Octopod: Умная IoT-автоматизация для дома и промышленности

Компоненты и материалы

Название	Количество
Arduino UNO	1
Arduino MKR WiFi 1010 (или NodeMCU ESP8266 / ESP32)	1
Maxim Integrated MAX32630FTHR (или MAX32620FTHR, Arduino 1010, любой ESP8266 — потребуется внешний WiFi)	1
Raspberry Pi Zero Wireless (можно Pi 2/3)	1
DHT11 Температура и влажность (4 пина)	1
Seeed Grove Gas Sensor MQ2	1
SparkFun Soil Moisture Sensor	1
PIR датчик движения	1
RFID-ридер (например, MFRC522)	1
Реле (2-канальное)	1
RGB светодиод общий катод	1
Raspberry Pi Camera Module	1
Сервопривод Tower Pro MG996R	1
Зуммер	2
Bluetooth HC-05 (опционально)	1
Светодиоды	4
Блок питания / Power Bank	2
MicroSD карта (>4 Гб, Class 10 для Raspberry Pi OS)	1

Необходимые инструменты

• Клеевой пистолет
• 3D-принтер (опционально)
• Ручной инструмент (плоскогубцы, ножницы, нож)

Приложения и онлайн-сервисы

• Blynk (управление со смартфона)
• OpenCV (распознавание людей на Raspberry Pi)

О проекте

Octopod — комплексная система умного дома на базе NodeMCU (или MAX32620FTHR / Arduino MKR 1010), Arduino Uno и Raspberry Pi 3. Отправляет данные о температуре, влажности, качестве газа, движении, влажности почвы. Уведомляет о движении и необходимости полива. Управление приборами через приложение Blynk. Режим «mood lighting» (RGB). Камера на Raspberry Pi дает живую видеопоток и с помощью OpenCV обнаруживает людей, отправляя их фото на email. RFID-замок на двери открывает при приближении разрешенной карты.

Как всё работает

• NodeMCU подключен к датчикам, реле, RGB-светодиодам. Через WiFi общается с Blynk-приложением — передает данные и принимает команды управления.
• Raspberry Pi в той же WiFi-сети: живой видеопоток с камеры. Установлен OpenCV — детектирует людей в кадре и отправляет фото на email.
• Умный замок на Arduino с RFID: при считывании разрешенного UID сервопривод открывает дверь.

Шаг 1: Код основного Octopod (NodeMCU)

Код с подробными комментариях. Основные моменты:

Библиотеки

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <BlynkSimpleEsp8266.h>
#include <DHT.h>
#define BLYNK_PRINT Serial

Настройки Blynk и WiFi

char auth[] = "Your Blynk Auth Key";
char ssid[] = "Your WiFi SSID";
char pass[] = "Your WiFi Password";

Пины и переменные

#define DHTPIN 2
#define soilPin 4
#define gasPin A0
#define pirPin 12
int pirValue, soilValue;
int PIRpinValue, SOILpinValue;
#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
BlynkTimer timer;

Обработка виртуальных пинов Blynk (V0 — движение, V1 — почва)

BLYNK_WRITE(V0) { PIRpinValue = param.asInt(); }
BLYNK_WRITE(V1) { SOILpinValue = param.asInt(); }

Отправка данных датчиков (каждую секунду)

void sendSensor() {
  int h = dht.readHumidity();
  int t = dht.readTemperature();
  if (isnan(h) || isnan(t)) { Serial.println("Failed to read from DHT sensor!"); return; }
  Blynk.virtualWrite(V5, h); // влажность
  Blynk.virtualWrite(V6, t); // температура
}

Проверка PIR и почвы (по команде из приложения)

void getPirValue() {
  pirValue = digitalRead(pirPin);
  if (pirValue) { Serial.println("Motion detected"); Blynk.notify("Motion detected"); }
}
void getSoilValue() {
  soilValue = digitalRead(soilPin);
  if (soilValue == HIGH) { Serial.println("Water Plants"); Blynk.notify("Water Plants"); }
}

