Smart-лампа з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino

Склярук, Владислав Дмитрович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6519

Title:	Smart-лампа з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino
Authors:	Уткіна, Тетяна Юріївна Склярук, Владислав Дмитрович
Issue Date:	Jun-2022
Abstract:	Метою кваліфікаційної роботи бакалавра є розробка Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino, що дозволить легко та зручно керувати освітленням приміщення завдяки широким можливостям налаштування різноманітних режимів та ефектів освітлення, де для кожного світлового ефекту можна змінювати колір, насиченість та яскравість шляхом управління за допомогою Android-додатку з вже вбудованим режимами та світловими ефектами або власними, створеними самим користувачем, чи вмонтованої в корпус Smart-лампи сенсорною кнопкою. У результаті роботи були виконані наступні завдання: − проведено аналіз існуючих на ринку рішень та аналогів та визначені їх переваги та недоліки; − проаналізовано існуючі платформи Arduino та визначена найкраща платформа для розробки Smart-лампи з управлінням по Wi-fi – платформа Arduino WeMos D1 Mini, що містить модуль Wi-fi, має невеликий розмір і малу вартість; − підібрано елементну базу для розробки Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino; − розроблено структурну схему Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino; − визначено середовище Arduino IDE та мова програмування С++ для розробки програмного забезпечення для керування Smart-лампою; − розроблено інструкцію користувача для керування Smart-лампою з управлінням по Wi-fi; − здіснено проектування Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino. На сучасному ринку представлено широкий вибір Smart-ламп з управлінням по Wi-fi різних фірм-виробників, які використовують не лише для освітлення приміщення, а й для створення зони комфорту в інтер’єрі кімнати. Як правило, такі світильники розміщують в спальні, дитячій, вітальні, офісі чи навіть на дворі для відчуття приємної атмосфери в темну пору доби. Для проектування Smart-лампи з управлінням по Wi-fi з технічної сторони проведено системний аналіз та підібрано вигідне збалансоване рішення, як з боку швидкодії і функціоналу, так і з боку вартості самого пристрою. Проект виконано на базі платформи Arduino WeMos D1 Mini, що містить модуль Wi-fi, має невеликий розмір і малу вартість, та адресної світлодіодної гнучкої матриці WS2812b. Запропоноване рішення має широкі можливості для налаштування різноманітних режимів та ефектів освітлення. Для кожного світлового ефекту можна змінювати колір, насиченість та яскравість за допомогою Android-додатку, що має інтуїтивно зрозумілий інтерфейс для легкого та зручного налаштування користувачем, або вмонтованої в корпус лампи сенсорної кнопки. Розроблена Smart-лампа з управлінням по Wi-fi легко впишеться в сучасний інтер’єр квартири чи дому, а також може бути додана до систем управління Smart-будинком.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6519
Appears in Collections:	123 Комп’ютерна інженерія (Спеціалізовані комп’ютерні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_123_2022_Склярук+.pdf Restricted Access		2.44 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ
СИСТЕМ
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: SMART-ЛАМПА З УПРАВЛІННЯМ ПО WI-FI
НА ПЛАТФОРМІ ARDUINO

Виконав: студент 4 курсу, групи СКСC-2077
спеціальності 123 – Комп’ютерна
інженерія
Склярук В.Д.
(прізвище та ініціали)
Керівник Уткіна Т.Ю.
(прізвище та ініціали)
Рецензент
(прізвище та ініціали)

Черкаси 2022 року

ЗМІСТ
ВСТУП ......................................................................................................................... 4
1 АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ ............................................................... 7
2 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ І АНАЛОГІВ SMART-ЛАМП ................ 10
2.1 Види світлодіодних Smart-ламп .................................................................... 10
2.2 Особливості підключення Smart-освітлення ................................................ 11
2.3 Відмінні риси та сфера застосування ............................................................ 12
2.4 Переваги та недоліки Smart-освітлення ........................................................ 13
2.5 Огляд існуючих моделей Smart-ламп ........................................................... 15
2.5.1 Wi-fi Smart-лампочка “Nexlux”з можливістю затемнення ................... 15
2.5.2 Wi-fi Smart-лампочка “Nomi” з динаміком ............................................ 17
2.5.3 Smart-світильник з підключенням до смартфону .................................. 18
2.5.4 3D світильник “Joyver” ............................................................................. 21
2.5.5 Wi-fi проекційна лампа RGB “Panamalar” .............................................. 22
2.5.6 Кутовий LED-торшер ............................................................................... 25
2.5.7 Wi-fi LED Smart-лампочка “VIDEX” ...................................................... 26
2.5.8 Wi-fi LED Smart-лампочка “ErforAi” ...................................................... 28
2.5.9 Wi-fi LED Smart-лампочка “SONOFF” ................................................... 30
2.5.10 Настільна музична лампа Xiaomi “MIDIAN” ........................................ 33
2.6 Обґрунтування проектного рішення ............................................................. 35
3 ОПИС ПРОЕКТНОГО РІШЕННЯ ................................................................. 37
3.1 Платформа Arduino ......................................................................................... 37
3.2 Види платформ Arduino .................................................................................. 38
3.2.1 Платформа UNO ........................................................................................ 39
3.2.2 Платформа Leonardo ................................................................................. 40
3.2.3 Платформа Arduino Mega ......................................................................... 41
3.2.4 Платформа Arduino Nano ......................................................................... 42
3.2.5 Платформа Arduino Mini .......................................................................... 42
3.3 Аналоги Arduino від інших розробників ...................................................... 43
3.4 Обґрунтування вибору платформи для Smart-лампи .................................. 44
3.5 Вибір контролера для Smart-лампи ............................................................... 45
ЧДТУ.222109.001 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Склярук Літ. Лист Листів
Smart-лампа з управлінням по Wi-fi на
Перевір. Утк іна н 2 76
платформі Arduino

Н. Контр. Пояснювальна записка ЧДТУ СКСC-2077
Затверд. Лукашенко

3.5.1 Контролер платформи Arduino ................................................................ 45
3.5.2 Контролер WeMos D1 Mini, сумісний з платформою Arduino ............ 46
3.6 Вибір кнопки управління для Smart-лампи .................................................. 48
3.6.1 Види кнопок............................................................................................... 48
3.6.2 Сенсорна кнопка TTP223В....................................................................... 49
3.7 Вибір адресної стрічки та матриці з адресними світлодіодами для Smart-
лампи .......................................................................................................................... 51
3.7.1 Сутність RGB ............................................................................................ 51
3.7.2 Адресні стрічки ......................................................................................... 52
3.7.3 Матриця за адресними світлодіодами .................................................... 53
3.8 Розробка структурної схеми Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino ..................................................................................................... 54
4 РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ........................................ 56
4.1 Середовище розробки Arduino IDE ............................................................... 56
4.2 Інші середовища розробки ............................................................................. 60
4.3 Обґрунтування вибору середовища розробки для Smart-лампи ................ 65
4.4 Мова програмування C++ та переваги її використання .............................. 66
4.5 Розробка інструкції користувача для Smart-лампи ..................................... 70
ВИСНОВКИ ............................................................................................................. 73
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................ 75

Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 3

ВСТУП
Освітлення в будинку безпосередньо впливає на комфорт, атмосферу,
безпеку, організувати яке можна не лише за допомогою класичних люстр, бра та
торшерів. Сьогодні конкуренцію останнім утворюють Smart-світильники, що
безпосередньо пов’язане з приходом в повсякденне життя електроніки, коли
багато пристроїв використовується не тільки для спрощення побуту людей, а й
для покращення інтер’єру в приміщенні.
Стали популярні так звані Smart-лампи, які не просто освітлюють
приміщення, а можуть створити необхідну атмосферу. Вони мають значний
список переваг і можуть використовуватися в системі Smart-будинку.
Класичний Smart-світильник складається із міцного корпусу. Для його
виготовлення використовуються метал та полікарбонат. Як джерела світла
виступають світлодіоди. Вони не нагріваються в процесі роботи, що виключає
марну втрату енергії, ризик деформації світильника.
Однією з особливостей розумного висвітлення є наявність кількох режимів
функціонування. Вони дозволяють регулювати яскравість, тип світіння (теплий,
холодний). Для цього Smart-світильники, як правило, комплектуються
дистанційним пультом керування. Управління світлом допомагає адаптувати
приміщення для відпочинку, роботи, прибирання з урахуванням часу, погоди та
інших зовнішніх факторів.
Сучасні технології дозволяють створювати розумні світильники
надійними, безпечними, економними, привабливими та довговічними.
Зазвичай вибір Smart-світильників здійснюється за кількома критеріями.
Основний із них – тип монтажу. Розрізняють стельові, настінні, універсальні
моделі – вони всі накладні. Зустрічаються у продажу і варіанти у форматі
настільних ламп, вуличних прожекторів тощо.
Варто зазначити, що колір світіння та потужність самого Smart-
світильника також відіграє не останню роль. Рівень освітлення має відповідати
вимогам конкретних приміщень. Відтак, для вітальні знадобиться світильник на
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 4

200 Лк, для спальні або дитячої – на 15 Лк, для передпокою чи коридору – не
більше 100 Лк. Потужність може змінюватись від 20 до 170 Вт.
Свічення буває білим та жовтим, теплим та холодним. Вибір залежить від
місця встановлення. Наприклад, на кухні або в робочому кабінеті актуальне біле
світло. У зонах відпочинку, як правило, використовують жовтий.
Форма та розмір Smart-світильника підбирають відповідно до стилю
оформлення приміщення. В наш час популярні чіткі геометричні лінії та
мінімалізм. Більшість Smart-світильників оснащуються квадратними, круглими
чи овальними корпусами.
Розробка Smart-пристроїв стає більш доступною та популярною. Зараз
зовсім не обов’язково збирати саморобні хаби, перепрошивати пристрої та
користуватися командним рядком, щоб зробити зі своєї оселі справжній Smart-
будинок.
Для розробки власних Smart-пристроїв достатньо за основу взяти плату
Arduino, яка зазнала великої популярності серед розробників, оскільки вона має
достатньо модифікацій, досить проста в використанні і не дорого коштує, але при
цьому надає можливість розробляти власні електронні пристрої з абсолютно
різним функціоналом. Саме поява та поширення таких платформ як Arduino
стало значним поштовхом для розробки власних Smart-пристроїв в домашніх
умовах. Крім того, Arduino-сумісні контролери є найбільш бюджетними і не
ресурсо затратними, оскільки ці мікроконтролери при придбанні вже мають
вшиту систему та декілька різних входів і контактів для підключення
периферійних пристроїв.
Метою кваліфікаційної роботи бакалавра є розробка Smart-лампи з
управлінням по Wi-fi на платформі Arduino, що дозволить легко та зручно
керувати освітленням приміщення завдяки широким можливостям
налаштування різноманітних режимів та ефектів освітлення, де для кожного
світлового ефекту можна змінювати колір, насиченість та яскравість шляхом
управління за допомогою Android-додатку з вже вбудованим режимами та
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 5

світловими ефектами або власними, створеними самим користувачем, чи
вмонтованої в корпус Smart-лампи сенсорною кнопкою.
Актуальність. Smart-лампа – це світлодіодна лампа, яка оснащена
додатковими датчиками та модулями, які полегшують життя людини, роблять
його простішим, приємнішим та безпечнішим. Різноманітні датчики дозволяють
розширювати можливості джерел світла.
Сучасні технології роблять освітлення будинку безпечним, приємним у
використанні, більш функціональним та економічним. Smart-лампи, що
вбудовані в систему Smart-будинку, забезпечують програмування світильника зі
смартфону на основі операційних систем iOS або Android. Також світлодіодні
Smart-лампи дозволяють заощаджувати на оплаті за електроенергію.
Тому розробка Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino,
яка відрізняється своєю функціональністю від раніше розроблених аналогічних
пристроїв, є завданням актуальним.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:
− провести аналіз існуючих на ринку рішень та аналогів та визначити їх
переваги та недоліки;
− проаналізувати існуючі платформи Arduino та визначити найкращу
платформу для розробки Smart-лампи з управлінням по Wi-fi;
− підібрати елементну базу для розробки Smart-лампи з управлінням по
Wi-fi на платформі Arduino;
− розробити структурну схему Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino;
− визначити середовище та мову програмування для розробки
програмного забезпечення для керування Smart-лампою;
− розробити інструкцію користувача для керування Smart-лампою з
управлінням по Wi-fi;
− здіснити проектування Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 6

1 АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Підвищенню енергоефективності у всьому світі нині приділяється багато
уваги. Енергоефективність є одним із ключових аспектів будь-якої економічної
діяльності. Вимоги щодо її підвищення встановлюються навіть законодавчо
багатьма державами з метою збереження ресурсів. Світлодіодне освітлення
набагато ефективніше порівняно з традиційними джерелами світла, його
використання є пріоритетним напрямком розвитку [1].
Поява нового ринку – ринку світлодіодних пристроїв з освітлювальною
метою, стало можливим завдяки суттєвому прогресу у світлодіодних та супутніх
технологіях. У 2007 році ефективність потужних світлодіодів та світло
випромінюючих елементів світильників досягла порівнянних значень з
ефективністю інших існуючих енергоефективних джерел білого світла, а
у 2008-2009 рр. вона навіть перевищила цей показник.
Успіхи у створенні джерел живлення для світлодіодного освітлення з
ефективністю 90 % і більше, забезпечення теплового режиму, виробництва
ефективних оптичних систем слугують створенню нових високотехнологічних
джерел світла та формуванню ринку світлодіодного освітлення [1].
Smart-лампи – це освітлювальні пристрої з набором датчиків та
мікроконтролерною системою управління, що може працювати автоматично або
отримувати команди з пульта дистанційного керування, комп’ютера чи
смартфона. Вони є важливим елементом Smart-будинків, які дозволяють
полегшити життя своєму власнику та створити затишну атмосферу в оселі.
Метою даної кваліфікаційної роботи є розробка Smart-лампи з управлінням
по Wi-fi на платформі Arduino, що дозволить легко та зручно керувати
освітленням приміщення завдяки широким можливостям налаштування
різноманітних режимів та ефектів освітлення та забезпечує виконання наступних
функцій:
− керування за допомогою Android-додатку на смартфоні та сенсорної
кнопки, встановленої на корпусі Smart-лампи;
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 7

