Создание умного дома на базе Arduino

В. А. Петин
СОЗДАНИЕ УМНОГО 
ДОМА НА БАЗЕ ARDUINO
Москва, 2018

УДК 681.4:004.9Arduino
ББК 32.816с515+32.965с515
 
П29
Петин В. А.
П29	
Создание умного дома на базе Arduino.  – М.: ДМК Пресс, 
2018. – 180 с.
ISBN 978-5-97060-620-9
С появлением интернета вещей отношения умного дома с владельцем 
переходят на новый уровень – теперь контроллер, управляющий жилищем, 
может в любой момент связаться с хозяином и получить от него новое задание. Специальное приложение для Android или iOS позволит вам управлять 
своим домом с экрана смартфона из соседней комнаты или с другого континента. Взаимодействовать с техникой будущего и разрабатывать новые 
способы применения интернета вещей научит вас эта книга – в ней есть 
всё, что нужно для творчества. Издание познакомит вас с основами создания и отладки проектов по автоматизации дома на основе контроллеров 
Arduino и NodeMCU.
УДК  681.4:004.9Arduino
ББК  32.816с515+32.965с515
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена 
в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного 
разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку 
вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи 
с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
	
© ООО «ЭМБИТЕХ Групп», 2018
ISBN 978-5-97060-620-9	
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2018

СОДЕРЖАНИЕ
	
Понятие интернета вещей для умного дома................ 7
2
	
Обзор набора «Интернет вещей для умного дома»....10
3
	
Установка программного обеспечения........................ 16
3.1. Установка Arduino IDE в Windows................................. 17
3.2. Установка Arduino IDE в Linux...................................... 19
3.3. Установка Arduino IDE в Mac OS X................................ 20
3.4. Настройка среды Arduino IDE....................................... 20
3.5. Установка Arduino IDE для ESP8266.............................. 23
4
	
Подключение датчиков...................................................... 27
4.1. Датчик влажности и температуры DHT11 (DHT22)..... 28
4.1.1. Подключение датчика DHT22 к плате  
Arduino MEGA................................................................. 30
4.1.2. Подключение датчика DHT22 к модулю  
NodeMCU ESP8266.......................................................... 32
4.2. Цифровой датчик температуры RI002......................... 33
4.2.1. Подключение датчика RI002 к плате  
Arduino MEGA................................................................. 35
4.2.2. Подключение датчика DS18B20 к модулю  
NodeMCU ESP8266.......................................................... 38
4.3. Датчик увлажненности почвы...................................... 41
4.3.1. Подключение датчика Soil Moisture  
к плате Arduino MEGA.................................................... 43
4.3.2. Расширение аналоговых входов –  
мультиплексор CD4051.................................................. 45
4.3.3. Подключение датчика Soil Moisture  
к модулю NodeMCU ESP8266......................................... 47
4.4. Датчик уровня воды...................................................... 50
4.4.1. Подключение датчика уровня воды  
к плате Arduino MEGA.................................................... 50
4.4.2. Подключение датчика уровня воды  
к модулю NodeMCU ESP8266......................................... 53

СОДЕРЖАНИЕ
4.5. Датчик газов MQ-2........................................................ 55
4.5.1. Подключение датчика MQ-2 к плате  
Arduino MEGA................................................................. 56
4.5.2. Подключение датчика MQ-2 к модулю  
NodeMCU ESP8266.......................................................... 59
4.6. Датчик угарного газа MQ-7........................................... 63
4.6.1. Подключение датчика MQ-7 к плате  
Arduino MEGA................................................................. 64
4.6.2. Подключение датчика MQ-7 к модулю  
NodeMCU ESP8266.......................................................... 66
4.7. Модуль датчика огня Flame Sensor............................... 69
4.7.1. Подключение модуля датчика Flame Sensor  
к плате Arduino MEGA.................................................... 70
4.7.2. Подключение модуля датчика Flame Sensor  
к модулю NodeMCU ESP8266......................................... 73
4.8. Модуль датчика присутствия HC-SR501....................... 75
4.8.1. Подключение модуля датчика присутствия  
HC-SR501 к плате Arduino MEGA................................... 76
4.8.2. Подключение модуля датчика присутствия  
HC-SR501 к модулю NodeMCU ESP8266........................ 79
5
 Отображение показаний  
и индикация состояний датчиков.................................. 82
5.1. Цифровой дисплей Nokia 5110..................................... 83
5.2. Вывод показаний датчиков на дисплей  
Nokia 5110 для Arduino MEGA.............................................. 84
5.3. Светодиодная индикация и звуковая  
сигнализация  о критических параметрах датчиков  
для Arduino MEGA................................................................ 88
5.4. Увеличение цифровых контактов для NodeMCU  
для ESP8266. Микросхема MCP23017.................................. 92
5.5. Светодиодная индикация и звуковая  
сигнализация  о критических параметрах датчиков  
для NodeMCU........................................................................ 94
5.6. TFT 2.4" Shield 240x320.................................................. 98
5.7. Вывод показаний датчиков на TFT 2.4"  
Shield 240×320 для Arduino MEGA..................................... 100