Setup и Loop

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Blynk.begin(auth, ssid, pass);
  dht.begin();
  Blynk.tweet("OCTOPOD IS ONLINE!");
  pinMode(pirPin, INPUT);
  pinMode(soilPin, INPUT);
  timer.setInterval(1000L, sendSensor);
}
void loop() {
  Blynk.run(); timer.run();
  if (PIRpinValue == HIGH) getPirValue();
  if (SOILpinValue == HIGH) getSoilValue();
}

Шаг 2: Код RFID-умного замка (Arduino Uno)

Две версии: без Bluetooth (Serial Monitor) и с Bluetooth (HC-05). Библиотека MFRC522.

1. Установить библиотеку MFRC522. Запустить пример dumpInfo, считываем UID карт.
2. В коде заменить XX XX XX XX на нужный UID.
3. Логика: если UID совпадает — сервопривод поворачивается на 180° (открывает), зеленый LED, звук. Иначе — красный LED, другой звук.

Шаг 3: Raspberry Pi — ИИ детекция людей (OpenCV)

Подробная инструкция по установке OpenCV 3.3.0 на Raspberry Pi 3 с Raspbian Stretch.

1. Подключение камеры: вставить шлейф между Ethernet и HDMI (серебряные контакты к HDMI). Включить камеру через sudo raspi-config.
2. Установка OpenCV:
   • Расширить файловую систему (raspi-config → Expand Filesystem).
   • Удалить лишнее: sudo apt-get purge wolfram-engine libreoffice* && sudo apt-get clean && sudo apt-get autoremove (освобождает ~1 Гб).
   • Установить зависимости: build-essential, cmake, pkg-config, libjpeg-dev, libtiff5-dev, libjasper-dev, libpng12-dev, libavcodec-dev, libavformat-dev, libswscale-dev, libv4l-dev, libxvidcore-dev, libx264-dev, libgtk2.0-dev, libgtk-3-dev, libatlas-base-dev, gfortran, python2.7-dev, python3-dev.
   • Скачать OpenCV 3.3.0 и opencv_contrib 3.3.0, распаковать.
   • Установить pip, virtualenv, virtualenvwrapper. Создать виртуальное окружение cv (Python 2 или 3).
   • Установить NumPy: pip install numpy.
   • Собрать OpenCV с CMake (указать OPENCV_EXTRA_MODULES_PATH на opencv_contrib/modules). Увеличить swap до 1024 Мб (/etc/dphys-swapfile) для компиляции на 4 ядрах (make -j4).
   • sudo make install && sudo ldconfig. Создать симлинк cv2.so в виртуальное окружение.
   • Вернуть swap к 100 Мб.
   • Проверить: python -c "import cv2; print(cv2.__version__)" → 3.3.0.
3. Python-скрипт умной камеры: Скачать файлы и модели с Google Drive. Настроить mail.py (Gmail SMTP, разрешить «менее безопасные приложения»). В main.py можно сменить классификатор (fullbody/upperbody/facial). Запуск: python main.py. Живой стрим на IP_пи:5000. Для внешнего доступа — ngrok.

Шаг 4: Настройка интерфейса Blynk

1. Скачать Blynk (App Store / Google Play), войти.
2. New Project → Device: NodeMCU, Connection: WiFi. Получить Auth Token на email.
3. Добавить виджеты:
   • 3 Gauge: Temperature (V6, 0-50°C), Humidity (V5, 0-100%), Gas (V7, 0-1023).
   • zeRGBa: R→GP15, G→GP3, B→GP1 (RGB-лента).
   • 4 Button: управление реле, режимами.
   • SuperChart: 3 потока (Temp, Humidity, Gas).
   • Вкладка 2: Twitter, Notifications, Email, Eventor (триггеры: движение → email/notify, полив → notify и т.д.).
4. Нажать Play. Интерфейс готов.

Шаг 5: Корпус Octopod (картон / 3D-печать)

Форма вдохновлена октагоном — 3D-октагон. Можно пропустить и напечатать готовый корпус (файлы ниже).