− дистанційне керування в межах дії налаштованої мережі Wi-fi;
− відтворення різноманітних режимів та ефектів освітлення;
− зміна налаштування: колір, насиченість та яскравість для кожного
світлового ефекту;
− можливість обрання вже вбудованих режимів та світлових ефектів як
за допомогою Android-додатку на смартфоні, так і вмонтованої в корпус Smart-
лампи сенсорної кнопки;
− створення користувачем власних режимів та світлових ефектів.
Запропонований пристрій можна використовувати не лише для освітлення
приміщення, а й для створення зони комфорту в інтер’єрі кімнати. Як правило,
такі світильники розміщують в спальні, дитячій, вітальні, офісі чи навіть на дворі
для відчуття приємної атмосфери в темну пору доби.
Для реалізації Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino
потрібно проаналізувати аналогічні рішення, представлені на ринку,
ознайомитися з різними модифікаціями платформ Arduino та визначити
найкращу для виконання запропонованої розробки, провести системний аналіз
елементної бази та підібрати вигідне збалансоване рішення, як з боку швидкодії
і функціоналу, так і з боку вартості складових самого пристрою, побудувати
структурну схему, обрати середовище розробки та мову програмування,
створити програму управління, яка б виконувала задані функції і відповідала б
всім функціональним вимогам запропонованого пристрою, імплементувати
програму до самої плати, розробити інструкцію користувача та виконати саме
проектування Smart-лампи.
Вирішальними чинниками при проектуванні таких пристроїв є зручність
практичної експлуатації і новий набір якісних характеристик:
− нові функціональні можливості;
− актуальність використання в даній області;
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 8

− стійкість до перепадів напруги, довговічність;
− відсутність або мінімальний нагрів компонентів (пожежна безпека);
− низьке енергоспоживання, економія енергії.
Також однією з головних переваг над аналогами є те, що пристрій є значно
дешевшим у грошовому еквіваленті, що робить його більш доступним для будь-
якого споживача.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 9

2 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ І АНАЛОГІВ SMART-ЛАМП
Світлодіодна Smart-лампа є трендом останніх декількох років. Вона являє
собою пристрій, оснащений додатковими модулями та датчиками. В результаті
освітлювальний прилад стає на порядок більш функціональним, безпечним,
гнучким в експлуатації та допомагає заощадити значну кількість електроенергії.
2.1 Види світлодіодних Smart-ламп
Усі представлені на ринку моделі Smart-ламп поділяють, як правило, на дві
основні категорії. До першої відносяться моделі, що визначають присутність
людини в кімнаті за допомогою датчиків руху. Вони працюють повністю
автономно, що спрощує їх експлуатацію. Другий різновид – це Smart-освітлення,
кероване за допомогою смартфона, для чого використовується спеціально
розроблений додаток. Виробники пропонують моделі, які гармонійно поєднують
у собі обидві наведені вище категорії.
Їх можна точно налаштувати за допомогою програми – виставити
яскравість, вибрати колір та вказати спосіб роботи. А потім увімкнути
автоматичний режим. Тоді Smart-лампа працюватиме повністю автономно з
налаштуваннями зробленими користувачем.
За функціональністю виокремлюють пристрої також за двома видами: ті,
що працюють від електромережі та без (вони оснащуються внутрішнім
акумулятором). Найбільший попит мають моделі Smart-ламп з голосовим
управлінням, що дозволяє лише за вимовою тільки однієї певної фрази ввімкнути
чи вимкнути освітлення [2].
До основних функцій Smart-світильників зазвичай відносять:
1. Димування. Можна змінювати яскравість освітлення.
2. Вибір кольору. Можна вибирати температуру світла від теплого до
холодного спектру світіння.
3. Таймер вимкнення світла.
4. Режим нічника [3].
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 10

2.2 Особливості підключення Smart-освітлення
Випуском розумних LED ламп займаються такі компанії, як Philips, LG та
багато інших. Кожна компанія намагається запропонувати споживачу
універсальний прилад, що дозволяє керувати ним за допомогою пульта або
смартфона, змінювати параметри освітленості та низку інших функцій.
При цьому виробники постійно покращують виготовлену Smart-
світлотехніку, пропонуючи людині скористатися великою кількістю
можливостей. На відміну від підключення стандартної лампи освітлення, Smart-
моделі вимагають дещо іншого підходу [2].
Відтак, щоб почати користуватися інтелектуальною лампочкою слід:
1. Вкрутити в цоколь (або під’єднати до енергоспоживання іншим
визначеним виробником чином) і ввімкнути її. Переважна більшість моделей за
замовчуванням випромінює біле тепле світло.
2. Підключиться до пристрою за допомогою смартфона на операційній
системі Android або iOS. При цьому можуть використовуватись модулі зв’язку
Bluetooth або Wi-fi, вбудовані до телефону. Якщо модель підключається за
допомогою бездротової мережі Wi-fi, то освітлювальний прилад отримує власну
IP-адресу, яка використовується для керування ним. Після з’єднання користувач
отримує можливість підлаштувати розклад увімкнення/вимкнення під себе. А
також зробити світло яскравішим або, навпаки, приглушеним, або активувати
один із вбудованих режимів роботи. Це потрібно, щоб точно відкоригувати
роботу Smart-лампи та розкрити весь її потенціал.
3. Налаштувати Smart-освітлення за допомогою програми. Зазвичай
виробники випускають спеціалізоване програмне забезпечення, де можна
швидко та зручно змінити яскравість або включити будь-які додаткові ефекти.
Багато моделей можуть похвалитися наявністю таких режимів, як пульсація або
переливання кольорів з поступовою зміною швидкості. Але важливо
враховувати, що функціональність залежить від конкретної обраної моделі
Smart-лампи [2].
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 11

Конструкція Smart-лампи складається з освітлювального приладу та
системи управління, яка складається з таких компонентів: мікроконтролер;
приймач; датчики та сенсори, які допомагають стежити за станом приладу.
Smart-лампи працюють на світлодіодах, що користуються найбільшим
попитом, так як діод споживає мінімальну кількість електроенергії та
випромінює велику кількість світла на відміну від стандартних лампочок
розжарювання.
Smart-лампи дозволяють повністю контролювати свою роботу шляхом
підключення до системи управління за допомогою бездротових технологій
Bluetooth або Wi-Fi, що надає можливість налаштовувати освітлення споживачу
з будь-якого зручного місця в квартирі або будинку, для чого знадобиться лише
смартфон, планшет чи ноутбук.
2.3 Відмінні риси та сфера застосування
Smart-система освітлення на відміну своїх класичних аналогів надає
можливість створювати інтелектуальне оточення, повністю підлаштоване під
потреби свого власника. Функціонал таких приладів значний.
Наприклад, особливо корисним рішенням є режим імітації присутності
господаря, що допоможе захистити будинок від злодіїв у разі від’їзду.
Професійні дизайнери полюбляють Smart-лампи, оскільки за їх допомогою
вони гармонійно доповнюють інтер’єр, виділяючи за допомогою світла одні
деталі та приховуючи тіні у інші. Це дозволяє формувати затишний дизайн.
До переліку особливостей варто включити й можливість пристрою
коригувати освітленість у кімнаті в автоматичному режимі. Завдяки оптичному
датчику лампа підлаштовується під зовнішнє оточення, підбираючи необхідну
яскравість [2].
Корисним є акустичний сенсор, який реагує на шуми у певній зоні. Після
цього він на деякий час вмикає лампочку.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 12

Сфера використання Smart-ламп не обмежується лише їх застосуванням у
будинку чи квартирі. Вони стають ідеальним рішенням для освітлення вулиць,
розважальних закладів, а також соціальних об’єктів, як аеропорт або залізничний
вокзал [2].
Розумне освітлення додає приємних моментів у життя сучасної людини:
1. Прилад може розбудити господаря вранці за допомогою будильника.
Тепер можна прокинутися не від набридливої мелодії, а від світла, що м’яко
включається.
2. Пристрій може стати частиною системи Smart-будинок. Як компонент
єдиної мережі, що обмінюється інформацією з іншими джерелами світла і
технікою. Це дозволяє створити комфортну для людини атмосферу та заощадити
максимальну кількість електроенергії.
3. Користувач може настроїти лампу для роботи в різних режимах.
Відмінним рішенням буде підібрати освітлення для ранку, обіду, романтичної
вечері чи перегляду фільму.
4. Освітлення впливає на працездатність, настрій та самопочуття людини.
Тому алгоритми Smart-ламп враховують усі біологічні та емоційні фактори.
Тобто, шляхом коригування освітлення вони допомагають сконцентруватися,
розслабитися або покращити настрій користувача [2].
2.4 Переваги та недоліки Smart-освітлення
Щоб остаточно переконатися, що Smart-лампи – це гарне вкладення
коштів, слід детальніше розглянути їхні переваги та недоліки.
Відтак, вартість такої світлотехніки досить висока, але в порівнянні з
класичними приладами освітлення вони відрізняються цілою низкою переваг.
Лаконічний дизайн смарт світильників дає можливість використовувати їх
як вдома, так і в арт-просторах та коворкінг зонах, де дуже важливий комфорт та
функціональність [3].
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 13

Безпека та довговічність – ще одна перевага світлодіодного освітлення.
LED світильники не шкодять зору людини і не мають екологічно шкідливих
речовин у своєму складі.
Монтаж розумних світильників не займає багато часу, з установкою
впорається навіть новачок, оскільки в комплекті, як правило, є інструкція та всі
необхідні деталі [3].
Smart-світильники можуть бути різної форми – круглі, квадратні, трикутні.
Інноваційні лінзи на діодах дозволяють збільшити кут розсіювання світла
до 170°. Потужність LED світильників варіюється в середньому від 20 до 100 Вт.
Зазвичай, чим більша потужність світильника, то більші його габарити. Самі
діоди розташовані на панелі, яка виступає радіатором від перегріву, за
допомогою хорошого тепловідведення можна значно збільшити термін
експлуатації світильника.
Світлодіодні Smart-світильники включаються від загального вимикача,
натисканням клавіші вимикача можна змінювати режими світильника. Також у
комплекті зі Smart-світильником постачається пульт дистанційного керування,
яким можна вибирати точніші параметри світла. Все частіше з’являються у
продажу моделі Smart-ламп обладнані Bluetooth або Wi-fi модулями, якими
можна управляти зі смартфона, комп’ютера чи ноутбуку [3].
До переліку основних переваг Smart-світильників слід включити такі:
− економічність;
− автоматичне налаштування освітлення в кімнаті;
− практичність та великий набір режимів;
− віддалене керування за допомогою Wi-fi або Bluetooth-модуля;
− виконання охоронних функцій;
− підстроювання під стан та завдання користувача.
До недоліків варто віднести можливість взламування лампочки хакерами.
При цьому її конструкція досить складна, що значно підвищує ризик поломки та
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 14

зменшує термін експлуатації. Вирішується така проблема шляхом придбання
пристрою у перевіреного виробника.
Існує велика множина сучасних моделей Smart-ламп, представлених на
ринку, які вирізняються як за набором функцій, так і за своїми основними
технічними характеристиками.
2.5 Огляд існуючих моделей Smart-ламп
2.5.1 Wi-fi Smart-лампочка “Nexlux”з можливістю затемнення
Wi-fi Smart-лампочка “Nexlux” сумісна з голосовими асистентами Alexa,
Google Home Assistant та IFTTT, що дозволяє використовувати голосове
управління для ввімкнення/вимкнення та зміни кольорів/яскравості.
На рис. 2.1 відображено зовнішній вигляд Wi-fi Smart-лампочки “Nexlux”,
яка може змінювати колір за вказівками з додатку на Android.

Рисунок 2.1. – Зовнішній вигляд Wi-fi Smart-лампочки “Nexlux”
з можливістю затемнення
Вона автоматично вмикається/вимикається в залежності від налаштувань
функцій таймера. Таким чином, можна зробити відповідні налаштування, щоб
лагідний схід сонця поступово пробуджував користувача вранці, й обрати час,
коли потрібно на засоді сонця заснути, м’яко приглушивши світло.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 15

Світлодіодна Smart-лампочка “Nexlux” дозволяє змінювати кольори
відповідно до музичного ритму та спалахів, щоб задовольнити потреби у
різніноманітній атмосфері завдяки функції “Музика та мікрофон”, також є
можливість налаштувати підсвічування для вечірок, фільмів тощо.
Для взаємодії зі Smart-лампочкою не потрібно жодний додаткових
концентраторів чи хабів, оскільки є підтримка мережі Wi-Fi, що дозволяє
насолоджуватися розумним життям відразу після завантаження програми
“Home Pro” на смартфон та встановленням зв’язку зі Smart-лампочкою. Крім
того, за наявності декількох Wi-Fi Smart-лампочок “Nexlux” реалізується групове
управління [4].
За допомогою відповідного додатку завдяки функції контролю
знаходження вдома можна організувати, щоб після виходу власника з дому
світло вимикалось, і знову вмикалось, перш ніж власник підійде до дверей оселі.
Wi-Fi Smart-лампочка “Nexlux” є енергозберігаючою світлодіодною
лампочкою потужністю 4,5 Вт, що еквівалентна звичайній лампочці 40 Вт.
Основні технічні характеристики Wi-fi Smart-лампочки “Nexlux” наведені
в табл. 2.1.
Таблиця 2.1 – Технічні характеристики Wi-fi Smart-лампочки “Nexlux”
Параметр Значення
Максимальна потужність, Вт 4,5
Тривалість роботи, год. 15000
Операційна система OS 8.0+/Android 4.0+
Тип E27
Технологія LED
Кількість кольорів 16 млн.
мережа Wi-fi (2,4 ГГц);
Управління
додаток “Home Pro”
Alexa, Google Home Assistant та
Голосові асистенти
IFTTT
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 180

Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 16

2.5.2 Wi-fi Smart-лампочка “Nomi” з динаміком
Nomi” – міжнародна команда інженерів, дизайнерів та маркетологів, що
поставила собі за мету – запропонувати покупцям з різних країн надійні, сучасні
та доступні за ціною гаджети та аксесуари до них.
“Nomi” створена вихідцями з провідних ІТ-компаній, які мають успішний
досвід розробки мобільних пристроїв та їх продажів у всьому світі. Початком
роботи “Nomi” став 2013 рік. Штаб-квартира знаходиться у Гонконгу.
Пріоритетними регіонами розвитку є країни Південно-Східної Азії, Латинської
Америки та СНД. У кожній із країн “Nomi” фокусується на партнерстві з
лідерами ринку. Так, у 2014 році стратегічним партнером “Nomi” в Україні стала
група компаній “Алло” [5].
В Wi-Fi Smart-лампочці “Nomi” вбудовано динамік LTW311 (381255). Ця
лампочка по суті є лазерним проектором з ефектом світломузики та динаміком,
здатна повідомити про позаштатну ситуацію користувача звуком динаміка, в її
основі використані сучасні технології та яскраві ідеї дизайну (рис. 2.2). Також
реалізовано керування через Wi-fi мережу.

