altamente tecnologico, dato che l ’utilizzo

dell’innovazione tecnologica all’interno delle abitazioni ai

giorni nostri è sempre più elevato.

Le soluzioni tecnologiche offerte dagli operatori del settore

devono avere le stesse caratteristiche dei normali oggetti

casalinghi:

- affidabilità: il sistema non ha bisogno di particolari

attenzioni per funzionare, e deve segnalare il

malfunzionamento;

- semplicità: deve essere accessibile a tutti, anche a utenti

non specializzati. Inoltre non deve essere pericoloso da

utilizzare;

- continuità di funzionamento: il sistema deve essere

progettato in maniera tale da essere immune da guasti, o

comunque deve essere semplice da riparare ed in tempi brevi,

senza richiedere l’intervento di un esperto.

Un impianto domotico è quindi essenzialmente costituito da

una serie di elementi presenti comunemente nelle nostre

abitazioni (impianto di riscaldamento, forno, frigorifero,

lavatrice, ecc) che comunicano tra loro per creare dei vantaggi

che l’utente non potrebbe avere prendendo in considerazione

i vari elementi singolarmente. La chiave di tutto questo è

l’integrazione, maggiore è il numero degli elementi

integrati, e maggiori saranno i vantaggi per l’utente finale.

Il controllo dei vari componenti della casa è caratterizzato da:

l’unità centrale di controllo, i mezzi trasmissivi e le

caratteristiche delle varie periferiche.

Si ritiene vincente la scelta di un impianto nel quale l’unità

centrale di controllo sia facile da programmare a da gestire,

attraverso semplici interfacce utente.

10

Ci sono due diverse soluzioni per costruire un sistema

domotico:

- realizzare da zero un sistema progettato per essere integrato;

- trasformare gradualmente le varie apparecchiature

presenti nella casa in un sistema integrato introducendo la

“comunicazione” tra essi.

Quest’ultima tendenza è quella più realizzabile, dato che si

hanno molte strutture già esistenti e che il mercato edile è

fermo già da tempo. Quindi con una graduale evoluzione di

apparecchi tra loro incompatibili verso un sistema integrato

multifunzionale e modulare, ci si troverà ad avere una casa

completamente automatizzata senza la necessità di andarne a

costruire una da zero.

11

4.1. PROTOCOLLI

I protocolli di comunicazione sono i linguaggi che permettono

ai vari dispositivi di comunicare tra loro.

Inizialmente erano stati creati una vastissima gamma di

protocolli per l’ambito domotico. Ma il problema sussisteva

nell’integrazione di differenti dispositivi. Viste le specifiche

del protocollo KNX, iniziò ad esere il più diffuso tanto da

diventare lo standard europeo (EN 50090 - EN 13321-1) e

mondiale (ISO/IEC 14543). Lo standard è stato sviluppato sulla

base dell'esperienza dei suoi predecessori BatiBUS, EIB ed

EHS.

Esistono tre modalità di KNX:

- Automatic-Mode : riprende le specifiche di EHS.

- Easy-Mode : riprende le specifiche di BatiBUS.

- System-Mode : riprende le specifiche di EIB.

Uno dei punti di forza del sistema KNX, è che qualsiasi

prodotto si basa su prove di conformità effettuate dai laboratori

di KNX. Durante questi test, si verifica non solo che il

dispositivo supporta il protocollo KNX, ma che i suoi dati utili

sono codificati secondo i tipi di dati standardizzati KNX. Ciò

permette di realizzare impianti con una notevole capacità di

integrazione, funzionanti anche mediante la combinazione di

dispositivi di produttori diversi.

Inoltre è possibile accedere al sistema tramite rete LAN, reti

telefoniche analogiche o cellulari per avere un controllo

centrale o distribuito del sistema tramite PC, display tousch-

screen e smartphone.

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4.2. TECNOLOGIE DI TRASMISSIONE

Lo standard KNX prevede diversi mezzi trasmissivi che

possono essere utilizzati in combinazione con uno o più modi

di configurazione in funzione della particolare applicazione. I

mezzi fisici sono:

- Twisted Pair

- Power Line

- Ethernet

A volte però per controllare i dispositivi, si utilizzano mezzi

che non necessitano cavi e collegamenti che potrebbero

risulatre scomodi, ad esempio esistono:

- Bluetooth

- WiFi Direct

- NFC

- Radio Frequency

- Internet

Questi consentono anche l’utilizzo del telefono per il controllo

di interi sistemi domotici, grazie all’universaità di questi mezzi

di comunicazione, presenti nella maggior parte dei dispositivi

mobili e non.

13

5. PROGETTO

5.1. INTRODUZIONE

Il progetto che presento è il prototipo di un sistema domotico,

un plastico in scala 1:20 di una casa, con installati apparecchi

integrati che ne migliorano la vivibilità.

Il mio scopo per questo progetto è di realizzare una casa

interamente controllabile da uno smartphone in modo tale da

agevolare le condizioni di vivibilità dell’appartamento.