1. Картон: рисовать прямоугольники 9×9.5 см, 4 шт в ряд, делать фальцы, вырезать. 4 таких полоски.
2. Вырезать 16 углов 135°, клеить между сегментами.
3. Склеить 2 открытых структуры в закрытый октагон, затем 2 перпендикулярно → 3D-форма.
4. Заклеить 4 прямоугольника 9×9.5 см в промежутки.
5. Остается 8 треугольников — вырезать из акрил/прозрачной бумаги, вставить (не клеить все — оставить доступ).
6. Покраска: 2-3 слоя спрея в проветриваемом месте, маска, перчатки. Высыхание 4-5 часов между слоями.

Шаг 6: Корпус замка двери

Обычная коробка от обуви, 2-3 слоя краски, узор из скотча. Отверстия для LED и сервопривода.

Шаг 7: Сборка Octopod

NodeMCU на большой макетной плате с блоком питания. Подключение датчиков по схеме:

• DHT11 → D4/GP2
• MQ2 → A0/ADC0
• Soil Moisture → D2/GP4
• PIR → D6/GP12
• RGB: R→D8/GP15, G→Rx/GP3, B→Tx/GP1
• Relay: Ln1→D0/GP16, Ln2→D5/GP14

Питание: Power Bank или блок питания на плату питания макетной платы. Raspberry Pi с камерой: отверстие в стенке картона, зафиксировать клеем/скотчем. Вставить электронику через треугольные окна, закрыть акриловыми вставками. Оставить 1-2 окна открытыми для доступа. Штыри датчика влажности почвы — наружу.

Шаг 8: Сборка замка двери

После прошивки Arduino собрать по схеме (Fritzing). В коробке от обуви: 2 отверстия для LED, сервопривод выступает. RFID-модуль и макетная плата приклеены к стенке. Питание от Power Bank или адаптера. Это эксперимент — не используйте как основной замок!

Заключение

Веселый и полезный проект. Свет хорошо смотрится, можно сделать просто как настольную лампу. Спасибо создателям Blynk и OpenCV — без их библиотек это было бы невозможно. Голосуйте за проект!

— Saksham

Arduino Blog | Full Instructable

Обновление

Работаю над интеграцией с Amazon Alexa. Код выложу через 2-3 дня!

Код

octopod.ino (Arduino — NodeMCU/MKR1010/MAX32620)

/***************************************************************************
 OCTOPOD: SMART HOME AUTOMATION BY SAKSHAM
 Blynk lib: https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases/latest
 DHT lib: https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library
***************************************************************************/
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <BlynkSimpleEsp8266.h>
#include <DHT.h>
#define BLYNK_PRINT Serial

char auth[] = "Your Blynk Auth Key";
char ssid[] = "Your WiFi SSID";
char pass[] = "Your WiFi Password";

#define DHTPIN 2
#define soilPin 4
#define gasPin A0
#define pirPin 12
int pirValue, soilValue, PIRpinValue, SOILpinValue;
#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
BlynkTimer timer;

BLYNK_WRITE(V0) { PIRpinValue = param.asInt(); }
BLYNK_WRITE(V1) { SOILpinValue = param.asInt(); }

void sendSensor() {
  int h = dht.readHumidity();
  int t = dht.readTemperature();
  if (isnan(h) || isnan(t)) { Serial.println("Failed to read from DHT sensor!"); return; }
  Blynk.virtualWrite(V5, h);
  Blynk.virtualWrite(V6, t);
}

void getPirValue() {
  pirValue = digitalRead(pirPin);
  if (pirValue) { Serial.println("Motion detected"); Blynk.notify("Motion detected"); }
}
void getSoilValue() {
  soilValue = digitalRead(soilPin);
  if (soilValue == HIGH) { Serial.println("Water Plants"); Blynk.notify("Water Plants"); }
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Blynk.begin(auth, ssid, pass);
  dht.begin();
  Blynk.tweet("OCTOPOD IS ONLINE!");
  pinMode(pirPin, INPUT);
  pinMode(soilPin, INPUT);
  timer.setInterval(1000L, sendSensor);
}

void loop() {
  Blynk.run(); timer.run();
  if (PIRpinValue == HIGH) getPirValue();
  if (SOILpinValue == HIGH) getSoilValue();
}

octopod_door.ino (Arduino Uno — RFID замок, без Bluetooth)