Рисунок 2.2 – Зовнішній вигляд Wi-fi лампочки “Nomi”
з динаміком LTW311
Назва бренду “Nomi” складається з об’єднання великих літер 4-х слів:
New Outstanding Mobile Ideas, ці чотири слова і описують філософію бренду:
реалізовувати цікаві ідеї, використовувати яскраві технології для створення
нових, надійних, сучасних гаджетів та аксесуарів до них.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 17

Команда інженерів моделює різні сценарії використання, прагнучи
створити пристрій, який не підведе користувача у будь-якій ситуації. Саме
правильний внутрішній дизайн дозволяє зробити пристрій продуктивним і
надійним [5].
Основні технічні характеристики Wi-fi Smart-лампочки “Nomi” з
динаміком представлені в табл. 2.2.
Таблиця 2.2 – Технічні характеристики Wi-fi Smart-лампочки “Nomi” з
динаміком
Параметр Значення
Максимальна потужність, Вт 13
Звукова потужність, Вт 3
Тривалість роботи, год. 15000
Температура, K 3000
Тип E27
Технологія LED
Операційна система OS 8.0+/Android 4.0+
Управління мережа Wi-fi
Вид бездротовий
Відстань між датчиком та
до 100
централлю, м.
Тип датчика cирена LTW311 (381255)
Область застосування приміщення
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 1819

2.5.3 Smart-світильник з підключенням до смартфону
Smart-світильник з підключенням до смартфону (рис. 2.3) – це сучасне, та
яскраве рішення для будинку. Цей атмосферний світильник наповнює
приміщення приємною кольоровою гаммою. Серед інших аналогічних пристроїв
на ринку даний розумний світильник відрізняє наявність множини різноманітних
функцій його роботи [6].
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 18

Рисунок 2.3 – Зовнішній вигляд розумного світильника
До функцій розумного світильника відносять:
− управління світильником зі смартфону, за допомогою додатків “Tuya”
або “Smart Life”;
− зміна кольору, насиченості та яскравості одним рухом на смартфоні,
або доторком до світильника (рис. 2.4);

Рисунок 2.4 – Реалізація функції зміни кольору, насиченості та яскравості
доторком до світильника
− налаштування режиму світломузики, що дозволяє увімкнути улюблені
хіти користувача, а розумний світильник підбирає до них відповідне цікаве
підсвічування;
− управління голосом, адже розумний світильник працює з голосовими
асистентами Alexa, Google Home Assistant;
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 19

− налаштування таймеру для ввімкнення чи вимкнення світильника, та
можливість встановлення сценаріїв. Наприклад, вмикати світильник кожного
дня о 22:30, для нагадування про час сну.
− застосування у вигляді нічника, адже теплі кольори світильника
допомагають зануритись в глибокий сон [6].
Основні технічні характеристики розумного світильника з підключенням
до смартфону показано в табл. 2.3.
Таблиця 2.3 – Технічні характеристики розумного світильника з підключенням
до смартфону
Параметр Значення
Робоча напруга, В 110 ~ 240
Максимальна потужність 5 В 1 А USB
Матеріал Поліетиленовий екологічний матеріал
IP55, може використовуватися в
Водонепроникний/пилонепроникний
приміщенні або на вулиці
1200 (може працювати автономно та
Внутрішній акумулятор, мА
від джерела живлення)
мережа Wi-fi (2,4 ГГц);
Управління
додаток “Tuya” або “Smart Life”
Сертифікація CE, FCC, RoHs
Діаметр, см 15
Технологія LED
Тип Настільний
Тематика Місяць
RGB (вибір кольору), музика,
підсвічування, робота за розкладом,
Додаткові функції USB-вихід, вимикач, димер, пульт
дистанційного управління, таймер,
сенсорні кнопки
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 1190

Крім того, він має й свої особливості, серед яких:
− можливість відчути приємну атмосферу в темну пору доби за умови
розміщення світильника в спальні, дитячій, вітальні, офісі чи навіть на дворі;
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 20

− можливість заряджати світильник не тільки від мережі, а й від USB, що
робить його ще більш практичним та мобільним;
− приємні матеріали, з яких вироблений світильник є гіпоалергенним та
екологічними;
− водонепроникність та пилонепроникність (стандарт IP55 робить
світильник захищеним від навколишнього середовища).
2.5.4 3D світильник “Joyver”
3D світильник “Joyver” – це 3D лампа з акриловою пластиною, що виконує
функцію нічника, зовнішній вигляд якого зображує фігуру медведика з кулькою
у формі серця (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 – Зовнішній вигляд 3D світильника “Joyver”
Функціями 3D світильника є [7]:
− для дитини – прикраса дитячої кімнати та спальні;
− для другої половинки – створення романтичної обстановки;
− для настрою – створення атмосфери, затишку та тепла.
Основні технічні характеристики 3D світильник “Joyver” наведено
в табл. 2.4.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 21

Таблиця 2.4 – Технічні характеристики 3D світильника “Joyver”
Параметр Значення
Матеріал плафона, підвісок акрилова пластина з AБС-пластика,
удароміцний, екологічний та
безпечний для дітей матеріал
Тип вимикача кнопка на шнурі
Тип лампи LED
Потужність, Вт. 3
Колір білий
основа з вбудованим USB-кабелем та
Додаткові функції
вмикачем
Країна виробник Китай
Ціна, грн. 450

2.5.5 Wi-fi проекційна лампа RGB “Panamalar”
Wi-fi проекційна лампа RGB “Panamalar” – це проекційний LED нічник з
поворотом на 180° та можливістю зміни кольорів з управлінням по Wi-fi завдяки
додатку “Smart Life” або голосовими асистентами Alexa та Google
Home (рис. 2.6). Існує можливість завантаження медіа-фотографій через порт
USB [8].

Рисунок 2.6 – Зовнішній вигляд Wi-fi проекційної лампи RGB “Panamalar”
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 22

Лампа RGB “Panamalar” забезпечує широку колірну гамму до 16 млн.
кольорів, що надає майже необмежену кількість режимів освітлення. Різні
кольори створюють різні світлові ефекти, такі як: час кави з родиною під заходом
сонця, романтична проекція веселки для спальні, тепле оздоблення вітальні,
яскрава атмосфера вечірки, м’яке світло для медіа чи фотографій (рис. 2.7).

Рисунок 2.7 – Широка кольорова гама Wi-fi проекційної
лампи RGB “Panamalar”
Такі особливості налаштування режимів освітлення створюють
фантастичний візуальний досвід, додають чудові та барвисті кольори в будь-
який час.
Остання версія програмного забезпечення “Smart App Control” нічника з
розумною технологією дозволяє легко керувати ним завдяки смартфону, для
чого варто лише завантажити додаток “Smart Life”, додавши пристрій до
програми. Додаток дозволяє вмикати/вимикати нічник, змінювати його колір або
налаштування яскравості безпосередньо на телефоні.
У порівнянні зі звичайними лампами-нічниками, представленими на
ринку, лампа RGB “Panamalar” володіє чималою кількістю функцій, додає
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 23

користувачеві зручності в його повсякденному житті, дарує відчуття комфорту
та занурює до сучасного світу Smart-технологій [8]:
− сумісність з голосовими асистентами Alexa та Google Home.
Проекційна Wi-fi лампа-нічник підтримує голосове керування, для чого
необхідно промовити голосову команду. Наприклад, щоб це зробити і
насолоджуватись бездротовим доступом, можна сказати “Alexa, увімкни лампу-
нічник”, “зміни колір на жовтий”, “налаштуй яскравість на 50 %”.
− налаштування таймера. Розумна лампа-нічник у поєднанні з функцією
таймера, може автоматично вмикати та вимикати світло в певний час.
Наприклад, можна вимкнути проектор нічного світла опівночі після того, як
користувач засне, та увімкнути райдужну лампу, щоб розбудити вранці.
− поворот на кут на 180°. Світлодіодна лампа-нічник повертається на кут
до 180° завдяки регулюванню відповідного роз’єму на корпусі лампи. Також
потрібно врахувати, що чим більше відстань від лампи-нічника, тим більше коло
виступає на стіні, що досить зручно використовувати як атмосферу заходу сонця.
Основні технічні характеристики Wi-fi проекційної лампи RGB
“Panamalar” показано в табл. 2.5.
Таблиця 2.5 – Технічні характеристики лампи RGB “Panamalar”
Параметр Значення
алюміній, залізо, скло, якісний
Матеріал плафона, підвісок
пластик
Тип вимикача кнопка на шнурі
Тип лампи LED
Напруга, В 5
Потужність, Вт. 7
Колір жовтий
Призначення нічник
Кількість кольорів 16 млн.
Додаткові функції USB-кабель та перемикач
Управління мережа Wi-fi; додаток “Smart Life”
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 700

Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 24

Wi-fi проекційна лампа RGB “Panamalar” завдяки легкому налаштуванню
режимів освітлення ідеально підходить для фотографування/фотографії або
фонового освітлення для відео блогу/прикраси дому, як нічник для
дітей/спальні/вітальні, створення романтичного настрою для
вечірок/фестивалів/ювілейних урочистостей, лампи настрою для відпочинку.
2.5.6 Кутовий LED-торшер
Кутовий LED-торшер – це сучасна RGB лампа, що доповнить будь-який
інтер’єр, наповнить його незвичайною атмосферою. Виконана з якісних
матеріалів, світлодіоди нового покоління гарантують довговічність та
надійність. В наявності велика палітра статичних кольорів. Серед налаштувань
велика множина режимів та кольорів, близько 330+ багатобарвних ефектів
(переливання, миготіння) з регулюванням швидкості та яскравості, для чого
використовується адресна або як називають RGB Smart-стрічка [9].
На рис. 2.8. представлено зовнішній вигляд кутового LED-торшеру з
управлінням за допомогою сенсорного дистанційного пульта управління.

Рисунок 2.8 – Зовнішній вигляд кутового LED-торшеру
Кутовий LED-торшер вписується до будь-якого інтер’єру кімнати, може
слугувати в якості нічника та доповнити кожну вечірку множиною світлових
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 25

ефектів. Також за допомогою такої лампи можна робити красиві фотознімки чи
записувати відео контент для блогів.
Основні технічні характеристики кутового LED-торшеру наведені
в табл. 2.6.
Таблиця 2.6 – Технічні характеристики кутового LED-торшеру
Параметр Значення
Висота, см 200
Ніжки, см 35 і більше
Тривалість роботи, год. 25000
Тип лампи LED
Напруга, В 5
Потужність, Вт 27
Напруга живлення, В 12
Живлення Блок живлення з шнуром 2 м.
сенсорний пульт дистанційного
Управління
управління
Призначення нічник, торшер
Кількість кольорів 16 млн.
300+ кольорових композицій;
випадкова зміна кольору;
Додаткові функції
димер; функцій пам’яті;
енергоефективність
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 2850

2.5.7 Wi-fi LED Smart-лампочка “VIDEX”
Світлодіодна розумна лампа Videx (рис. 2.9) – це високотехнологічне
джерело світла з регульованими освітлювальними характеристиками.
Пристосована для використання в стандартних освітлювальних приладах
відповідного цоколя. Ідеально підходить для освітлення будь-яких приміщень,
від торгових площ та вітрин, до використання для декору і створення затишку в
домашніх умовах [10].
Управління яскравістю та температурою світла виконується за допомогою
мобільного пристрою під управлінням операційної системи iOS чи Android.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 26

Рисунок 2.9 – Зовнішній вигляд та параметри
Wi-fi LED Smart-лампочки “VIDEX”
За умови активного підключення мобільного пристрою до мережі Інтернет
доступно дистанційне включення і вимикання лампи, встановлення розпорядку
або таймера. Лампа обладнана RGB діодами, які дають можливість змінювати
колір світла. Для управління лампою необхідно забезпечити її підключення до
мережі Wi-Fi в діапазоні 2.4 ГГц [10].
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 27

Основні технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “VIDEX”
показано в табл. 2.7.
Таблиця 2.7 – Технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “VIDEX”
Параметр Значення
Тип LED
Призначення побутові
Особливості Smart
Тривалість роботи, год. 40000
Кут розсіювання світла 300°
Потужність, Вт 12
Максимальна сила струму, мА 90
Напруга живлення, В 175-250
Цоколь E27
Колір світіння, K 2700-6500, RGB
Форма колби Стандартна (груша)
Світловий потік 1080 Лм
Індекс передавання кольору Ra (CRI) > 90
Еквівалент потужності лампи 100
розжарювання, Вт
Управління мережа Wi-fi (2,4 ГГц)
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 339

2.5.8 Wi-fi LED Smart-лампочка “ErforAi”
Smart-лампочка з Wi-fi підключенням до смартфону – це ідеальне рішення,
щоб заощаджувати кошти та жити сучасно, створюючи особливу атмосферу
залежно від настрою: від класичного білого до драйвового синього (рис. 2.10).
До основних функцій Wi-fi LED Smart-лампочки “ErforAi” відносять:
− підключення до смартфону завдяки додаткам “Tuya Smart” або “Smart
Life”;
− cумісність з голосовим управлінням: Smart-лампа працює з голосовими
асистентами Alexa та Google Home Assistant, з їх допомогою можна керувати
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 28

Smart-лампою голосм, для чого просто потрібно дати голосову команду, щоб
увімкнути/вимкнути або збільшити/зменшити яскравість;
− дистанційне управління. Можна керувати освітленням незалежно від
того, чи перебуває вдома користувач, для чого потрібно завантажити додаток
“Tuya Smart” або “Smart Life” та підключити саму Smart-лампу через Wi-fi. Існує
можливість утворити групу пристроїв для Smart-ламп оселі і керувати ними за
допомогою лише однієї команди;
− встановленняити різних режимів освітлення та вмикання смарт-лампи
в залежності від призначення щодо різних кімнат: кухня, вітальня, спальня.
Наявні вбудовані режими: для читання або вечірки, світломузика. Smart-лампа
також може використовуватися в якості настільної лампи в кафе, барі тощо;
− управління за допомогою таймеру, дистанційне та голосове.
Підтримується групове управління декількома Smart-лампами;
− кольорова гама до 16 млн. кольорів;
− енергозбереження: 15 Вт, еквівалентна традиційним 100 Вт лампам
розжарювання. Заощаджує до 80 % енергії та працює набагато довше [11].