Ora vedremo in maniera dettagliata i procedementi che ho

svolto al fine di realizzare l’intero impianto domotico.

Ecco la casa inizialmente progettata con un simulatore di gioco

3D, per poter decidere l’estetica della casa e in modo da poter

apportare facilmente modifiche strutturali:

14

5.2. ELEMENTI ESSENZIALI

Gli elementi essenziali del sistema Domotico realizzato

includono:

# Sensori:

- Sensori di Temperatura

- Sensori Fotocellule

- Sensori di Movimento (PIR)

- Sensori di Pressione

# Controllori:

- Arduino

- Unità centralizzata di calcolo (PC)

# Attuatori:

- Interruttori

- Motori

- Relè

- Attuatori lineari

# Interfacce:

- Radiocomandi / Telecomandi.

- Interfaccia Smartphone / Web.

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5.3. IL PLASTICO

Il plastico che sono andato a realizzare è interamente costruito

in legno (compensato di pioppo), la base è di compegnsato

spesso circa 1cm così da poter reggere l’intera struttura che

verrà poi montata sopra, le pareti invece sono composte di due

strati di spessore 4mm tra le quali c’è uno spazio vuoto di 5mm

così da agevolare il passaggio dei fili. Inizialmente è stato

necessario realizzare la piantina della “casa ideale” in modo da

avere una base su cui lavorare. La piantina realizzata

all’AutoCAD è stata poi ricalcata sul basamento in legno, così

da avere i contorni dell’appartamento ben definiti e già pronti

per effettuare le misurazioni.

Il secondo “step” è stato quello di andare a realizzare gli scorci

di muro che compongono ogni singola stanza, ritagliandoli, con

un seghetto da traforo a mano, da tavole di compensato da

4mm. I pezzi di legno tagliati ovviamente sono stati rifiniti con

una lima o con della carta vetrata così da avere pareti

perfettamente lisce su tutti i lati. Una volta ultimato questo

lavoro le pareti sono state incollate in modo da formare tutte le

stanze presenti nella piantina, utilizzando una speciale colla per

il legno. A quel punto si avranno tutte le stanze della casa

pronte, ma allo stesso tempo separate tra loro.

Ho scelto di operare in stanze separate così da agevolare

l’implemento dei circuiti di illuminazione e sorveglianza che

sono elementi che necessitano di essere montati direttamente

alle pareti.

Il passaggio successivo della realizzazione delle singole stanze è

l’inserimento dell’impianto di illuminazione, ovvero sono stati

forati i muri in modo da lasciare i LED d’illuminazione visibili

e i fili con le saldutare nascosti alla vista che si trovano

dall’altra parte della parete. Su una parete è stato anche inserito

16

il sensore di movimento (PIR), il quale è stato montato con la

stessa logica con cui sono stati messi i LED, ovvero il sensore a

vista e il circuito con i collegamenti nascosti dietro.

Per concludere la realizzazione del plastico ho incollato le

stanze al basamento aggiuengendo anche, all’esterno, due

cabine predisposte per contenere LCD e la pulsantiera. A

questo punto il plastico è pronto, non rimane che mettere sotto

la base due quadrati di rame che saranno i punti di raccordo di

tutte le alimentazioni e le masse che saranno necessarie per

saldare i fili. Adesso si passa al circuito con l’Arduino, al quale

poi verranno collegati anche altri sensori, ovvero il sensore di

gas, quello di umidità e anche quello di temperatura con

annesso circuito stampato.

Schema

approsimativo

delle stanze e

della posizione

dei LED e dei

sensori

all’interno

dell’abitazione

17

5.4. ARDUINO

“Arduino is an open-source electronics prototyping

platform based on flexible, easy to use hardware and

software. It's intended for artists, designers, hobbyists

and anyone interested in creating interactive objects or

environments.” – Arduino.cc

Arduino, è una piattaforma di prototipazione open source,

facile da usare. Realizzata per designer, artisti, hobbisti e

chiunque interessato a creare ambienti e oggetti interattivi.

Arduino interagisce con l’ambiente ricevendo input dai

sensori. E’ capace di controllare luci, motori e attuatori di ogni

genere. E’ facilmente programmabile, con un linguaggio simile

al C, da un ambiente di sviluppo (IDE) progettato

appositamente per arduino. Dall’IDE si scrive codice per il

microcontrollore di Arduino, lo si testa e lo si carica sulla

board. Arduino è un marchio registrato, la board tuttavia è

open source, sono disponibili online gli schemi elettrici, è

possibile comprarla assemblata o costruirsela da soli, con pochi

pezzi di elettronica. I modelli di Arduino disponibili sono

molti, ognuno con le proprie caratteristiche e particolari

specifiche che li rendono più o meno adatti a varie tipologie di

progetto.

18

Per realizzare il circuito sono state utilizzate due board di

Arduino: Arduino Mega, fornita di molti PIN di I/O, e

Arduino Nano, molto più piccola e compatta.

