Умные будильники с датчиком движения: гарантированное пробуждение

Компоненты и материалы

Arduino Nano Every	×1
Модуль часов реального времени DS3231	×1
PIR-датчик движения HC-SR501	×1
Пьезо-зумер (5 В)	×1

Программное обеспечение

• Arduino IDE

О проекте

Встать с кровати может быть настоящим вызовом. Этот будильник с датчиком движения заставляет вас оставаться бодрствующим, фиксируя активность после нажатия «Спящий режим». Если вы ляжете обратно — будильник сработает снова, заставляя проснуться на заданный период.

Сборка

Соберите следующие компоненты:

• Модуль RTC DS3231
• PIR-датчик HC-SR501
• Зумер (любой 5-вольтовый пьезо)
• Тактильная кнопка
• Arduino Nano Every (или совместимая плата)

Подключение:

• Зумер «-» → GND
• Зумер «+» → D11
• Кнопка GND → GND
• Кнопка сигнал → D9
• HC-SR501 VCC → 5V
• HC-SR501 OUT → D7
• HC-SR501 GND → GND
• DS3231 GND → GND
• DS3231 VCC → 5V
• DS3231 SDA → SDA (A4 на Nano)
• DS3231 SCL → SCL (A5 на Nano)

Код

Скачайте библиотеку DS3231 (ZIP) из раздела Code и добавьте в Arduino IDE: Sketch → Include Library → Add .ZIP Library.

Загрузите следующий скетч. После первой загрузки закомментируйте строку установки даты и времени, чтобы RTC сохранял корректное время при сбросах.

#include <Wire.h>
#include <DS3231.h>
DS3231 clock;
RTCDateTime dt;
int button = 9;
int pirPin = 7; // Вход HC-SR501
int pirValue;
//--------------------------------------
int set_hour = 7;
int set_minute = 0;
//--------------------------------------

void setup() {
  clock.begin();
  pinMode(button, INPUT_PULLUP);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  // clock.setDateTime(__DATE__, __TIME__); // закомментировать после первой загрузки
  pinMode(pirPin, INPUT);
}

void alarm(int minute){
  bool button_pressed = false;
  bool awake = false;
  bool movement = false;
  
  while(!button_pressed){
    // Будильник звучит, пока не нажата кнопка
    for(int i = 0; i < 4; i++){
      tone(11, 523, 100);
      delay(100);
      tone(11, 784, 50);
      for(int i = 0; i < 20; i++){
        if(digitalRead(button) == LOW){
          button_pressed = true;
          awake = true;
          dt = clock.getDateTime();
          minute = dt.minute;
        }
        delay(65);
      }
    }
  }
  
  dt = clock.getDateTime();
  minute = dt.minute;
  
  while(awake){
    movement = false;
    dt = clock.getDateTime();
    for(int i = 0; i < 30; i++){
      if(digitalRead(pirPin)){movement = true;}
    }
    digitalWrite(LED_BUILTIN, movement);
    
    if(!pirValue){
      delay(5000);
      for(int i = 0; i < 40; i++){
        if(digitalRead(pirPin)){movement = true;}
      }
      if(!movement){
        alarm(minute); // если движение не обнаружено долго — сброс будильника
      }
    }
    
    if(abs(dt.minute - minute) >= 1){
      // заданный период, в течение которого нужно быть перед датчиком
      tone(11, 698, 50);
      delay(100);
      tone(11, 698, 50);
      digitalWrite(LED_BUILTIN, 0);
      awake = false;
    }
    delay(100);
  }
}

void loop() {
  dt = clock.getDateTime();
  if(set_minute == dt.minute && set_hour == dt.hour){
    alarm(set_minute);
  }
  delay(10000);
}

Настройка датчика

Переведите HC-SR501 в режим повторного срабатывания (repeatable trigger) перемычкой.

Тонко настройте задержку и чувствительность. Максимальная чувствительность с минимальной задержкой работает лучше всего: датчик достаточно долго остаётся активным, чтобы вас засечь, но не так долго, чтобы игнорировать возврат в кровать.

Компактная сборка

После тестирования на макетке припаяйте компоненты прямо к Arduino Nano Every для создания карманного будильника.

Корпус из 3-мм бальзы (55×35×40 мм) с большим окном для PIR, разъёмом для micro-USB и отверстием для зумера.

Итоговый продукт:

Код

• Arduino-скетч будильника
• Библиотека DS3231 (ZIP)

Arduino-скетч будильника

#include <Wire.h>
#include <DS3231.h>
DS3231 clock;
RTCDateTime dt;
int button = 9;
int pirPin = 7; // Вход для HC-SR501
int pirValue; // Место для хранения прочитанного значения PIR
//--------------------------------------
int set_hour = 7;
int set_minute = 0;
//--------------------------------------

void setup() {
  clock.begin();
  pinMode(button, INPUT_PULLUP);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  // clock.setDateTime(__DATE__, __TIME__); // !!ПОСЛЕ ПЕРВОЙ ЗАГРУЗКИ ЗАКОММЕНТИРУЙТЕ ЭТУ СТРОКУ. ИНАЧЕ ВРЕМЯ БУДЕТ НЕВЕРНЫМ!!
  pinMode(pirPin, INPUT);
}

void alarm(int minute){
  bool button_pressed = false;
  bool awake = false;
  bool movement = false;
  while(!button_pressed){
    // будильник включен, пока кнопка не нажата
    for(int i = 0; i < 4; i++){
      tone(11, 523, 100);
      delay(100);
      tone(11, 784, 50);
      for(int i = 0; i < 20; i++){
        if(digitalRead(button) == LOW){
          button_pressed = true;
          awake = true;
          dt = clock.getDateTime();
          minute = dt.minute;
        }
        delay(65);
      }
    }
  }
  dt = clock.getDateTime();
  minute = dt.minute;
  while(awake){
    movement = false;
    dt = clock.getDateTime();
    for(int i = 0; i < 30; i++){
      if(digitalRead(pirPin)){movement = true;}
    }
    digitalWrite(LED_BUILTIN, movement);
    if(!pirValue){
      delay(5000);
      for(int i = 0; i < 40; i++){
        if(digitalRead(pirPin)){movement = true;}
      }
      if(!movement){
        alarm(minute); // если движение не обнаружено долго — сброс будильника
      }
    }
    if(abs(dt.minute - minute) >= 1){
      // период, в течение которого вы должны быть перед датчиком
      tone(11, 698, 50);
      delay(100);
      tone(11, 698, 50);
      digitalWrite(LED_BUILTIN, 0);
      awake = false;
    }
    delay(100);
  }
}

void loop() {
  dt = clock.getDateTime();
  if(set_minute == dt.minute && set_hour == dt.hour){
    alarm(set_minute);
  }
  delay(10000);
}

Библиотека часов (DS3231)

ZIP-файл библиотеки DS3231. Скачайте и добавьте через Arduino → Sketch → Include Library → Add .ZIP Library.

Предпросмотр недоступен (только скачивание).

Схемы

Соедините 5V Arduino с положительной шиной и GND с отрицательной на макетке.