/***********************************************************************************************************
 OCTOPOD: RFID DOOR LOCK — NO BLUETOOTH
 Library: MFRC522
************************************************************************************************************/
#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#include <Servo.h>
#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
#define LED_G 5
#define LED_R 4
#define BUZZER 2
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);
Servo myServo;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  SPI.begin();
  mfrc522.PCD_Init();
  myServo.attach(3);
  myServo.write(0);
  pinMode(LED_G, OUTPUT);
  pinMode(LED_R, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
  noTone(BUZZER);
  Serial.println("Put your card to the reader...");
}

void loop() {
  if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) return;
  if (!mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) return;
  String content = "";
  Serial.print("UID tag :");
  for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) {
    Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX);
    content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " "));
    content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX));
  }
  Serial.println();
  content.toUpperCase();
  if (content.substring(1) == "XX XX XX XX") { // замените на ваш UID
    Serial.println("Authorized access");
    digitalWrite(LED_G, HIGH);
    tone(BUZZER, 500); delay(300); noTone(BUZZER);
    myServo.write(180); delay(5000); myServo.write(0);
    digitalWrite(LED_G, LOW);
  } else {
    Serial.println(" Access denied");
    digitalWrite(LED_R, HIGH);
    tone(BUZZER, 300); delay(1000);
    digitalWrite(LED_R, LOW); noTone(BUZZER);
  }
}

octopod_door_bluetooth.ino (с Bluetooth HC-05)

/***********************************************************************************************************
 OCTOPOD: RFID DOOR LOCK — BLUETOOTH VERSION
************************************************************************************************************/
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial BTserial(0, 1); // RX | TX
#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#include <Servo.h>
#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
#define LED_G 5
#define LED_R 4
#define BUZZER 2
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);
Servo myServo;

void setup() {
  BTserial.begin(9600);
  BTserial.println("Waiting for connections...");
  SPI.begin();
  mfrc522.PCD_Init();
  myServo.attach(3);
  myServo.write(0);
  pinMode(LED_G, OUTPUT);
  pinMode(LED_R, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
  noTone(BUZZER);
  BTserial.println("Put your card to the reader...");
}

void loop() {
  if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) return;
  if (!mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) return;
  String content = "";
  BTserial.print("UID tag :");
  for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) {
    BTserial.print(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    BTserial.print(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX);
    content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " "));
    content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX));
  }
  BTserial.println();
  content.toUpperCase();
  if (content.substring(1) == "33 3E A7 E5" || content.substring(1) == "E5 36 6B 49") {
    BTserial.println("Authorized access");
    digitalWrite(LED_G, HIGH);
    tone(BUZZER, 500); delay(300); noTone(BUZZER);
    myServo.write(180); delay(5000); myServo.write(0);
    digitalWrite(LED_G, LOW);
  } else {
    BTserial.println(" Access denied");
    digitalWrite(LED_R, HIGH);
    tone(BUZZER, 300); delay(1000);
    digitalWrite(LED_R, LOW); noTone(BUZZER);
  }
}

3D-модели и корпуса

• Базовый дизайн для картона/дерева: octopod_v2_ukTmIJ0uMl.f3d
• Готовый корпус для 3D-печати: octo_2_v3_sii4tuCF7d.f3d

Схемы

Пиновка может отличаться для Arduino MKR 1010.

Для Bluetooth: Rx(HC-05)→Tx(Arduino), Tx(HC-05)→Rx(Arduino), 5V→5V, GND→GND.

ESP → MAX32620FTHR пины:
AO → GPIO2
A1 → GPIO1
Soil Sensor → GPIO3
Gas Sensor (MQ2) → GPIO4
PIR Sensor → GPIO0
Relay 1 → M0
Relay 2 → M1