La prima e più semplice da programmare è stata la shield di

Arduino Nano, dato che quest’ultima ha solo il compito di

controllare il tastierino numerico per l’attivazione dell’allarme.

Ovvero controlla la password inserita nel tastierino e, come i

veri allarmi antifurto, se è corretta l’allarme viene attivato o

disattivato a seconda della situazione, altrimenti si ha un

tempo limitato per reimpostarla prima che l’allarme scatti.

Il successivo passo è stato quello di programmare l’Arduino

Mega, un procedimento al quanto complesso, dato che gestirà

l’intero impianto domotico.

-Segue codice programma-

19

#include <LiquidCrystal.h>

#include <Servo.h>

#include <Keypad.h>

#include <dht.h>

#include <IRremote.h>

#define dht_dpin A7

dht DHT;

LiquidCrystal lcd(8, 9, 5, 4, 3, 2);

Servo myservo1;

Servo myservo2;

Servo myservo3;

Servo myservo4;

int FotoPin = A0; //Ingresso analogico della fotoresistenza

int FotoValue;

int ledPinluce = 52; //LED del sensore di luminosità

#define LM35_TEMP 8 // Pin analogico 0

#define LM35_REF 9 // Pin analogico 1

float temperatura; // variabile in cui viene salvata la temperatura in gradi centigradi

float prev_temperatura = 0; // temperatura precendente

int ref; // valore della tensione di riferimento dei due diodi

int ref_medio = 0; // valore della tensione di riferimento medio

int sensoreTemperatura; // valore di tensione letto dal pin OUT del sensore

int sensoreTemperatura_medio = 0; // valore sensoreTemperatura medio

int cont; //contatore usato per ottenere un valore medio

int ledPintemp = 53; //LED rosso della temperatura

int TermoTrim = A5;

int umidita = 55; //Umidità

byte termometro[8] = //icona di un termometro

B00100,

B01010,

B01010,

B01110,

B01110,

B11111,

B11111,

B01110,

;

byte goccia[8] = //icona di una goccia d'acqua

B00100,

B00100,

B01010,

B01010,

B10001,

B10001,

B10001,

B01110,

;

byte lampadina1[8] = //icona di una goccia d'acqua

B01001,

B00010,

B10100,

B00100,

20

B10010,

B00001,

B00001,

B00000,

;

byte lampadina2[8] = //icona di una goccia d'acqua

B10010,

B01000,

B00101,

B00100,

B01001,

B10000,

B10000,

B00000,

;

int buzzer = 6; //buzzer connesso al pin 6

const int Puls1 = 22;

const int LEDallarme = 48;

int pirPin = 7; //il PIN di Arduino a cui è collegato il sensore

int ALLARME;

int val1 = 0;

int vecchio_val1 = 0;

int stato1 = 0;

int RECV_PIN = 51;

const long CHM = 0xFFA25D; //Motore porta 1

const long CH = 0xFF629D; //Luce stanza 1 ON

const long CHP = 0xFFE21D; //Luce stanza 1 OFF

const long PREV = 0xFF22DD; //Motore porta 2

const long NEXT = 0xFF02FD; //Luce stanza 2 ON

const long PLAY = 0xFFC23D; //Luce stanza 2 OFF

const long VOLM = 0xFFE01F; //Motore porta 3

const long VOLP = 0xFFA857; //Luce stanza 3 ON

const long EQ = 0xFF906F; //Luce stanza 3 OFF

const long ZERO = 0xFF6897; //Motore porta 4

const long CENTO = 0x9867; //Luce stanza 4 ON

const long DUECENTO = 0xFFB04F; //Luce stanza 4 OFF

const long UNO = 0xFF30CF;

const long DUE = 0xFF18E7; //Luce stanza 5 ON

const long TRE = 0xFF7A85; //Luce stanza 5 OFF

const long QUATTRO = 0xFF10EF;

const long CINQUE = 0xFF38C7; //Luce stanza 6 ON

const long SEI = 0xFF5AA5; //Luce stanza 6 OFF

const long SETTE = 0xFF42BD;

const long OTTO = 0xFF4AB5; //Luce stanza 7 ON

const long NOVE = 0xFF52AD; //Luce stanza 7 OFF

IRrecv irrecv(RECV_PIN);

decode_results results;

int bluerx = 0;

int flag = 0;

int sensorefumo = A15;

int sensorValue = 0;

void setup()

Serial.begin(9600);

21

irrecv.enableIRIn(); // Start the receiver

myservo1.attach(10); // Imposta il servo al pin 10

myservo2.attach(11);



pinMode(ledPinluce, OUTPUT);

pinMode(23, OUTPUT);

















pinMode(LEDallarme,OUTPUT);

pinMode(ledPintemp, OUTPUT);

pinMode(pirPin, INPUT);

digitalWrite(pirPin, LOW);

digitalWrite(49, HIGH);

lcd.begin(20, 4);

lcd.createChar(1,termometro);

lcd.createChar(2,goccia);

lcd.createChar(3,lampadina1);

lcd.createChar(4,lampadina2);

pinMode(buzzer,OUTPUT);

pinMode(LEDallarme, OUTPUT);

pinMode(22, INPUT);