Рисунок 2.10 – Зовнішній вигляд та параметри
Wi-fi LED Smart-лампочки “ErforAi”
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 29

Основні технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “ErforAi”
показано в табл. 2.8.
Таблиця 2.8 – Технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “ErforAi”
Параметр Значення
Тип LED
Призначення побутові
Матеріал авіаційний алюміній, пластик
Особливості Smart
Чіп SMD 2835
Тривалість роботи, год. 50000
Кут розсіювання світла 270°
Потужність, Вт 15
Напруга живлення, В 85-256
Цоколь E27
Колір світіння, K 2700-6500, RGB
Форма колби Стандартна (груша)
Світловий потік 900 Лм
Індекс передавання кольору Ra (CRI) > 85
Еквівалент потужності лампи 100
розжарювання, Вт
Кількість кольорів 16 млн.
мережа Wi-fi (2,4 ГГц);
голосові асистенти Amazon Alexa,
Управління Google Home і IFTTT;
додатки “Smart Life”,“Tuya Smart”;
пульт дистанційного управління
Голосове управління, дистанційне
Додаткові функції керування за допомогою додатка,
регулювання яскравості
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 299

2.5.9 Wi-fi LED Smart-лампочка “SONOFF”
Wi-fi LED Smart-лампочка “SONOFF” – це відмінне рішення для Smart-
будинку, що надає ідеальні інтелектуальні рішення для контролю за будинком
або робочим місцем користувача (рис. 2.11). Використання безкоштовного
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 30

бездротового керування “eWelink App. Sonoff” допомагає спростити життя,
тримаючи освітлення під контролем.

Рисунок 2.11 – Wi-fi LED Smart-лампочка “SONOFF”
Відрізняється простотою встановлення та налаштування, для чого варто
просто вкрутити лампочку в стандартну базу E27, завантажити програму
“eWeLink” і з’єднайти лампочку з програмою. Все це можна зробити протягом
декількох хвилин і відразу насолоджуватися результатом – керуванням
освітленням за бажанням користувача. Можна змінити колір світла відповідно
до настрою, торкнувшись кільця спектра RGB в програмі, що як найкраще
підходить для вечірки, читання вечері та багато іншого [12].
Легко регулювати яскравістю та колірною температурою в діапазоні від
1 % до 100 % для білого кольору. Доступні чотири основні вбудовані шаблони
освітлення: відпочинок, читання, вечірка та повсякденний. Режим відпочинку
допоможе спати комфортно. Режим читання допоможе зосередитись. Режим
вечірки запалить атмосферу вечірки. Повсякденний режим допоможе
розслабитись.
Завдяки функції таймера можна прокидатися та засинайти за розкладом.
Для цього достатньо увімкнути лампочку о 7:00, щоб розбудити дітей та
вимкнути о 22:00, щоб діти добре відпочили. Можна створити бажаний для
користувача розклад, щоб лампочка вмикалася автоматично і квартира або
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 31

будинок не здавалися порожніми, поки господаря немає вдома, що допомагає
тримати грабіжників подалі від оселі [12].
Основні технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “SONOFF”
показано в табл. 2.9.
Таблиця 2.9 – Технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “SONOFF”
Параметр Значення
Тип LED
Призначення побутові
Особливості Smart
Тривалість роботи, год. >10000
Потужність, Вт 9
Напруга живлення, В 220-240
Цоколь E27
Колір світіння, K 2700-6500, RGB
Форма колби Стандартна (груша)
Світловий потік 806 Лм
Індекс передавання кольору Ra (CRI) > 80
Кількість кольорів 16 млн.
мережа Wi-fi (2,4 ГГц);
Управління голосові асистенти Amazon Alexa,
Google Home; додаток “eWeLink”
Голосове та дистанційне керування
за допомогою додатка, регулювання
кольору і яскравості; автоматичне
Додаткові функції
ввімкнення/вимкнення;
налаштування сюжетних режимів;
групове управління
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 210

Існує можливість поділитись керуванням за освітленням з родиною. Члени
родини можуть вмикати/вимикати пристрої і стан системи освітлення синхронно
відображатиметься у додатку на смартфоні користувачів.
Лампа підтримує регулювання кольору і яскравості за допомогою додатка
для iOS/Android.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 32

Пристрій сумісний із сторонніми голосовими асистентами такими як Alexa
та Google Assistant, для чого потрібно зв’язати “eWeLink Smart Home Fan” у
програмі Amazon Alexa або “Smart WeLink” у програмі Google Home.
2.5.10 Настільна музична лампа Xiaomi “MIDIAN”
Настільна музична лампа Xiaomi “MIDIAN” (рис. 2.11), розроблена
академічною групою Китайської академії наук Університету Наньчан.
Завдяки лідируючому в світі світлодіоду з кремнієвою підкладкою
золотого кольору в якості сердечника, лампа забезпечує чисте світлодіодне
джерело світла без люмінофорів і низької колірної температури [13].

Рисунок 2.12 – Зовнішній вигляд настільної музичної лампи Xiaomi “MIDIAN”
В даний час на ринку світлодіодних освітлювальних приладів стає все
більше і більше небезпек, пов’язаних з синім світінням. Компоненти синього
світла можуть впливати на активність клітин сітківки, пригнічувати секрецію
мелатоніну людини в нічний час, порушувати зір й впливати на якість сну.
Настільна лампа Xiaomi “MIDIAN” виключає використання синього світла, не
пошкоджує очі та допомагає заснути. Джерело нульового синього світла
відноситься до довгохвильового діапазону спектра, а колірна температура
джерела світла становить 1800 К.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 33

Настільна музична лампа Xiaomi “MIDIAN” (модель MDYCTD180) – це
непросто настільна лампа, але і своєрідна “музична шкатулка”. Незалежна
конструкція звукового резонатора, дозволяє прослуховувати відмінні середні та
високі частоти, насолоджуватися ритмом і чистим вокалом. Музичну лампу
можна підключити до більшості цифрових Bluetooth-пристроїв таких, як
смартфони та планшети, щоб відтворювати музику і насолоджуватися нею у
будь-який час і у будь-якому місці [13].
Основні технічні характеристики настільної музичної лампи Xiaomi
“MIDIAN” наведено в табл. 2.10.
Таблиця 2.10 – Технічні характеристики настільної музичної лампи Xiaomi
“MIDIAN”
Параметр Значення
Тип Настільна музична лампа
Бренд MIDIAN
Модель MDYCTD180
Номінальна потужність, Вт 8
Номінальна споживана потужність 5 В, 2 А DC
Матеріал зовнішнього абажуру високосортне боросилікатне скло
Колірна температура, K 1800
Сенсорний, за допомогою додатка
Режим управління “Mi Home” або голосового асистента
Xiaomi
Підключення мережі Wi-fi та Bluetooth
Зарядний кабель Type-C
Розмір, мм 180 × 241
Ціна, грн. 3999

За допомогою додатка “Mi Home” або голосового управління “Xiaoai”
легко перемикати 4 режими роботи на свій розсуд. В режимі читання
забезпечується 100 % яскравість, що ідеально підходить для повсякденного
навчання і роботи. У той же час цей режим може нейтралізувати синє світло, що
випромінюється екраном електронних пристроїв, щоб ефективно захистити очі.
У м’якій та комфортній обстановці режиму сна з нульовим рівнем синього світла,
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 34

настільна лампа Xiaomi “MIDIAN” стимулює природну секрецію мелатоніну в
організмі, що допомогає користувачу зняти втому та привести тіло і розум в
найбільш природний стан перед сном. Режим при свічках забезпечує жовтий
ореол, забарвлюючи теплоту ночі. Цей режим ідеально підходить для
романтичної вечері.
Настільну лампу можна підключити до мобільного джерела живлення, щоб
позбутися від обмеженого простору та включати її хоч в парку, хоч на березі
моря. Орієнтуючись на потреби користувача, виробник оснастив лампу
сенсорною панеллю управління, за допомогою якої можна відрегулювати
яскравість та рівень гучності [13].
2.6 Обґрунтування проектного рішення
Інтерактивність сучасної квартири або будинку – це реальність, яка
увійшла в наш цифровий світ, а не далеке майбутнє. Сьогодні Smart-лампи
дозволяють керувати освітленням за допомогою смартфона, змінювати колір
світла, підключати та призначати додаткові налаштування. Дистанційна система
управління у цих пристроях буває різноманітних типів. Завдяки зростаючій
популярності Smart-ламп ринок постійно поновлюється новими моделями.
Основною відмінністю між Smart-лампами вважається спосіб управління
ними на дистанції. Раніше більше перважали Bluetooth-пристрої, сьогодні
частіше стали зустрічатись LED світильники з Wi-Fi управлінням. Майже всі
сучасні моделі пропонують різні кольори освітлення завдяки вбудованим RGB
світлодіодам.
Налаштовується Smart-пристрій за допомогою програми або додатку
управління. Освітлення, яскравість, температура кольору, включення різних
режимів – це все можна встановити й точково налаштувати за допомогою
програми, яка зазвичай постачається разом з лампою або є сумісною з вже
поширеними додатками відомих виробників. Якщо ж прилад постачається разом
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 35

із голосовими асистентами, то налаштовувати режими, яскравість та
температуру кольору стає зручно завдяки голосовим командам.
Головною перевагою будь-якої Smart-лампи слугує спосіб управління
освітленням. Завдяки системі дистанційного ввімкнення/вимкнення та
налаштуванням, використовуючи пристрої цієї категорії можна економити на
електроенергії, заодно спросщуючи власний побут. Звичайна лампа вимикається
набагато рідше й має значно вище за енергоспоживання.
Інші переваги розумних світильників – це довгий термін служби і
універсальність. Дистанційне споживання в багатьох приладах реалізоване
таким чином, що лампа відстежує розташування користувача в приміщенні та
включається, коли він поряд зі Smart-світильником. Практичність і широкий
вибір режимів освітлення дозволяють використовувати лампу в ролі охоронної
системи, налаштовуючи її під стан, завдання і настрій власника.
Єдиний недолік Smart-пристрою – це те, що за рахунок його можливості
дистанційного управління, зловмисники можуть взламати Smart-лампу та
використати зміну параметрів налаштувань для своїх корисних цілей.
Також варто зазначити, що країна-виробник більшості, присутніх на ринку,
Smart-світильників – це Китай.
Запропонована в даній кваліфікаційній роботі розробка Smart-лампи з
управлінням по Wi-fi на платформі Arduino, також дозволить легко та зручно
керувати освітленням приміщення завдяки реалізації широких можливостей з
налаштування кольору, насиченості та яскравості для кожного світлового
ефекту, але при цьому її основними відмінностями від пристроїв, що вже
присутні на ринку будуть:
− використання не одного або двох світлодіодів, а цілої матриці таких
світлодіодів, що надасть змогу реалізувати різноманітні візерунки чи
спецефекти, наприклад, ефект вогню;
− пристрій буде значно дешевшим у грошовому еквіваленті, що зробить
його більш доступним для будь-якого споживача на ринку.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 36

3 ОПИС ПРОЕКТНОГО РІШЕННЯ
3.1 Платформа Arduino
Arduino – апаратна обчислювальна платформа для аматорського
конструювання, основними компонентами якої є плата мікроконтролера з
елементами введення/виведення та середовище розробки Processing/Wiring на
мові програмування, що є спрощеною підмножиною C/C++. Arduino може
використовуватися як для створення автономних інтерактивних об’єктів, так і
підключатися до програмного забезпечення, яке виконується на комп’ютері
(наприклад: Processing, Adobe Flash, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider) [14].
Плата Arduino складається з мікроконтролера Atmel AVR, а також
елементів обв’язки для програмування та інтеграції з іншими пристроями. На
багатьох платах наявний лінійний стабілізатор напруги +5 В або +3,3 В.
Тактування здійснюється на частоті 16 або 8 МГц кварцовим резонатором. У
мікроконтролер записаний завантажувач (Bootloader), тому зовнішній
програматор не потрібен [15].
На рис. 3.1 показано зовнішній вигляд процесорної плати Arduino.

