Умное освещение на Arduino UNO и реле: автоматическое управление по ультразвуку

Компоненты и материалы

Arduino UNO	×	1
Ультразвуковой датчик HC-SR04	×	1
Модуль реле 1-канальный (5V, active-low)	×	1
Энергосбергающая лампа 220В (или любая нагрузка)	×	1
Блок питания 5В DC (для Arduino)	×	1
Макетка, перемыжки, отвёртка, изолента/клеевой пистолет	×	1 набор

Инструменты и софт

• Мультиметр, паяльник (опционально)
• Arduino IDE или Visual Studio + Arduino Extension
• Библиотека NewPing (median-фильтр)

О проекте

Автоматическое включение/выключение света при прохождении через дверной проём. Ультразвуковой датчик фиксирует присутствие, реле коммутирует 220В нагрузку. Концепция «умный дом» за 15 минут.

⚠ Предостережение по безопасности

Проект работает с высоким напряжением 220В! Если вам нет 18 лет или нет опыта работы с AC — привлеките квалифицированного электрика. Можно отработать логику на низковольтной нагрузке (LED-лента 12В) — принцип тот же.

Подключение HC-SR04

• VCC → 5V
• GND → GND
• TRIG → D12
• ECHO → D11

Подключение реле (active-low)

• VCC → 5V
• GND → GND
• IN1 → D8

Проверка типа реле: подаёте 5V на IN — если реле не щёлкает, подаёте GND — щёлкает = active-low (как в проекте).

Коммутация лампы 220В

Один провод лампы — напрямую в розетку. Второй — разрывается: один конец → NO (нормально открытый) реле, второй → COM реле. При HIGH на IN1 реле разомкнуто (лампа ВЫКЛ), при LOW — замкнуто (лампа ВКЛ).

Полная схема

Программная часть

Чтение ультразвука с median-фильтром

HC-SR04 периодически выдаёт выбросы (0 или завышенные значения). Библиотека NewPing имеет встроенный median-фильтр:

sonar.ping_median(7);       // 7 замеров, берём медиану
sonar.convert_cm(...);      // в см

Также 0 означает «нет объекта в диапазоне» — заменяем на MAX_DISTANCE.

Детекция прохода

Порог critical_distance_cms ≈ половина ширины двери. Логика: как только расстояние < порога — ждём, пока объект уйдёт (> порога), затем инвертируем состояние реле. Стояние на месте не переключает свет.

Полный скетч (Smart House Light)

#define TRIGGER_PIN 12
#define ECHO_PIN 11
#define MAX_DISTANCE 200
#define RELAY_LINE1_PIN 8

#include "NewPing.h"
NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE);

unsigned int critical_distance_cms = 50; // настройте под дверь
bool state = 0; // 0 = выкл, 1 = вкл

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(RELAY_LINE1_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(RELAY_LINE1_PIN, HIGH); // реле active-low → HIGH = выкл
}

void loop() {
  delay(50);
  unsigned int distance = readDistance();
  Serial.print("Ultrasonic: "); Serial.print(distance); Serial.println("cm");

  if (distance < critical_distance_cms) {
    while (distance < critical_distance_cms) {
      distance = readDistance();
      delay(5);
    }
    state = !state;
    if (state) {
      Serial.println("Door Open!");
      digitalWrite(RELAY_LINE1_PIN, LOW); // вкл
    } else {
      Serial.println("Door Closed!");
      digitalWrite(RELAY_LINE1_PIN, HIGH); // выкл
    }
  }
}

unsigned int readDistance() {
  unsigned int distance = sonar.convert_cm(sonar.ping_median(7));
  if (distance == 0) distance = MAX_DISTANCE;
  return distance;
}

Тестовый скетч (только вывод расстояния)

#include 
#define TRIGGER_PIN 12
#define ECHO_PIN 11
#define MAX_DISTANCE 200
NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE);

void setup() { Serial.begin(115200); }
void loop() {
  delay(50);
  Serial.print("Ping: "); Serial.print(sonar.ping_cm()); Serial.println("cm");
}

Ресурсы

• Проект для Visual Studio (с правленной NewPing): GitHub
• Inkscape + Gcodetools для генерации G-кода (если адаптируете под ЧПУ)

Схемы