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("Temperatura:");

lcd.write(1);

lcd.print(" ");


lcd.print("C");


lcd.print("Luce: ");

lcd.write(3);

lcd.write(4);

lcd.print(" ");


lcd.print("Umidita': ");

lcd.write(2);

lcd.print(" ");


lcd.print("Allarme:");

22

void loop()

//--------BLUETOOTH------

if(Serial.available() > 0)

bluerx = Serial.read();

flag=0;

//-------INFRAROSSI-------

if (irrecv.decode(&results))

Serial.println(results.value,HEX);

irrecv.resume(); // Receive the next value

//---------PORTE AUTOMATICHE---------

//---------PORTA 1---------

myservo1.write(90);

float sensorValue1 = analogRead(A1)*(5.0/1023);

// Serial.println("1");

// Serial.println(sensorValue1);

if ((sensorValue1 < 0.5) || (results.value == CHM) || (bluerx == 'A'))

myservo1.write(5);

if(flag == 0)

Serial.println("PORTA 1: aperta");

flag = 1;

else

if (bluerx == 'a')

myservo1.write(90);

if(flag == 0)

Serial.println("PORTA 1: chiusa");

flag = 1;

//---------PORTA 2---------

myservo2.write(15);


//Serial.println("2");


if ((sensorValue2 < 0.5) || (results.value == PREV) || (bluerx == 'B'))

myservo2.write(90);

if(flag == 0)


flag = 1;

else

if (bluerx == 'b')

myservo2.write(15);

23

if(flag == 0)


flag = 1;

//---------PORTA 3---------

myservo3.write(90);




if ((sensorValue3 < 0.5) || (results.value == VOLM) || (bluerx == 'C'))

myservo3.write(5);

if(flag == 0)


flag = 1;

else

if (bluerx == 'c')

myservo3.write(90);

if(flag == 0)


flag = 1;

//---------PORTA 4---------

myservo4.write(90);

// float sensorValue4 = analogRead(A4)*(5.0/1023);



if ((results.value == ZERO) || (bluerx == 'D'))

myservo4.write(10);

if(flag == 0)


flag = 1;

else

if (bluerx == 'd')

myservo4.write(90);

if(flag == 0)


flag = 1;

;

//---------LUCE---------

//---------ESTERNO---------

FotoValue = analogRead(FotoPin);

if ((FotoValue < 30) || (bluerx == 'E'))

digitalWrite(ledPinluce, HIGH);

24

digitalWrite(23,HIGH);




if ((FotoValue > 30) || (bluerx == 'e'))

digitalWrite(ledPinluce, LOW);

digitalWrite(23,LOW);




//---------INTERNO---------

//STANZA 1

if ((results.value == CH) ||(bluerx == 'F'))




if ((results.value == CHP)||(bluerx == 'f'))




//STANZA 2

if ((results.value == NEXT)||(bluerx == 'G'))



if ((results.value == PLAY)||(bluerx == 'g'))



//STANZA 3

if ((results.value == VOLP)||(bluerx == 'H'))


if ((results.value == EQ)||(bluerx == 'h'))


//STANZA 4

if ((results.value == CENTO)||(bluerx == 'I'))


if ((results.value == DUECENTO)||(bluerx == 'i'))


//STANZA 5

if ((results.value == DUE)||(bluerx == 'J'))


if ((results.value == TRE)||(bluerx == 'j'))


25

//STANZA 6

if ((results.value == CINQUE)||(bluerx == 'K'))


if ((results.value == SEI)||(bluerx == 'k'))


//STANZA 7

if ((results.value == OTTO)||(bluerx == 'L'))



if ((results.value == NOVE)||(bluerx == 'l'))



//------TEMPERATURA------

int soiatemp = map (analogRead (TermoTrim),0,1023,0,40);

if (bluerx == 'R')

Serial.print("Il riscaldamento si accende a ");

Serial.print(soiatemp);

Serial.println("°C");

bluerx = 'r';

for( cont = 0; cont < 10; cont++)

sensoreTemperatura = analogRead(LM35_TEMP); // lettura della tensione del pin OUT LM35

sensoreTemperatura_medio += sensoreTemperatura; //sommatoria dei valori

ref = analogRead(LM35_REF); // lettura della tensione di riferimento

ref_medio += ref; // sommatoria dei valori

delay(50); // intervallo di campionamento

//la lettura durera' 10 (numero di campioni) x 50ms (intervallo tra due campioni) = 500ms

if(cont == 10) // quando ho sommato i dieci valori campionati si esegue:

cont = 0; // azzeramento contatore, per far ripartire il successivo campionamento

// media della sommatoria dei dieci valori campionati di ref e sensoreTemperatura

sensoreTemperatura_medio = sensoreTemperatura_medio / 10;

ref_medio = ref_medio / 10;