Рисунок 3.1 – Процесорна плата Arduino
На концептуальному рівні усі плати програмуються через порт RS-232
(послідовне з’єднання), але реалізація даного способу різниться від версії до
версії. Новіші плати програмуються через порт USB, що можливо завдяки
мікросхемі конвертера USB-to-Serial FTDI FT232R. У версії платформи Arduino
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 37

Uno як конвертер використовується контролер Atmega8 у SMD-корпусі. Дане
рішення дозволяє програмувати конвертер таким чином, щоб платформа відразу
розпізнавалася як миша, джойстик чи інший пристрій за вибором розробника з
усіма необхідними додатковими сигналами керування. У деяких варіантах, таких
як Arduino Mini або неофіційній Boarduino, для програмування потрібно
підключити до контролера окрему плату USB-to-Serial або кабель.
Плати Arduino дозволяють використовувати значну кількість виводів
мікроконтролера як вхідні/вихідні контакти у зовнішніх схемах. Наприклад, у
платі Decimila доступно 14 цифрових входів/виходів, 6 із яких можуть
генерувати ШІМ сигнал, і 6 аналогових входів. Ці сигнали доступні на платі
через контактні площадки або штирьові роз’єми. Також існує багато різних
зовнішніх плат розширення, які називаються “Shields” (“Шілди”), які
приєднуються до плати Arduino через штирові роз’єми [14].
3.2 Види платформ Arduino
Як відомо, платформу Arduino придумали в Італії, оригінальні плати там і
роблять. Самі італійці випускають плату в декількох основних форм-факторах:
Arduino xxx – стандартний розмір, 20 входів/виходів, повна сумісність з усіма
Шілд. ArdinoMega xxx – збільшений розмір,70 входів/виходів, сумісність не з
усіма Шілд. ArdinoNano xxx – зменшений розмір, 22 входів/виходів, не сумісна з
Шілд. ArdinoMini ххх – ще менший розмір, 20 входів/виходів, не сумісна з Шілд,
не має порту USB [14].
Коли говорять “Arduino” (“звичайна Arduino”) – зазвичай всі відразу
уявляють саме такі плати. Найперші плати були в цьому форм-факторі,
відповідно саме він пережив найбільше реінкарнацій (USB-версії в
хронологічному порядку виходу): Extreme, NG, Diecimila, Duemilanove, Uno,
Leonardo (рис. 3.2). Важко повірити, але відчутна різниця для користувача
спостерігається тільки в Leonardo. Зараз на офіційному сайті подано доступну до
покупки тільки Leonardo і Uno, проте Інтернет завалений варіантами
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 38

Duemilanove (CraftDuino відноситься до цього різновиду, і не дарма – все що
потрібно середньому користувачеві було втілено ще в Arduino Extreme, з тих пір
змінилося вкрай мало [15].

Рисунок 3.2 – Види Arduino стандартний і найпоширеніші розміри
Всі ці плати мають однакову кількість входів/виходів, зібраних на
однакових роз’ємах (для підключення периферії і Шілд), програмуються по USB,
і мають мікроконтролер ATMega на борту. На ранніх версіях стояв ATMega8,
потім стали ставити ATMega168, потім ATMega328. На “вісімці” тільки 3 ШІМ
виходи, 8 Кб під скетч 1 Кб оперативки, але для багатьох додатків вистачає.
У ATMega168 вже 6 ШІМ каналів і 16 Кб під потреби користувача, а у 328-ої
32 Кб під програми і вже 2 Кб для оперативки. До речі не вся флеш-пам’ять
доступна користувачу, деяку частину займає завантажувач. На всіх платах до
UNO стояв чіп-перетворювач USB-UART FT232, що дозволяє встромляти плату
прямо в порт USB і програмувати без програматора. При підключенні в системі
з’являється віртуальний COM-порт, який і використовується середовищем
розробки Arduino для програмування [16].
3.2.1 Платформа UNO
На платформі Arduino UNO (рис. 3.3) вирішили замінити хардварний
перетворювача USB-UART, на мікроконтролер Atmega8U2 (в більш пізніх
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 39

ревізіях 16U2) – в нього залита спеціальна прошивка, що робить рівно те саме,
що і FT232. Це дозволило підняти швидкість прошивки – тепер замість ~ 10 с.
потрібно чекати ~ 3 c. А головне, в цей МК-конвертор можна залити свою
прошивку, і перетворити Arduino в мишку, клавіатуру або міді пристрій [15].

Рисунок 3.3 – Зовнішній вигляд платформи Arduino UNO
3.2.2 Платформа Leonardo
Платформа Leonardo (рис. 3.4) це дійсно крок вперед – все на одному чіпі,
USB незалежний ні від UART, ні взагалі від яких би то не було пінів. Отже, плата
побудована на ATmega32u4. На 0,5 кБ збільшилася оперативка, ШІМ-виходів
стало на 1 більше, аналогових входів стало 12 і, як уже говорилося, розділені
порти USB і UART [14].

Рисунок 3.4 – Зовнішній вигляд платформи Arduino 1.0 pinout
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 40

Так само невигадливо підтримуються, не тільки віртуальний COM-порт,
але і миша, і клавіатура, що набагато простіше ніж це реалізовано в UNO. Це ж
стосується і, звичайно, роз’єму micro-USB. Насправді “крок вперед”» вийшов з
нюансами – довго боролися з різноманітними глюками і затягували вихід, пара
все-таки залишилася (функції Tone і AttachInterrupt), до того ж завантажувач
тепер займає 4 Кб. Крім того, в будь-який скетч для Leonardo додається
підтримка USB-blink для Duemilanove/UNO, що займеає – 1084 байти, а для
Leonardo – 4858 байт. Фізично Leonardo має те ж розведення, що є і в UNO, так
що так само ця платформа сумісна зі старими Шілдами.
3.2.3 Платформа Arduino Mega
ArdinoMega xxx – серія прокачаних плат (за розміром і характеристиками)
представлена моделями (в хронологічному порядку): Mega, Mega2560 і Arduino
ADK (рис. 3.5). В плати успішно додаються майже всі Шілд, але через різне (зі
“звичайними” Arduino) розташування виводів SPI-інтерфейсу, Шілди, що
використовують його з цифрових пінів 11, 12, 13, будуть не сумісні. Наприклад,
старий Ethernet Шилд. На новому SPI, що береться зі стандартною вилки ISP, все
відмінно працює і на “Мегахил”, і на “звичайних” Arduino [14].

Рисунок 3.5 – Зовнішній вигляд платформи ArdinoMega xxx
На платах в наявності множина виводів: 54 цифрових, з них 15 – з ШІМ,
16 – аналогових, великий об’єм пам’яті: 128/256 кб – флеш, 8 Кб оперативки,
4 Кб EEPROM і цілих 4 хардварних UART. “Мега” побудована на ATmega1280,
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 41

а “2560” і “ADK” на ATmega2560, тому розрізняються плати об’ємом пам’яті, до
того ж у свіжих – 2560 і ADK – USB-частина виконана на ATmega8U2 (на більш
пізніх ревізіях 2560 – на ATmega16U2) , тут все як у платформ UNO. А у ADK
ще й USB-host є, від якого очікується значна підтримка з Android-
телефонами [15].
3.2.4 Платформа Arduino Nano
Маленька плата з mini-USB (рис. 3.6). Шілд до неї не підходять, але сама
вона зручно встромляється в макетці. Ранні версії використовували ATmega168,
зараз стоять 328. В якості USB-UART мосту стоять FT232 [14].

Рисунок 3.6 – Зовнішній вигляд платформи Arduino Nano
3.2.5 Платформа Arduino Mini
Платформа Arduino Mini (рис. 3.7), так склалось історично, представлена
ще меншою платою, ніж Arduino Nano. Вона пережила кілька версій, які мають
незначні відмінності в призначенні деяких виводів. З Шілд не сумісна, але зручна
для вбудовування в закінчені девайси – нічого зайвого.

Рисунок 3.7 – Зовнішній вигляд платформи Ardino Mini
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 42

На Arduino Mini немає USB – програмується вона за допомогою
перехідника USB-Serial (наприклад, на базі тієї ж FT232). Так само на платі є
дуже малопотужний стабілізатор, а з світлодіодів – тільки індикатор живлення і
то на останніх версіях. Є варіанти плати, що працюють на частоті 3,3 і 8 МГц,
раніше ставили ATmega168, зараз стоять 328 [15].
3.3 Аналоги Arduino від інших розробників
Все, що створили не італійці, можна умовно розділити на 3 групи: “клони”,
“сумісні” і “ Arduino-подібні”.
З клонами ситуація обстоїть досить просто. Можна використовувати
документацію доступну з офіційного сайту Arduino і легко відправляти у
виробництво, при бажанні змінивши колір маски і назву. Такі плати (“клони”)
повністю повторюють Arduinoрму і повністю сумісні з нею. Тобто різниця між
клоном і оригіналом – тільки у виробникуа, а іноді ще у кольорі – відповідно
відмінності можуть бути тільки в якості збірки, компонентах та строгості
вихідного контролю. З якістю – все на совісті виробника/продавця. Також у
оригінальних платах в комплекті надається коробочка з тонкого, екологічно
чистого, кольорового картону. А також брошурка з запевненнями про
екологічність і протестованість плати, а також розповідають, про те, що
виробники відмовляються нести відповідальність за використання плати в
аерокосмічних/автомобільних/військових/ядерних/медичних цілях [14-16].
“Сумісні” означають, що деякі більш свідомі виробники пішли не шляхом
копіювання, а вирішили щось додати до проекту (крім своєї назви і кольору
маски) й повидумували купу своїх плат повністю сумісних з Arduino – умовно їх
можна назвати “сумісними переробками” (переосмисленнями). Наприклад:
Freeduino, Freetronics, Eleven, Seeeduino, CraftDuino, Diavolino, Japanino і ще
багато іншого. Як правило, доопрацювання та переробки носять досить
естетичний характер (не несуть принципових змін функціоналу або
характеристик) інакше плати втратили б сумісність. Зазвичай це додаткові
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 43

роз’єми, інше розташування світлодіодів і кнопок, своя розводка, застосування
інших компонентів (у інших корпусах, інших розмірів), інші схеми живлення,
скидання, USB-частини. Цей клас плат повністю сумісний з Arduino – і,
відповідно, Шілд з ними працюють, як рідні. Найяскравіший приклад – зазначені
на офіційному сайті у італійців плата Arduino Pro (спрощена схема живлення і
прибрана USB-частина) насправді їх придумали і виробляють у компанії
Sparkfun [15].
Природно, що основним розміром плат не обмежуються – є версії і міні- і
нано- та мега- сумісних переробок, але в цих випадках сумісність не така вже й
важлива річ.
3.4 Обґрунтування вибору платформи для Smart-лампи
У світі існує багато версій плат Arduino, але для реалізації даної
кваліфікаційної роботи було обрано Arduino Nano, яка для розробки Smart-лампи
з управлінням по Wi-fi підходить ідеально.
Перше, що на що привертає увагу, це розмір плати, сама назва говорить за
себе – Nano, тобто маленький розмір. Це дає змогу готову плату розмістити в
невеликому корпусі, на відміну від аналогів, які за своїми розмірами в декілька
раз більші.
Також вибір такої плати дозволить економити кошти, тому що за ціною
вона доступна для кожної людини, коштує така плата не більше 55 грн.
Платформа Arduino Nano дозволить реалізувати і багато інших модифікацій
Smart-лампи з управлінням по Wi-fi, якщо виникне потреба в їх виконанні.
Ще одним плюсом цієї версії Arduino є просте та зрозуміле середовище
програмування. Програмна оболонка є досить простою у застосуванні для
новачків, але вельми гнучка для більшості просунутих користувачів, щоб
оптимально швидко досягти потрібного результату.
На платі розташована достатня кількість входів, що буде дуже зручним для
пайки проекту Smart-лампи з управлінням по Wi-fi.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 44

Платформа Arduino Nano заснована на мікроконтролерах Atmel Atmega8 і
Atmega168. Схеми модулів публікуються під ліцензією Creative Commons, через
що досвідчені схемотехніки можуть створювати власні версії модуля. Навіть
недосвідчені користувачі зможуть робити макетну версію даного модуля, щоб
розуміти, яким же чином він здійснює роботу і заощаджує гроші.
Програмне забезпечення Arduino працює на більшості операційних систем:
Windows, Macintosh OS X, Linux, будучи відкритим додатком, який працює в
тому числі і на Java.
3.5 Вибір контролера для Smart-лампи
3.5.1 Контролер платформи Arduino
В першу чергу, з’ясуємо, що саме з себе представляє контролер платформи
Arduino.
Arduino – це інструмент для проектування електронних пристроїв
(електронний конструктор), що більш щільно взаємодіють з навколишнім
фізичним середовищем, ніж стандартні ПК, які фактично не виходять за межі
віртуальності. Це платформа, призначена для “physical computing” з відкритим
програмним кодом, побудована на простій друкованій платі із сучасним
середовищем для написання програмного забезпечення [15].
Arduino застосовується для створення електронних пристроїв з
можливістю прийому сигналів від різних цифрових та аналогових датчиків, які
можуть бути підключені до нього та управління різними виконавчими
пристроями. Проекти пристроїв, що базуються на Arduino, можуть працювати
самостійно або взаємодіяти з програмним забезпеченням на комп’ютері. Плати
можуть бути зібрані користувачем самостійно або куплені у зборі. Середовище
розробки програм з відкритим текстом доступне для безкоштовного скачування.
Мова програмування Arduino є реалізацією Wiring, подібної платформи
для “physical computing”, заснованої на мультимедійному середовищі
програмування Processing [15, 16].
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 45

Іншими словами, це не дуже вартісна плата, яка є у вільному доступі,
сумісна з операційними системами як з Windows, так і з Mac і навіть з Linux, до
неї можна підключити багато чого, від кнопки із мишки до LED-екрану. І все це
доволі легко програмується навіть новачком.
Суть створення Arduino-проектів проста, достатньо вибрати конкретну
плату з великої лінійки, підключаєте до її контактів датчик чи якийсь модуль, і
пишете програмний код, коли на ці контакти потрібно подавати струм чи
навпаки перевіряти наявність струму на них.
3.5.2 Контролер WeMos D1 Mini, сумісний з платформою Arduino
Однією з сумісних з Arduino плат є використаний контролер WeMos D1
Mini, зовнішній вигляд якого показано на рис. 3.8.