СОДЕРЖАНИЕ
 Управление исполнительными устройствами........ 104
6.1. Подключение блока реле для управления  
исполнительными устройствами...................................... 105
6.2. Подключение блока реле к плате Arduino MEGA....... 106
6.3. Подключение блока реле к модулю NodeMCU........... 109
6.4. Управление блока реле по ИК-каналу  
(для NodeMCU).................................................................... 112
6.5. Организация доступа в дом с помощью  
RFID-модуля для Arduino MEGA........................................ 116
6.6. Отображение данных о статусе исполнительных 
устройств на экране дисплея и управление  
с помощью сенсора............................................................ 120
7 
Создание будильников для запуска  
исполнительных устройств по расписанию............. 127
7.1. Подключение модуля DS3231 к плате  
Arduino MEGA. Добавление срабатывания устройств  
умного дома  по будильнику (для Arduino MEGA)........... 129
7.2. Использование TFT 2.4" Shield 240×320. Вывод  
времени на экран дисплея................................................. 131
7.3. Вывод списка будильников на TFT 2.4 Shield  
240×320................................................................................ 132
7.3. Подключение модуля DS3231 к модулю NodeMCU.... 134
7.4. Добавление срабатывания устройств умного  
дома  по будильнику (для NodeMCU)................................ 138
8
 
Организация подключения к сети Интернет........... 140
8.1. Модуль GSM/GPRS SIM800L......................................... 141
8.2. Управление модулем  GSM/GPRS SIM800L   
с помощью AT-команд....................................................... 143
8.3. Подключение модуля  GSM/GPRS SIM800L  
к плате Arduino MEGA ....................................................... 146
8.4. Подключение модуля NodeMCU к сети Интернет  
по Wi-Fi .............................................................................. 153

СОДЕРЖАНИЕ
9 
Протокол MQTT – простой протокол  
для интернета вещей........................................................ 156
9.1. IoT Manager.................................................................. 158
9.2. Передача данных брокеру (тестовый пример).......... 162
9.3. Публикация данных датчиков в темы брокера  
(для NodeMCU).................................................................... 165
9.4. Управление из IoT Manager исполнительными  
устройствами на плате NodeMCU..................................... 170
9.5. Публикация данных датчиков в темы брокера  
(для Arduino MEGA)............................................................ 175
Заключение................................................................................. 179

ГЛАВА 
СТРАНИЦА
1	ПОНЯТИЕ ИНТЕРНЕТА 
ВЕЩЕЙ ДЛЯ УМНОГО ДОМА
2
Обзор набора «Интернет вещей для умного 
дома»
10
3
Установка программного обеспечения
16
4
Подключение датчиков
27
5
Отображение показаний и индикация  
состояний датчиков
82
6
Управление исполнительными устройствами
104
7
Создание будильников для запуска  
исполнительных устройств по расписанию
127
8
Организация подключения к сети Интернет
140
9
Протокол MQTT – простой протокол  
для интернета вещей
156

Умный дом – это жилой дом, организованный для удобства проживания людей при помощи различных высокотехнологичных 
устройств. 
Умный дом понимает конкретные ситуации, происходящие 
в  здании, и  соответствующим образом на них реагирует по заранее выработанным алгоритмам.
 При этом человек одной командой задает желаемую обстановку, а уже автоматика в соответствии с внешними и внутренними 
условиями задает и  отслеживает режимы работы всех инженерных систем и электроприборов.
Умный дом сам настроит работу всех систем в  соответствии 
с пожеланием человека, временем суток, его положением в доме, 
погодой, внешней освещенностью для обеспечения комфортного 
состояния внутри дома.
Создание умного дома предполагает наличие умных устройств.
Но как устройство может стать «умным»?
Первый вариант – за счет изменения своей конструкции: эта 
конструкция может быть таковой, что поведение системы может 
выглядеть разумным.
Второй вариант  – за счет «интеллектуализации» (оснащения 
системы устройствами сбора информации, ее обработки и  принятий решений). Такой подход позволяет обеспечить достаточно 
сложное и «разумное» поведение гораздо более простыми способами, чем за счет создания соответствующей конструкции.
Наконец, третий вариант  – поведение системы становится 
«разумным» за счет того, что она взаимодействует с другими системами. Технология IoT (интернет вещей) как раз и  предоставляет возможность каждому элементу умного дома (вещи) и всему 
умному дому выйти в пространство интернет-паутины и обмениваться информацией с другими вещами и системами.
Чем же привлекателен третий вариант? 
Во-первых, предоставляет гораздо больше возможностей для 
организации умного дома (можно использовать данные со всего 
интернет-пространства), во-вторых, он более экономичен (провести Интернет стоит гораздо дешевле создания сложных интеллектуальных устройств). 
Наш набор «Интернет вещей для умного дома» на основе контроллера Arduino MEGA или платы NodeMCU ESP8266 позволит 
вам создать элементы умного дома с использованием технологии 
интернет вещей.

В книге мы пошагово рассмотрим процесс подключения и мониторинга датчиков, удаленного управления исполнительными 
устройствами умного дома через Интернет. Мы познакомимся 
c  мобильным приложением IoT Manager, которое поможет нам 
использовать телефон или планшет в качестве пульта управления 
из любой точки земного шара. 

ГЛАВА 
СТРАНИЦА
7
2	ОБЗОР НАБОРА «ИНТЕРНЕТ 
ВЕЩЕЙ ДЛЯ УМНОГО ДОМА»
3
Установка программного обеспечения
16
4
Подключение датчиков
27
5
Отображение показаний и индикация  
состояний датчиков
82
6
Управление исполнительными устройствами
104
7
Создание будильников для запуска  
исполнительных устройств по расписанию
127
8
Организация подключения к сети Интернет
140
9
Протокол MQTT – простой протокол  
для интернета вещей
156