// conversione dei valori medi misurati in una temperatura in gradi centigradi

temperatura = (sensoreTemperatura_medio - ref_medio) * 100/2.56;

temperatura = temperatura * 5/1024;

// valore di temperatura che verra' mostrato quando si e' in fase di campionamento

//e non c'e' una temperatura disponibile

prev_temperatura = temperatura;

// prima di un successiva acquisizione e media questi valori vanno azzerati

sensoreTemperatura_medio = 0;

ref_medio = 0;

else

temperatura = prev_temperatura;

temperatura = temperatura - 7;

26

if (temperatura < soiatemp)

// if (temperatura < 20)

digitalWrite(ledPintemp, HIGH);

else

digitalWrite(ledPintemp, LOW);

if (bluerx == 'T')

Serial.print("La temperatura è di ");

Serial.print(temperatura);

Serial.println("°C");

bluerx = 't';

//----------UMIDITA--------------

DHT.read11(dht_dpin);

if (bluerx == 'U')

Serial.print("L'umidità è al ");

Serial.print(DHT.humidity);

Serial.println("%");

bluerx = 'u';

//----------ALLARME---------------

if (digitalRead(Puls1)==HIGH)

if (ALLARME == LOW)

ALLARME = HIGH;

digitalWrite(LEDallarme, HIGH); //Accende il LED dell'accensione dell'allarme

digitalWrite(49, LOW);


lcd.print(" ATTIVO ");

if(digitalRead(pirPin) == HIGH)

Serial.println("ALLARME");


lcd.print("-------ALLARME------");

digitalWrite(buzzer,HIGH);

delay(100);

digitalWrite(buzzer,LOW);

delay(500);

digitalWrite(buzzer,HIGH);

delay(100);

digitalWrite(buzzer,LOW);

delay(100);

else


lcd.print("Allarme: ATTIVO ");

if (digitalRead(Puls1)==LOW)


27

lcd.print("Allarme: INATTIVO ");

if (ALLARME == HIGH)

ALLARME = LOW;

digitalWrite(LEDallarme, LOW); //Spegne il LED dell'allarme



lcd.print("Allarme:");


lcd.print("INATTIVO");

if(bluerx == 'S')

if (digitalRead(Puls1)==HIGH)

Serial.println("Sistema di allarme: ATTIVO");

else

Serial.println("Sistema di allarme: INATTIVO");

bluerx='s';

//----------GAS---------------

sensorValue = analogRead(sensorefumo);

//Serial.println(sensorValue, DEC);

if (sensorValue > 700)


else


if(bluerx == 'V')


Serial.println("Perdita di GAS probabilmente nociva");

else

Serial.println("GAS a livelli normali");

bluerx='v';

//-------DISPLAY-------

//DTMP


lcd.print(temperatura);


lcd.print((char)223);

//DLUCE


if (FotoValue < 30)

lcd.print("ON ");

else

lcd.print("OFF");

//DUMI

if (DHT.humidity > 0)


lcd.print(DHT.humidity);


lcd.print("% ");

28

5.6. DESCRIZIONE DEI SINGOLI IMPIANTI

5.6.1. IMPIANTO DI ILLUMINAZIONE

Limpianto di illuminazione è composto da 18 LED bianchi,

collegati per stanze, ad esempio la camera matrimoniale

contiene 2 LED collegati in parallelo con gli anodi collegati ad

una resistenza da 150Ω e un LED che ha in serie una resistenza

da 220Ω.

[Esempio di lampadina

a LED per la casa]

Con lo stesso criterio con il quale sono stati collegati i LED

della camera matrimoniale, sono stati messi tutti gli altri LED

della casa, cioè quando necessitavano 2 LED veniva saldata la

resistenza da 150Ω invece se il LED era uno solo la resistenza

che veniva messa era da 220Ω.

L’intero impianto è azionabile da cellulare tramite l’apposita

APP via bluetooh, oppure tramite telecomando a infrarossi.

29

5.6.2. SISTEMA DI ALLARME

Per il sistema di allarme è stato utilizzato un sensore di

movimento PIR a infrarossi con un raggio di azione di circa 7

metri.

Questo componente ha 3 uscite:

una è massa, un’altra alimentazione

e l’altra uscita è stata collegata al

PIN digitale 7 dell’Arduino Mega.

Questo sensore all’uscita da un

singolo bit, alto quando viene

rilevato un movimento e basso in mancanza di

rilevamento. Quindi basterà far fare ad Arduino un controllo

del piedino per vedere se una volta attivato l’allarme c’è o no

movimento. Per l’attivazione dell’allarme invece ho utilizzato

un tastierino numerico controllato da un Arduino Nano.

30

Quest’ultimo controlla il corretto inserimento della password

nel corretto ordine, nel caso di inserimento corretto se

l’allarme è disattivato lo attiva, al contratio se è già attivato lo

disattiva. I PIN del tastierino sono collegati ai PIN dal 6 al 12

dell’Arduino Nano il quale ha poi un’uscita, ovvero il piedino

13, che manda il segnale di attivare o disattivare l’allarme

all’altro Arduino.