Рисунок 3.8 – Зовнішній вигляд контролера WeMos D1 Mini
Плати WeMos на основі ESP8266 давно користуються великою
популярністю. Вони сумісні з більшістю датчиків Arduino і дозволяють писати
скетчі в Arduino IDE. Завдяки WeMos з’являється можливість працювати з Wi-fi,
організовуючи мережу пристроїв або взаємодіючи з модулем через Інтернет.
У плати WeMos D1 Mini наявний більший об’єм пам’яті програм і пам’яті
ОЗП, вона побудована на базі 32-розрядного мікроконтролера з більшою
тактовою частотою і оснащена вбудованим Wi-fi модулем ESP8266 ESP-12, який
можна налаштувати як клієнт (STA), точка доступу (AP) або клієнт+точка
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 46

доступу (STA+AP). На модулі ESP8266 ESP-12 (802.11 b/g/n, 2.4 ГГц) є роз’єм
під зовнішню Wi-fi антену – завдяки цьому можна розширити площу покриття
мережею [14].
Також на платі присутні стабілізатор напруги на 3,3 В, роз’єм USB типу
Micro-B і USB-UART перетворювач на базі чіпа CH340G. Мікроконтролер
ESP8266 працює на тактовій частоті 80 МГц і має оперативну пам’ять RAM
даних на 80 КБ (для зберігання значень змінних), і пам’ять RAM інструкцій на
32 КБ. Програми зберігаються у Flash пам’яті об’ємом 4 МБ.
Плата WeMos D1 Mini може бути запитана від USB через кабель USB-
microUSB, або від зовнішнього джерела живлення на 5 В (виводи 5V та GND),
або на 3,3 В (виводи 3V3 та GND) постійного струму. Також плату можна
запитати від блоку живлення на 7-24 В, підключивши його через WeMos DC
Power Shield.
Мікроконтролер споживає до:
− 200 мА в режимі передачі даних Wi-fi;
− 60 мА в режимі прийому даних Wi-fi;
− 40 мА у режимі очікування;
− 1 мА в режимі зниженого енергоспоживання зі збереженням
з’єднання Wi-fi;
− 20 мкА у режимі глибокого сну.
Програмування плати здійснюється за допомогою стандартного
середовища розробки Arduino IDE. Контролер включає в себе процесор,
периферію, оперативну пам’ять і пристрої введення/виведення. Найбільш часто
мікроконтролери застосовуються в комп’ютерній техніці, побутових приладах і
інших електронних пристроях. WeMos відрізняється дешевої вартістю і
простотою підключення та програмування [16].
Основними областями застосування контролерів WeMos є температурні
датчики, датчики тиску і інші, зарядні пристрої, пульти для управління різними
побутовими приладами, системи обробки даних, робототехніка. До
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 47

мікроконтролеру можна підключати додаткові компоненти – індикатори,
сенсори, світлодіоди, які дозволяють реалізовувати різні проекти і розширювати
їх можливості.
3.6 Вибір кнопки управління для Smart-лампи
3.6.1 Види кнопок
Бувають різні види кнопок і, відповідно, клавіатур, які з них складаються.
Розглянемо найбільш поширені варіанти:
1. Клавіатури з коротким ходом клавіш.
У цих клавіатурах, як і в механічних перемикаючих елементів,
використовуються мікро кнопка виробництва японської компанії OMRON,
мають хід 0,3 мм і зусилля натискання близько 3 Н. Ресурс таких клавіш – до
10 млн. натискань. Мікро кнопка клавіші використовуються в усіх моделях
серії TKS, а також в деяких моделях інших серій.
2. Клавіатури з купольними клавішами (контакти “gold on gold”).
У клавіатурах цього типу механічними перемикаючими елементами є
металеві купола, які при натисканні контактують з друкованою платою.
Перевагою використання купольних клавіш є їх невелика висота. Це дозволяє
забезпечити плоску поверхню виробу, завдяки чому клавіатури можна
встановлювати в плоскі панелі.
3. Гнучкі мембранні клавіатури.
У конструкції мембранних клавіатур є три шари. На верхньому і нижньому
шарах розташовані струмопровідні доріжки, нанесені спеціальною фарбою на
основі срібла. Між верхнім і нижнім шарами знаходиться розділяючий шар з
діелектрика. Хороший тактильний ефект забезпечується за рахунок формування
клавіш.
4. Клавіатури з металевими клавішами.
Металеві кнопки, які використовуються в основному в вандалозахисній
серії TKV, в більшості випадків являють собою силіконові клавіші з металевими
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 48

ковпачками. Спеціальні поріжки знизу клавіш надійно кріплять клавіші до
передньої панелі і перешкоджають їх вилученню.
5. Силіконові клавіатури.
Силіконові клавіші оснащені карбоновими контактами, які контактують з
друкованою платою при натисканні. Ці клавіші забезпечують чудовий
тактильний ефект й практично беззвучні. Силіконові клавіші доступні різних
розмірів, кольорів, з різним діапазоном тактильного ефекту і ходом клавіш.
Випускаються в великих кількостях, ці клавіші досить економічні.
6. Клавіатури з довгим ходом клавіш.
У цій серії використовуються механічні перемикаючі елементи, що
застосовуються в традиційних клавіатурах для ПК. Хід клавіш становить понад
3 мм. Зусилля натискання – 0,6 Н. Дані клавіатури відмінно підходять для
введення великого об’єму даних.
7. Сенсорні клавіатури.
Робота цих клавіатур заснована на принципі ємнісного тачскріну – реакції
на дотик до певної області робочої поверхні. Сила торкання може бути
нульовою, хід клавіш відсутній. З причини відсутності механічних деталей,
клавіатури цього типу володіють чудовим ресурсом. Робочою поверхнею, як
правило, є рівне скло, тому з таких клавіатур легко видаляються забруднення
будь-якого типу.
3.6.2 Сенсорна кнопка TTP223В
В даній кваліфікаційній роботі бакалавра використовується сенсорна
кнопка TTP223В, оскільки це самий оптимальний варіант для розробки Smart-
лампи, адже цю кнопку можна заховати до корпусу, при цьому не буде псуватись
зовнішній вигляд розроблюваного пристрою [17].
Сенсорна кнопка TTP223В ємнісного типу, також часто іменована як
датчик дотику і є альтернативою звичайним кнопкам без фіксації. Реагує як на
прямий дотик до плати, так і через діелектричний прошарок (скло або пластик)
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 49

товщиною до 3 мм. В основі модуля лежить мікросхема TTP223В, зовнішній
вигляд якої представлено на рис. 3.9.
При необхідності чутливість кнопки може бути змінена заміною
конденсатора на платі [17].

Рисунок 3.9 – Сенсорна кнопка TTP223В
Принцип работи кнопки заснований на електричній ємності людського
тіла. Спрацювання модуля на комутацію відбувається від дотика пальцем до
сенсорного датчика. В стані спокою – на виході модуля низький рівень напруги,
при дотику до сенсора – з’являється високий рівень напруги. Після 12 с.
бездіяльності модуль переходить в режим пониженого енергоспоживання.
Основні технічні характеристики сенсорної кнопки TTP223В наведено
в табл. 3.1.
Таблиця 3.1 – Технічні характеристики сенсорної кнопки TTP223В
Параметр Значення
Напруга живлення, В 2,5-5
Час відгуку в активному режимі, мс 60
Час відгуку в режимі пониженого
220
энергозбереження, мс
Чип TTP223B
Чутливість, пФ 0-50
Розмір, мм 10 × 14
Ціна, грн. 12

Модуль сенсорної кнопки має 3 контакти.
Позначення контактів:
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 50

− SIG (вихідний цифровой сигнал);
− VCC (напруга живлення);
− GND (загальний контакт або “земля”).
Живлення модуля здійснюється або від Arduino-контролера, іншого
мікропроцесорного керуючого пристрою, або від зовнішнього джерела живлення
(блока живлення, батареї, акумулятора). Напруга живлення модуля 2-5,5 В [18].
3.7 Вибір адресної стрічки та матриці з адресними світлодіодами для
Smart-лампи
3.7.1 Сутність RGB
Перед тим як перейти до стрічок або матриць з адресними світлодіодами
розберемо, що означає колірна модель RGB і як вона формується.
RGB – це колірна адитивна модель, названа так по трьом заголовним
літерам назв кольорів, які утворюють її основу: Red, Green, Blue, або червоний,
зелений, синій. Ці ж кольори утворюють і всі проміжні. RGB модель слугує для
виведення зображення на екрани моніторів та інших електронних пристроїв.
Володіє великим колірним охопленням.
Тому сучасний монітор комп’ютера або хороший принтер відображає
16,7 млн. відтінків. Така велика палітра виходить змішуванням як раз цих трьох
кольорів в різних пропорціях. У графічних редакторах кожен з них
представлений 256 відтінками. Відтінки залежать від інтенсивності
випромінювання: від 0 (відсутність світла) до 255 (максимальне значення), що в
кінцевому результаті дає спектральний вибір з 16 777 216 значень. Однак,
незважаючи на таку велику кількість кольорів, їх відтворення повною мірою
обумовлено апаратними можливостями обладнання: різні пристрої мають різні
алгоритми обчислення вхідних даних, а реакція колірних компонентів
(люмінофорів або барвників) на окремі канали R, G, B повністю залежить від
виробника, а часто і часу експлуатації.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 51

Колірна модель RGB передбачає, що вся палітра складається з крапок, що
світяться. Це означає, що на папері неможливо відобразити колір в RGB моделі,
так як папір поглинає колір, а не світиться.
RGB-колір виходить в результаті змішування червоного, синього і
зеленого в різних пропорціях: кожен відтінок можна описати трьома числами,
що позначають яскравість трьох основних кольорів.
3.7.2 Адресні стрічки
Серед усього розмаїття світлодіодних стрічок, адресні (або адресовані)
моделі займають одне з найбільш почесних місць. Для управління ними
використовуються спеціальні контролери, які відповідають за ввімкнення та
вимкнення певних кольорів, що дозволяє створювати необхідні світлові
комбінації. У свою чергу, адресні моделі – це ще один величезний крок вперед
для світу світлодіодів та мікроелектроніки. За їх допомогою великі масиви LED-
елементів можна організовувати у цілі екрани та світлові панно для демонстрації
образів та картинок.
Коли типові світлодіодні стрічки приєднуються до димерів або
контролерів, їхній функціонал обмежується можливостями керуючих пристроїв
та числом роз’ємів для підключення. При використанні сторонніх
мікроконтролерів можливості розширюються, але може з’явитися проблема
їхньої комутації з кількома десятками стрічок або блоків світлодіодів. У той час,
як у кожного контролера кількість клем обмежена, для кожного світлодіоду
потрібно як мінімум чотири струмовідводи, а для RGBW та RGBWW – ще
більше. Більша частина з них відповідає за кольори, а останній контакт (група
контактів) є катодом або анодом, в залежності від різновиду стрічки.
Фірмові контролери влаштовані таким чином, щоб максимально
оптимізувати комутаційні процеси. Вони оперують 24-бітним сигналом, який
складається з трьох блоків інформації по 8 біт – по одному для червоного,
зеленого та синього кольору. У сигналі також закодований рівень яскравості
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 52

світіння для певного відтінку та здвиг в регістрі, що дозволяє розпізнати, до яких
саме світлодіодів намагається звернутися користувач. Все це дозволяє
з’єднувати множину елементів послідовно, задіюючи всього лише один вивід
контролера.
Адресна світлодіодна стрічка – це набір з LED-елементів, де діод-секція
фактично включає до себе міні-контролер. Це може здатися неймовірним, проте
всередині кожного подібного світловипромінювального вузла на гнучкій платі
розташовується мікроскопічний контролер, оснащений трьома транзисторними
виходами. Описана конструкція робить можливим звернення до стрічки не за
кольором або групою – тепер можна безпосередньо взаємодіяти з кожним
конкретним напівпровідником та ставити перед ним певні завдання.
Найчастіше адресні стрічки мають три або чотири контакти: два для
живлення (наприклад, вольтаж та заземлення), а один або два тих, що
залишилися, – логічні, які використовуються для управління.
Але так як для розроблюваної в даній кваліфікаційній роботі Smart-лампи
потрібно з цієї стрічки зробити матрицю, то логічніше використати вже готову
матрицю, до того ж вона виходить дешевше при тій же кількості діодів.
3.7.3 Матриця за адресними світлодіодами
Перевага адресної стрічки в тому, що вона дозволяє керувати будь-яким з
підключених світлодіодів. Якщо укласти стрічку так, щоб світлодіоди
утворювали рівну сітку, то можна отримати матрицю, в якій можна запалити
будь-який “піксель”, а запалити можна одним з 16,7 мільйонів кольорів і
відтінків. У світлодіодів RGB яскравість кожного кольору має 256 градацій
(8 біт), відповідно для трьох кольорів 256 × 256 × 256 = 16,7 млн., що і є
звичними 24 бітами колірної глибини. Тобто по суті отримуємо повноцінний
24 бітний дисплей наднизької роздільної здатності.
Матрицю можна склеїти самому, для цього знадобиться адресна
світлодіодна стрічка, наприклад найпопулярніша на чіпах WS2812b (рис. 3.10).
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 53

Рисунок 3.10 – Зовнішній вигляд адресної стрічки WS2812b
Доцільно брати стрічку з щільністю пікселів 60 світлодіодів на метр для
маленьких матриць (комірка 1,7 × 1,7 см) і 30 світлодіодів на метр для великих
матриць (комірка 3,3 × 3,3 см). Також є світлодіодні модулі по типу “гірлянди”,
їх можна брати для дуже великих матриць (комірка 12 × 12 см). Розглянуто
матрицю 20 × 10 світлодіодів: з стрічки 60 LED на метр розмір матриці буде
34 × 17 см, з 30 LED на метр – 66 × 33 см, і з модулів – 240 × 120 см.
Звідси слідує, що матриця в цьому випадку має лише декілька переваг, з
яких можна виділити:
1. Наявність вже готової матриці, яку не потрібно майструвати із стрічки,
сюди ж відноситься і пайка.
2. Ціна на матрицю дешевше ніж на стрічку.
Саме тому вибір був очевидний, і в даній роботі було використано
матрицю із адресними світлодіодами WS28812b 16 × 16 LED.
3.8 Розробка структурної схеми Smart-лампи з управлінням по Wi-fi
на платформі Arduino
Розроблена структурна схема Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino за допомогою контролера WeMoS D1 Mini та адресної
світлодіодної матриці WS28812b 16 × 16 LED представлена на рис. 3.11.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 54

Рисунок 3.11 – Запропонована структурна схема Smart-лампи
з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino
Для проектування самої Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino знадобляться такі елементи як:
− плата контролеру WeMoS D1 Mini;
− адресна світлодіодна матриця WS28812b 16 × 16 LED;
− блок живлення 5 В 3 А;
− конденсатор 470UF 6,3 В;
− сенсорна кнопка TTP223В.
Після чого варто помістити готову конструкцію в корпус.
Використання світлодіодної матриці WS2812B в запропонованій Smart-
лампі з управлінням по Wi-fi надасть широкі можливості щодо створення
світлових ефектів та візуалізації різноманітних візерунків, наприклад таких, як
ефект вогню.
Також розроблена Smart-лампа з управлінням по Wi-fi є значно дешевшою
у грошовому еквіваленті, що зробить її більш доступною для будь-якого
споживача на ринку готової продукції.

Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 55

4 РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
4.1 Середовище розробки Arduino IDE
В рамках проекту Arduino було створено програмне забезпечення, що
відповідає основним вимогам типового середовища IDE. Це не потужне
програмне забезпечення, як наприклад Eclipse або NetBeans, а проста,
функціональна програма, яка дозволяє писати, компілювати і завантажувати
програму до мікроконтролера [19].
Проста структура середовища Arduino IDE є перевагою, так як забезпечує
швидке освоєння програми і перехід до розробки додатків для Arduino.
Незважаючи на свою простоту і інтуїтивно зрозуміле управління, варто звернути
увагу на найбільш важливі елементи програми.
Після запуску програми з’являються чотири основних функціональних
елементи:
− меню програми;
− панель швидкого доступу до найбільш важливих функцій;
− редактор (для розміщення коду програми);
− панель повідомлень і статусу програми.
Меню програми дозволяє здійснювати управління проектом, наприклад,
створення нового проекту, збереження поточного, друк на принтері вихідного
коду.
Цікавою особливістю програми є вбудований набір прикладів програм. Це
дуже зручно, так як приклади програм можна відразу перевірити, завантаживши
їх до мікроконтролера. При необхідності можливо зберегти приклад і змінити
його відповідно до потреб користувача [20].
Меню “Файл” (рис. 4.1) і меню “Правка” (рис. 4.2) містять стандартні
параметри.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 56

Рисунок 4.1 – Меню “Файл”

Рисунок 4.2 – Меню “Правка”
Меню “Скетч” (рис. 4.3) містить параметри для компіляції проекту і
імпорту необхідних бібліотек.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 57

Рисунок 4.3 – Меню “Скетч”
Цікавим і корисним елементом IDE є меню “Інструменти” (рис. 4.4), яке
включає в себе функції автоматичного форматування коду, архівування проекту,
включення монітора послідовного порту (USB в Arduino розглядається як
звичайний послідовний порт).

Рисунок 4.4 – Меню “Інструменти”
Найбільш важливим елементом меню “Інструменти” є можливість вибору
відповідної плати, тобто системи Arduino підключеної до комп’ютера. У списку
знаходяться всі офіційні версії Arduino. Якщо тип плати відсутній в списку, то є
можливість додати її, змінивши один з файлів програми.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 58

У меню “Інструменти” також потрібно встановити порт, до якого
підключена плата Arduino. Пакет Arduino IDE сам визначає порт, але іноді
потрібно вручну встановити номер порту в налаштуваннях.
За допомогою Arduino IDE можна також завантажити, тобто
запрограмувати завантажувач (Bootloader) для нового, чистого мікроконтролера
Atmega, що дозволяє клонувати чіпи або просто замінити несправний
мікроконтролер в Arduino [19].
Для нормальної роботи з Arduino IDE використовується панель швидкого
доступу, яка оснащена найбільш важливими кнопками. Це рішення, що полегшує
роботу з пакетом IDE, надає прямий доступ до практично всіх необхідних
параметрів при написанні і тестуванні програми (рис. 4.5).

Рисунок 4.5 – Панель швидкого доступу
Вони дозволяють (зліва направо):
− скомпілювати програму (1);
− завантажити програму до мікроконтролера (2) (перед прошивкою код
програми компілюється);
− почати роботу над новим проектом (3);
− відкрити існуючий проект (4);
− зберегти проект на диск (5);
− включити монітор послідовного порту(6).
Додатковим корисним елементом, що знаходяться під кнопкою включення
монітора послідовного порту – це меню для управління вкладками (7).
Вкладки в Arduino IDE спрощують написання складних проектів, а також
так само дозволяють працювати з декількома проектами одночасно (рис. 4.6).
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 59

Рисунок 4.6 – Меню управління вкладками
Найбільша частина вікна програми призначена для написання
безпосередньо самого коду програми. Редактор в Arduino IDE не дуже
просунутий, але має найважливіші елементи, що дозволяють полегшити
написання простих програм. До таких елементів можна віднести підсвічування
синтаксису і блоків (дужки). Це не багато, але достатньо для простих проектів.
Останнім елементом програми є вікно повідомлень і статусу. Видима там
інформація дозволяє користувачеві знайти помилки в програмному коді і
отримати підтвердження про завершення компіляції та завантаження програми
до мікроконтролера [20].
Підводячи підсумок можна сказати, що Arduino ID – це простий
програмний пакет, який дозволяє запрограмувати будь-яку відому плату Arduino,
комунікувати з послідовним портом і легко управляти проектами.
4.2 Інші середовища розробки
На даний час існують і аналоги середовища розробки Arduino IDE, одим з
таких аналогів є програма “FLProg”, основною метою створення даної програми
було включення в коло користувачів плат Arduino людей незнайомих з
програмуванням.
Програма “FLProg” дозволяє створювати прошивки для плат Arduino за
допомогою графічних мов FBD (Function Block Diagram) і LAD (Ladder
Diagram), які є стандартом в області програмування промислових контролерів.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 60

FBD – графічна мова програмування стандарту МЕК 61131-3. Програма
утворюється зі списку ланцюгів, які виконуються послідовно зверху вниз. При
програмуванні використовуються набори бібліотечних блоків.
Блок (елемент) – це підпрограма, функція або функціональний блок
(І, АБО, НЕ, тригери, таймери, лічильники, блоки обробки аналогового сигналу,
математичні операції і ін.). Кожен окремий ланцюг являє собою вираз, складений
графічно з окремих елементів. До виходу блоку підключається наступний блок,
утворюючи ланцюг. Всередині ланцюга блоки виконуються строго в порядку їх
сполучення. Результат обчислення ланцюга записується у внутрішню змінну або
подається на вихід контролера.
LAD – мова релейної (сходової) логіки. Синтаксис мови зручний для
заміни логічних схем, виконаних на релейній техніці. Мова орієнтована на
інженерів по автоматизації, які працюють на промислових підприємствах.
Забезпечує наочний інтерфейс логіки роботи контролера, який полегшує не
тільки завдання власне програмування і введення в експлуатацію, але і здійснює
швидкий пошук неполадок в підключеному до контролера обладнанні.
Програма на мові релейної логіки має наочний і інтуїтивно зрозумілий
інженерам-електрикам графічний інтерфейс, який представляє логічні операції,
як електричний ланцюг з замкнутими і роз’єднаними контактами. Перебіг або
відсутність струму в цьому ланцюзі відповідає результату логічної операції
(істина – якщо струм є; хиба – якщо струму немає).
Основними елементами мови є контакти, які можна образно порівняти з
парою контактів реле або кнопки. Пара контактів ототожнюється з логічною
змінною, а стан цієї пари – зі значенням змінної.
Розрізняються нормально замкнуті і нормально розімкнені контактні
елементи, які можна зіставити з нормально замкнутими і нормально
розімкнутими кнопками в електричних ланцюгах.
Проект в “FLProg” являє собою набір плат, на кожній, з яких зібрано
закінчений модуль загальної схеми. Для зручності роботи кожна плата має
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 61

найменування і коментарі. Також кожну плату можна згорнути (для економії
місця на робочій зоні, коли робота над нею закінчена), і розгорнути. Червоний
індикатор в найменуванні плати вказує на те, що в схемі плати є помилки.
Вид вікна програми в режимі мови FBD показано на рис. 4.7.

Рисунок 4.7 – Вид вікна програми в режимі мови FBD
Вид вікна програми в режимі мови LAD представлено на рис. 4.8.

Рисунок 4.8 – Вид вікна програми в режимі мови LAD
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 62

Схема кожної плати збирається з функціональних блоків відповідно до
логіки роботи контролера. Більшість функціональних блоків мають можливість
налаштувань, за допомогою яких їх роботу можна налаштувати відповідно до
необхідних в даному конкретному випадку вимог (рис. 4.9).

Рисунок 4.9 – Меню налаштувань
Так само для кожного функціонального блоку є розгорнутий опис, який
доступний в будь-який момент й допомагає розібратися в його роботі та
налаштуванні (рис. 4.10).

Рисунок 4.10 – Меню інформації
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 63

При роботі з програмою користувачу немає необхідності займатися
написанням коду, контролем за використанням входів/виходів, перевіркою
унікальності імен та узгодженістю типів даних. За всім цим стежить програма.
Також вона перевіряє правильність проекту в цілому й вказує на наявність
помилок.
Для роботи з зовнішніми пристроями створено кілька допоміжних
інструментів. Це інструмент ініціалізації та встановлення годинника реального
часу, інструменти для читання адрес пристроїв на шинах OneWire і I2C, а також
інструмент для читання і збереження кодів кнопок на ІЧ пульті. Всі конкретні
дані можна зберегти у вигляді файлу і в подальшому використовувати в
програмі.
Також існує ще однасучасна альтернатива Arduino IDE – це середовище
розробки “PlatformIO IDE”.
Це середовище розробки крос-платформних кодів і менеджер бібліотеки з
платформами, такими як підтримка Arduino або MBED. Розробники подбали про
інструменти, відлагодження, фреймворки, які працюють на найпопулярніших
платформах, таких як Windows, Mac і Linux.
“PlatformIO” підтримує більше 200 плат розробки разом з більш ніж
15 платформами розробки і 10 рамками. Таким чином, більшість популярних
плат охоплені. Розробники виконали важку роботу з організації та управління
сотнями бібліотек, які можна включити до проекту. Також багато прикладів
дозволяють швидко розвиватися. “PlatformIO” спочатку був розроблений з
філософією командного рядка. Він успішно використовується з іншими
середовищами, наприклад, Eclipse або Visual Studio.
“PlatformIO” не залежить від платформи, в якій він працює. Насправді,
єдиною вимогою є Python, який існує майже всюди. Це означає, що проекти
“PlatformIO” можна легко перенести з одного комп’ютера на інший, а також, що
“PlatformIO” дозволяє легко обмінюватися проектами між членами команди,
незалежно від операційної системи, з якою вони прагнуть працювати.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 64

Крім того, “PlatformIO” може працювати не тільки на часто
використовуваних настільних комп’ютерах/ноутбуках, але й на серверах без
Window System. Хоча сама “PlatformIO” є консольним додатком, вона може бути
використана в комбінації з улюбленою областю і робочим IDE або текстовим
редактором, таких як платформа IDE для Atom, CLion, Eclipse, Emacs, NetBeans,
Qt Creator, Sublime Text, VIM, Visual Studio, PlatformIO IDE для VSCode і т.д.
Добре те, що PlatformIO може працювати на різних операційних системах.
Але що більш важливо, з точки зору розвитку, принаймні, є список
підтримуваних плат і мікрокоманд. Для того, щоб зберегти елементи:
“PlatformIO” підтримує приблизно 200 вбудованих плат і всі основні плати
розширення.
Не заглиблюючись у деталі впровадження “PlatformIO”, робочий цикл
проекту, розробленого з використанням PlatformIO, такий:
− користувачі обирають плати, зацікавлені в “platformio.ini” (файл
конфігурації проекту);
− виходячи з цього списку плат, “PlatformIO” завантажує необхідні
інструменти і встановлює їх автоматично;
− користувачі розробляють код і “PlatformIO” переконується, що він
компілюється, готує і завантажує код до мікроконтролера.
4.3 Обґрунтування вибору середовища розробки для Smart-лампи
Для виконання кваліфікаційної роботи щодо розробки самої Smart-лампи з
управлінням по Wi-fi на платформі Arduino перевага була ввідана середовищу
розробки Arduino IDE.
Це пов’язане з такими причинами:
1. Середовище розробки Arduino IDE має досить зрозуміли інтерфейс,
навіть початківець і людина, яка вперше працює з платформою Arduino зможе
легко розібратись у цій програмі.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 65