Ovviamente anche l’allarme è controllabile da smartphone,

grazie all’apposita APP che consente con un click di controllare

se l’allarme è attivo o disattivo.

31

#include <Keypad.h>

const byte ROWS = 4; //quattro righe

const byte COLS = 3; //tre colonne

char keyInsert[6];

// Queste variabili servono come verifica del corretto inserimento del codice

int i = 0;

int j = 0;

int s = 0;

int x = 0;

// Codice segreto

char code[7]= "0696";

char keys[ROWS][COLS] =

'1','2','3',

'4','5','6',

'7','8','9',

'*','0','#'

;

byte rowPins[ROWS] = 7,12,11,9; //i Pin a cui sono connesse le righe del KeyPad

byte colPins[COLS] = 8,6,10; // i Pin a cui sono connesse le colonne del

KeyPad

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

int redPin = 5;

int greenPin = 4;

int stato = 0;

void setup()

Serial.begin(9600);

pinMode(redPin, OUTPUT);

pinMode(greenPin, OUTPUT);

digitalWrite(redPin, LOW);

digitalWrite(greenPin, HIGH);


void loop()

if(stato==0)

char key = keypad.getKey();

if (i==0)

i++;

if (key != NO_KEY && j<4) //4 sono i numeri da inserire

keyInsert[j]=key;

j++;

if(key == '*') //l'asterisco sarebbe il tasto invio che verifica il codice

for(s=0; s<4;s++)

if(keyInsert[s]==code[s])

x++;

if(x==4) //Quando tutti e quattro i numeri sono corretti accende il LED verde

digitalWrite(redPin, HIGH);

digitalWrite(greenPin, LOW);

Serial.println("ALLARME INSERITO");


32

stato=1;

x=0;

i=0;

j=0;

else

x=0;

i=0;

j=0;

s=0;

if(stato==1)

char key = keypad.getKey();

if (i==0)

i++;

//4 sono i numeri da inserire

if (key != NO_KEY && j<4)

keyInsert[j]=key;

j++;

if(key == '*') //l'asterisco sarebbe il tasto invio che verifica il codice

for(s=0; s<4;s++)

if(keyInsert[s]==code[s])

x++;

if(x==4) //Quando tutti e quattro i numeri sono corretti accende il LED verde

digitalWrite(redPin, LOW);

digitalWrite(greenPin, HIGH);

Serial.println("ALLARME DISINSERITO");


stato=0;

x=0;

i=0;

j=0;

else

x=0;

i=0;

j=0;

s=0;

33

5.6.3. AUTOMATIZZAZIONE INFISSI

Gli infissi, più nello specifico le porte, sono automatizzati

grazie a dei sensori di passaggio che quando rilevano una

presenza fanno si che le porte si aprano.

I sensori posizionati nei pressi delle porte sono composti di un

trasmettitore infrarosso (TIL31B) e ovviamente anche un

ricevitore ( TIL81).

Il trasmettitore basta semplicemente alimentarlo, mettendo il +

all’alimentazione e al piedino negativo ha collegate due

resistenze in parallelo da 68Ω.

34

Il ricevitore invee ha bisogno del transistor BC547B, infatti

l’anodo del ricevitore va messo al piedino centrale del

transistor, il quale avrà un pin all’alimentazione e l’altro che

con una resistenza da 1kΩ andrà collegato a massa e

contemporaneamente sarà anche collegato al PIN analogico di

Arduino. Le porte sono collegate ai PIN analogici A1, A2, A3 e

A4. Poi il programma farà si che ogni qual volta il sensore

infrarossi rilevi una presenza aprirà la relativa porta,

controllata da dei servo motori collegati ai PIN digitali 10, 11,

12 e 13. Per far funzionare i servi Arduino ha bisogna della

relativa libreria “Servo.h” che con il comando myservo.write

farà aprire o chiudere la porta fino al punto desiderato. I servi

sono di piccole dimensioni (90g) e permettono di spostare pesi

molto leggeri, quindi per porte di dimensioni reali andrebbero

usati un altro tipo di servi.

35

5.6.4. SENSORI AMBIENTE

Per i sensori d’ambiente ho utilizzato un DHT11 per l’umidità e

LM35DZ con un particolare circuito per la temperatura. In

realtà anche il sensore DHT11 oltre che all’umidità è anche un

sensore di temperatura ma non misura le temperature sotto lo

0, quindi per realizzare un sensore più reale e utilizzabile

ovunque ho dovuto aggiungere due diodi e una resistenza, così

da spostare il punto di massa dell’integrato e poter raggiungere

temperature fino a -10 C° :

Una volta collegato

l’integrato LM358N con il sensore, i diodi e le resistenze come

in figura ho programmato Arduino per far si che faccia una

media tra i due valori in uscita dal circuito e li converta in C°.

sensoreTemperatura_medio = sensoreTemperatura_medio / 10;

ref_medio = ref_medio / 10;

temperatura = (sensoreTemperatura_medio - ref_medio) * 100/2.56;

temperatura = temperatura * 5/1024;

prev_temperatura = temperatura;

sensoreTemperatura_medio = 0;

ref_medio = 0;

Questo è il codice per un singolo

campionamento, poi basta inserire

queste linee di codice all’interno di un

ciclo for per effettuare un

campionamento ogni 500ms.

36

Per l’umidità è bastato collegare il

DHT11 come nello schema e utilizzare

la libreria <dht.h> dell’Arduino così da

riderre le linee di codice ad un semplice:

DHT.read11(dht_dpin);

Serial.print(DHT.humidity);

Così visualizziamo sul monitor seriale l’umidità esatta senza

fare altri calcoli.

Come ulteriore controllo per l’ambiente ho infine inserito un

QM5 un sensore di gas, che rileva la presenza di gas

possibilmente nocivi come propano, gpl, fumo, ecc. Per

controllare questo sensore ho scritto questo codice:

sensorValue = analogRead(sensorefumo);

Serial.println(sensorValue, DEC);



else


Ovvero basta una semplice lettura

analogica e un controllo che verifichi

che il valore che ne esce sia inferiore a

700 che è il limite nel quale la perdita

potrebbe diventare nociva dato che

supera il 50%.

37

5.6.5. INFRAROSSI

Per il controllo dell’intero impianto, come spiegato in

precendenza, ci sono differenti modi di trasmissione dati. Per lo

sviluppo di questo Prototipo ne ho utilizzati come esempi due.

Il primo di questi e il meno recente in fatto di utilizzo sul

campo, è il sistema infrarossi.

Per l’hardware di questo sistema ho utilizzato il telecomando

con apposito ricevitore. Questi collegando il ricevitore al pin 51

e assegnado all’interno del codice il medesimo pin alla variabile

“RECV_PIN”(contenuta poi nella libreria <IRemote.h>),

consente al telecomando di inviare segnali. Questi segnali

vanno poi interpretati, dato che ogni marca di telecomando

invia codici diversi. La tabella del telecomando che ho

utilizzato è:

CHM = 0xFFA25D; //Motore porta 1

CH = 0xFF629D; //Luce stanza 1 ON

CHP = 0xFFE21D; //Luce stanza 1 OFF

PREV = 0xFF22DD; //Motore porta 2

NEXT = 0xFF02FD; //Luce stanza 2 ON

PLAY = 0xFFC23D; //Luce stanza 2 OFF

VOLM = 0xFFE01F; //Motore porta 3

VOLP = 0xFFA857; //Luce stanza 3 ON

EQ = 0xFF906F; //Luce stanza 3 OFF

ZERO = 0xFF6897; //Motore porta 4

CENTO = 0x9867; //Luce stanza 4 ON

DUECENTO = 0xFFB04F; //Luce stanza 4 OFF

UNO = 0xFF30CF;

DUE = 0xFF18E7; //Luce stanza 5 ON

TRE = 0xFF7A85; //Luce stanza 5 OFF

QUATTRO = 0xFF10EF;

CINQUE = 0xFF38C7; //Luce stanza 6 ON

SEI = 0xFF5AA5; //Luce stanza 6 OFF

SETTE = 0xFF42BD;

OTTO = 0xFF4AB5; //Luce stanza 7 ON

NOVE = 0xFF52AD; //Luce stanza 7 OFF

38

Quindi dalla tabella che ho creato provando tutti i pulsanti e

segnandomi il valore ricevuto di volta in volta, si può vedere

che a ogni tasto corrisponde uno specifico codice, facendo però

attenzione che il telecomando a volte invia dei codici errati

probabilmente causati dal non perfetto antirimbalzo dei

pulsanti, quindi bisogna vedere il codice che arriva più spesso

premendo lo stesso pulsante.

Successivamente è bastato assegnare ad ogni codice ricevuto

un nome (per esempio CHM) e far eseguire una specifica

azione quando RECV_PIN riceve un determinato codice.

39

5.6.6. BLUETOOTH

Un altro sistema di trasmissione dati, per le

funzioni domotiche all’interno della casa è

il bluetooth. Il dispositivo che permette

questa funzione è l’HC06 un modulo

bluetooth per arduino.

Questo funge da monitor seriale ricevendo e

inviando testi tramite bluetooth. Quindi il

modo più semplice di utilizzarlo inizialmente è

quello di scaricare un app (BlueTerm) che

vusualizza il monitor seriale sul telefono, con

possibilità di inserire anche un testo.

Quindi sul programma basta leggere il monor seriale con il

comando Serial.read() e scrivere con il comando Serial.print() o

Serial.println(). Una volta impostati i diversi valori assegnando

una funzione a ciscuno di essi, ho verificato con l’app

BlueTerm il funzionamento. Ora per migliorare la grafica

mobile è necessario realizzare un app dal principio.

40

6. APP PER SMARTPHONE

Per la realizzazione dell’app ho utilizzato l’ambiente di

sviluppo free online, MIT App Inventor, che consente la

creazione di una applicazione utilizzando il sistema di

programmazione a blocchi.

L’app consente di accendere le luci e aprire le porte di tutta la

casa, in più permette anche di controllare la temperatura,

l’umidità e anche il sistema di allarme.

Ecco alcuni schemi della programmazione:

41

E la grafica:

42

L’applicazione è strutturata in modo da avere una schermata di

intro con il logo, poi una volta entrati nel corpo dell’app si ha

inizialmente due pulsanti che permettono l’associazione e la

disconnessione dal bluetooth dell’impianto domotico.

Successivamente come si può vedere si hanno le luci dove per

attivarle bisogna cliccare sulle rispettive icone, con un tocco

breve si accendono invece con un tocco lungo si spengono; con

la stessa logica funzionano le quattro porte della casa.

Poi si possono trovare i sensori ambiente, ovvero: temperatura,

riscaldamento, umidità e gas. Questi sensori funzionano

cliccando sul nome del sensore e una volta fatto viene

visualizzato subito sotto il vaolre in un label a sfondo bianco.

L’allarme funziona come i sensori ambiente ovvero quando si

clicca sulla parola “Verifica Allarme” viene visualizzata sotto la

situazione attuale dell’allarme.

Alla fine del corpo dell’applicazione c’è il pulsante

“impostazioni” questo permette di vedere con quale logica sono

settati i comandi per l’invio al seriale di Arduino.

Per il momento visualizza solo i valori attuali che in futuro

potrebbero essere sostituiti con delle variabili presonalizzabili a

piacimento dall’utente, in modo da essere più versatile e

utilizzabile in ogni situazione e/o impianto.

43

All’interno dell’app, ultimo in ordine di creazione, come si può

vedere dall’ultima schermata è situato il pulsante per i comandi

vocali. Sotto di questo pulsante c’è una spunta “Feedback

Vocale”; questa spunta quando è disatttivata basterà premere

sul pulsante subito sopra e pronunciare l’azione desiderata e

Arduino eseguirà. Invece diventa molto più complessa

l’operazione quando la spunta è attiva, dato che il database di

domanda-risposta è molto più ampio e permette anche

domande al di fuori della propria abitazione, ad esempio le

condizioni meteo delle giornate future o i luoghi di interesse

più vicini, tutto questo lo fa appoggiandosi a dei siti online.

Questo assistente volcale l’ho implementato con una serie di

risposte random ogni domanda fatta, cioè quando gli si pone un

quesito l’app sceglierà una tra tre o più risposte preinserite in

maniera casuale gestendo molte variabili locali che definiscono

le singole risposte.

L’app è disponibile già da qualche settimana sull’APP STORE

GOOGLE quindi su tutti gli smartphone Android,

indifferentemente dalla versione del OS utilizzato, dalla 2.2 alla

5.0.

44

7. CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

Il progetto è completamente funzionanate e permette anche

miglioramenti e sviluppi futuri che possono essere:

- Autenticazione migliorata tramite tecnologia RFID.

- Aggiunta di nuove funzionalità al sistema domotico.

- Aggiunta di nuovi sensori.

- Miglioramento del sistema di riscaldamento della casa in

modo da poter prevedere l’accensione anticipata di

termosifoni o climatizzatori.

- Miglioramento del sistema dei comandi vocali.

- Applicazioni in scala 1:1 per impianti reali.

Tutti questi miglioramenti sono applicabili senza enormi

difficoltà, avendo un budget economico consistente, dato che

per far muovere una porta vera o aprire una serranda

automaticamente si necessita di motori potenti e di costo

abbastanza sostenuto.

Le nuove funzionalità da poter inserire al sistema sono

l’automatizzazione di serrande a scorrimento e serrande a

bascula, che per ovvi problemi di dimensioni non ho potuto

inserire nel mio impianto. Come sensori invece si potrebbe

aggiungere ad esempio un sensore atmosferico che permetta

alla casa di sapere in tempo reale se sta piovendo o se c’è il

sole, così da poter agire di conseguenza su serrande porte ecc.

Il miglioramento dei comandi vocali consiste nel ingrandire il

database di frasi che l’app conosce.

Questi sono solo alcuni esempi di come si potrebbe ampliare il

progetto, in realtà le effettive migliorie sono pressocchè

infinite!

45

8. BIBLIOGRAFIA

www.michelangelomezzelani.altervista.org

www.domotica.it

www.domotica.ch

www.intrage.it

www.bticino.it

www.came.com

www.arduino.cc

http://www.michelangelomezzelani.altervista.org/

http://www.domotica.it/

http://www.domotica.ch/

http://www.intrage.it/

http://www.bticino.it/

http://www.came.com/

http://www.arduino.cc/

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