2. У цьому середовищі існує багато потрібних функцій (наприклад,
підсвічування коду). Також є швидке меню, за допомогою якого можна швидко
скомпілювати чи завантажити скетч на платформу.
3. В Arduino IDE швидке завантаження скетчів до плати, не більше
1 хвилини.
4. Для Arduino є множина різних бібліотек, як для складних завдань
(робота з SD-картками, LCD, парсинг GPS-даних), так і для простих проблем, як,
наприклад, усунення брязкоту кнопок.
5. До Arduino можна підключити масу всіляких сенсорів, АЦП дозволяє
отримувати аналогові дані (наприклад, датчик температури), а вбудовані
інтерфейси SPI і I2C дозволяють працювати з 99 % всіляких датчиків.
Іноді дуже цікаво бачити додаткову плату BeagleBoard, до якої доводиться
підключати Arduino, тільки щоб отримувати дані з якого-небудь датчика.
Головні переваги Arduino – це простота, відкритість і швидкість
входження в середовище розробки.
Всього майже 10 хвилин на ознайомлення і вже можна починати
програмувати.
4.4 Мова програмування C++ та переваги її використання
Платформа Arduino, завдяки середовищу розробки Arduino IDE
програмується мовою програмування С++.
C++ – це мова програмування високого рівня з підтримкою кількох
парадигм програмування: об’єктно-орієнтованої, узагальненої та процедурної.
Розроблена Б’ярном Страуструпом (англ. Bjarne Stroustrup) в AT&T Bell
Laboratories (Мюррей-Хілл, Нью-Джерсі) 1979 р. та початково отримала назву
«Сі з класами». Згодом Страуструп перейменував мову на C++ у 1983 р.
Базується на мовіС. Вперше описана стандартом ISO/IEC 14882:1998, найбільш
актуальним же є стандарт ISO/IEC 14882:2014 [21].
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 66

У 1990-х роках С++ стала однією з найуживаніших мов програмування
загального призначення. Мову використовують для системного програмування,
розробки програмного забезпечення, написання драйверів, потужних серверних
та клієнтських програм, а також для розробки розважальних програм, наприклад,
відеоігор. С++ суттєво вплинула на інші популярні сьогодні мови
програмування: С# та Java.
Переваги мови C++:
− швидкодія. Швидкість роботи програм на С++ практично не
поступається програмам на С, хоча програмісти отримали в свої руки нові
можливості та нові засоби;
− масштабованість. На мові C++ розробляють програми для
найрізноманітніших платформ і систем;
− можливість роботи на низькому рівні з пам’яттю, адресами, портами.
(при необережному використанні ця перевага може легко перетворитися на
недолік);
− можливість створення узагальнених алгоритмів для різних типів даних,
їх спеціалізація, та обчислення на етапі компіляції, з використанням шаблонів;
− підтримуються різні стилі та технології програмування, включаючи
традиційне директивне програмування, об’єктно-орієнтоване, узагальнене
програмування, метапрограмування (шаблони, макроси) [21].
Порівняння C++ з мовами Java і C#:
Мова С++ з появою перших трансляторів знайшла відразу ж дуже широке
розповсюдження, на ній було створено величезну кількість програм і
застосунків. У міру накопичення досвіду створення великих програмних систем
спливли недоліки, які спонукали до пошуку альтернативних рішень. Таким
альтернативним рішенням стала мова Java, яка в деяких галузях стала
конкурувати у популярності з C++, а фірма Microsoft запропонувала мову C# як
нову мову, що розвиває принципи C++ і що використовує переваги мови Java.
Надалі з’явилася мова Nemerle, що об’єднує переваги C# з можливістю
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 67

функціонального програмування. Останнім часом з’явилася спроба об’єднання
ефективності C++, безпеки і швидкості розробки, як в Java і C# – була
запропонована мова D, яка поки не отримала широкого визнання.
Мова Java має такі особливості, яких немає в мові C++:
Java – є типобезпечною мовою. Типобезпека гарантує відсутність у
програмах помилок, які важко знайти і які пов’язані з неправильною
інтерпретацією пам’яті комп’ютера. Це робить процес розробки надійнішим та
передбачуваним, а отже швидшим. Так само це дозволяє залучати до розробки
програмістів, що мають меншу кваліфікацію і мати великі групи
розробників [22].
Java-код компілюється спочатку не в машинний код, а в певний проміжний
код, який надалі інтерпретується або компілюється, тоді як багато C++
компіляторів орієнтовані на компіляцію в машинний код заданої платформи.
У мові Java є чіткі певні стандарти на введення/виведення, графіку,
геометрію, діалог, доступ до баз даних і інших типових застосувань. Завдяки цим
особливостям, додатки на Java мають значно кращу кросплатформність, ніж
С++, і часто, будучи написані для певного комп’ютера і операційної системи,
працюють під іншими системами без змін. Програмісти, що пишуть на мові Java,
не залежать від пакетів, нав’язаних розробниками компіляторів на дане
конкретне середовище, що різко спрощує портування програм.
У мові Java реалізовано повноцінне збирання сміття, якого немає в C++.
Немає в С++ і засобів перевірки правильності вказівників. З іншого боку, C++
володіє набором засобів (конструктори і деструктори, стандартні шаблони,
посилання), що дозволяють майже повністю виключити виділення і звільнення
пам’яті вручну і небезпечні операції з вказівниками. Проте таке виключення
вимагає певної культури програмування, тоді як в мові Java воно реалізується
автоматично [22].
Мова Java є чисто об’єктно-орієнтованою, тоді як C++ підтримує як
об’єктно-орієнтоване, так і процедурне програмування.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 68

В C++ відсутня повноцінна інформація про типи під час
виконання RTTI (Run-Time Type Information, Run-Time Type Identification,
динамічна ідентифікація даних). Цю можливість можна було б реалізувати в
C++, маючи повну інформацію про типи під час компіляції.
У C++ є можливість введення призначеного для користувача синтаксису за
допомогою #define, що може привести до того, що модулі у великих пакетах
програм стають сильно пов’язані один з одним. Це різко знижує надійність
пакетів і можливість організації розділених модулів. З іншого боку, С++ надає
достатньо засобів (константи, шаблони, вбудовані функції) для того, щоб
практично повністю виключити використання #define [21].
Ці відмінності призводять до запеклих суперечок між прихильниками двох
мов про те, яка мова найкраща. Прихильники Java вважають ці особливості
перевагами; прихильники C++ вважають, що у багатьох випадках ці особливості
є недоліками, зокрема:
Ціною переносимості є вимога наявності на комп’ютері віртуальної Java-
машини, що приводить до уповільнення обчислень і практичної неможливості
використання нових можливостей апаратної архітектури.
1. Збирання сміття призводить до втрати ефективності.
2. Стандарти на графіку, доступ до баз даних тощо є недоліком, якщо
програміст хоче визначити свій власний стандарт.
3. Вказівники у багатьох випадках є могутнім, або навіть необхідним
засобом, а їхнє безконтрольне використання небезпечне лише в невмілих руках.
4. Підтримка процедурного програмування є корисним.
Далеко не всі програмісти є прихильниками однієї з мов. На думку
більшості програмістів, Java і C++ не є конкурентами, тому що мають різні галузі
застосування.
Інші вважають, що вибір мови для багатьох завдань є питанням особистого
смаку.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 69

4.5 Розробка інструкції користувача для Smart-лампи
Керування лампою можливе двома способами:
− за допомогою додатку на смартфоні “Fire Lamp”;
− через сенсорну кнопку на корпусі Smart-лампи.
Цей додаток інтуїтивно зрозумілий, зазначимо основні особливості його
для його використання.
Для початку потрібно натиснути на кнопку зображену на рис 4.11, яка
надає доступ до розширенних можливостей.

Рисунок 4.11 – Кнопка “Розширенні можливості”
додатку “Fire Lamp”
Потім у випадаючий вкладці вибираємо пункт “З’єднання”, який
показано на рис. 4.12.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 70

Рисунок 4.12 – Вибір пункту меню “З’єднання”
додатку “Fire Lamp”
У цьому вікні користувачу потрібно натиснути спочатку на кнопку
“Знайти”, а потім на саму IP-адресу (рис. 4.13).

Рисунок 4.13 – Перелік світлових ефектів, зміна налаштувань,
вибір “IP-адреси” в додатку “Fire Lamp”
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 71

Результатом підключення додатку до Smart-лампи є поява відповідного
повідомлення (рис. 4.14).

Рисунок 4.14 – Інтерфейс додатку “Fire Lamp”
Завдання налаштувань для Smart-лампи через сенсорну кнопку на
корпусі (рис. 4.15).

Рисунок 4.15 – Керування на пряму через сенсорну кнопку Smart-лампи

Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 72

ВИСНОВКИ
Результатом даної кваліфікаційної роботи бакалавра є розробка Smart-
лампи з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino, що дозволить легко та
зручно керувати освітленням приміщення завдяки широким можливостям
налаштування різноманітних режимів та ефектів освітлення, де для кожного
світлового ефекту можна змінювати колір, насиченість та яскравість шляхом
управління за допомогою Android-додатку з вже вбудованим режимами та
світловими ефектами або власними, створеними самим користувачем, чи
вмонтованої в корпус Smart-лампи сенсорною кнопкою.
У результаті роботи були виконані наступні завдання:
− проведено аналіз існуючих на ринку рішень та аналогів та визначені їх
переваги та недоліки;
− проаналізовано існуючі платформи Arduino та визначена найкраща
платформа для розробки Smart-лампи з управлінням по Wi-fi – платформа
Arduino WeMos D1 Mini, що містить модуль Wi-fi, має невеликий розмір і малу
вартість;
− підібрано елементну базу для розробки Smart-лампи з управлінням по
Wi-fi на платформі Arduino;
− розроблено структурну схему Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino;
− визначено середовище Arduino IDE та мова програмування С++ для
розробки програмного забезпечення для керування Smart-лампою;
− розроблено інструкцію користувача для керування Smart-лампою з
управлінням по Wi-fi;
− здіснено проектування Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino.
На сучасному ринку представлено широкий вибір Smart-ламп з
управлінням по Wi-fi різних фірм-виробників, які використовують не лише для
освітлення приміщення, а й для створення зони комфорту в інтер’єрі кімнати. Як
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 73

правило, такі світильники розміщують в спальні, дитячій, вітальні, офісі чи
навіть на дворі для відчуття приємної атмосфери в темну пору доби.
Для проектування Smart-лампи з управлінням по Wi-fi з технічної сторони
проведено системний аналіз та підібрано вигідне збалансоване рішення, як з боку
швидкодії і функціоналу, так і з боку вартості самого пристрою. Проект виконано
на базі платформи Arduino WeMos D1 Mini, що містить модуль Wi-fi, має
невеликий розмір і малу вартість, та адресної світлодіодної гнучкої матриці
WS2812b.
Запропоноване рішення має широкі можливості для налаштування
різноманітних режимів та ефектів освітлення. Для кожного світлового ефекту
можна змінювати колір, насиченість та яскравість за допомогою Android-
додатку, що має інтуїтивно зрозумілий інтерфейс для легкого та зручного
налаштування користувачем, або вмонтованої в корпус лампи сенсорної кнопки.
Розроблена Smart-лампа з управлінням по Wi-fi легко впишеться в
сучасний інтер’єр квартири чи дому, а також може бути додана до систем
управління Smart-будинком.

Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 74

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Розумна лампа: особливості використання, види, пристрій + огляд
кращих моделей лампочок [Електронний ресурс]. Режим доступу : https://sovet-
ingenera.com/elektrika/svetylnik/umnaya-lampa.html
2. Керуючи настроєм за допомогою світла, ви керуєте своїм життям.
Світлодіодні Smart-світильники [Електронний ресурс]. Режим доступу :
https://ledmir.com.ua/articles/svetodiodnye_smart_svetilniki
3. LED смарт лампочка Wi-Fi з можливістю затемнення [Електронний
ресурс]. Режим доступу : https://www.aliexpress.com/item/1005002092053172.html
4. Wi-fi лампочка “Nomi” [Електронний ресурс]. Режим доступу :
https://rozetka.com.ua/119496217/p119496217/
5. Smart-світильник з підключенням до сматрфону [Електронний ресурс].
Режим доступу : https://rozetka.com.ua/ua/332811223/p332811223/
6. 3D світильник “Joyver”, нічник, 3D лампа з акриловою пластиною.
Мишко з серцем 3D [Електронний ресурс]. Режим доступу :
https://prom.ua/ua/p1568758184-svetilnik-joyver-nochnik.html
7. Panamalar Smart Dusk Lamp [Електронний ресурс]. Режим доступу :
https://prom.ua/ua/p1600407001-wifi-proektsionnaya-lampa.html
8. Кутовий LED торшер [Електронний ресурс]. Режим доступу :
https://gley.com.ua/ua/Tovary_dlya_doma/Prochaya_tekhnika_dlya_doma/nochniki-
led-torsheri/uglovoj-led-torsher-led-lampa-led-nochnik-rgb-podsvetka-2m-sensornyj-
pult-upravleniya
9. Світлодіодна розумна лампа Videx [Електронний ресурс]. Режим
доступу : https://rozetka.com.ua/ua/214252861/p214252861/
10. Розумна лампочка з підключенням до Вашого смартфону [Електронний
ресурс]. Режим доступу : https://rozetka.com.ua/ua/332091322/p332091322/
11. Розумна Wi-Fi Лампа SONOFF [Електронний ресурс]. Режим доступу :
https://homesmart.com.ua/umnaya-wi-fi-lampa-sonoff-b05-b-a60-rgb/
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 75

12. MIDIAN MDYCTD180 [Електронний ресурс]. Режим доступу :
https://www.xiaomi.ua/uk/nastilna-muzichna-lampa-xiaomi-midian-
mdyctd180/p37224/
13. Іго Т. Розумні речі: Arduino, датчики та мережі для зв’язку пристроїв.
Пер. з англ. Вид. 3-тє. К., 2019. 608 с.
14. Міні сенсорний датчик TTP223 [Електронний ресурс]. Режим доступу :
https://erg.com.ua/p473982029-mini-sensornyj-datchik.html
15. Сенсорна кнопка на базі TTP223 Електронний ресурс]. Режим доступу :
https://vados3.com.ua/p911543996-sensorna-knopka-bazi.html
16. Шилдт Герберт. Java: посібник для початківців. Пер. з англ. Вид. 7-е.
К., 2019. 816 с.
Арк.
ЧДТУ.222109.001 ПЗ

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 76

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets