BACHELOR’S THESIS Degree in Industrial Electronics and Automatic Engineering HOME AUTOMATION APPLICATION BASED ON ARDUINO CONTROLLABLE FROM MOBILE VOLUME II Report Author: Anna Merino Herreros Director: Sebastián Tornil Sin Date: May, 2017 Home automation application based on Arduino controllable from mobile ii Anna Merino Herreros Resum Aquest projecte es basa en la construcció d’una maqueta que simula una casa domòtica amb diferents modes de funcionament i que, a més, es pot controlar des de una aplicació mòbil. Per assolir-ho, s’ha desenvolupat una casa a escala que capta diferents senyals, tant analògiques com digitals. Per acostar l’aplicació a una casa domòtica real, les variables sotmeses a estudi i control són la temperatura i la il·luminació interiors, el moviment al voltant de la casa i el nivell d’aigua de la piscina. La casa té tres modes de funcionament principals. En mode automàtic realitza la mesura i executa el control de les variables, és a dir, s’autoregula segons les condicions a les que estigui sotmesa. En canvi, el mode remot s’assoleix mitjançant la utilització d’una aplicació mòbil que permet a l’usuari modificar les variables a lliure elecció. Per últim, en mode alarma controla els paràmetres que vetllen per la seguretat de la casa quan el propietari està absent. Per captar els senyals el prototip té instal·lats sensors de temperatura, llum, moviment i nivell d’aigua i per la regulació i control té un ventilador, alguns LED, un avisador acústic i una bomba d’aigua. El nucli és una placa Arduino Mega que permet el funcionament de l’aplicació i que rep, a través d’una aplicació mòbil Android, ordres de mode de funcionament i, en cas de estar en mode remot, per a controlar de forma individual els diferents actuadors. Per la transmissió de dades de l’aplicació a la placa s’utilitza la comunicació via Bluetooth. iii Home automation application based on Arduino controllable from mobile Resumen El presente proyecto se basa en la construcción de una maqueta que simula una casa domótica con diferentes modos de funcionamiento y que, además, se puede controlar mediante una aplicación móvil. Para conseguirlo se ha desarrollado una casa a escala que capta diferentes señales, tanto analógicas como digitales. Para acercar la aplicación a una casa domótica real las variables sometidas a estudio y control son la temperatura e iluminación interiores, el movimiento alrededor de la casa y el nivel de agua de la piscina. La casa tiene tres modos principales de funcionamiento. En modo automático realiza la medida y ejecuta el control de las variables, es decir, se autorregula según las condiciones a las que esté sometida. En cambio, el modo remoto se consigue con la utilización de una aplicación móvil que permite al usuario modificar las variables a libre elección. Por último, en modo alarma controla los parámetros que velan por la seguridad de la casa cuando el propietario está ausente. Para captar las señales el prototipo tiene instalados sensores de temperatura, iluminación, movimiento y nivel de agua y para la regulación y control tiene un ventilador, varios LED, un avisador acústico y una bomba de agua. El núcleo es una placa Arduino Mega que permite el funcionamiento de la aplicación y que recibe, mediante una aplicación móvil Android, órdenes de modo de funcionamiento y, en caso de estar en modo remoto, para controlar de forma individual los diferentes actuadores. Para la transmisión de datos de la aplicación a la placa se utiliza la comunicación mediante Bluetooth. iv Anna Merino Herreros Abstract This project is based on the construction of a model simulating a home automation with different operation modes which can be controlled also by a mobile application. To achieve this objective, a scale house that captures different signals, both digital and analog, has been developed. To approach the house to a real home automation application the variables under study and control are interior temperature and lighting, movement around the house and water level of the pool. The house has three main operating modes. In automatic mode, it performs the measurement and executes the control of the variables, regulating itself according to the conditions to which it is exposed. In contrast, the remote mode is achieved using the mobile application that allows user to modify the variables. Finally, in alarm mode it controls the parameters that assure the security of the house when proprietor is away from home. To capture the signals, the prototype has temperature, lighting, movement and water level sensors installed, and for the regulation and control it has a fan, some LED, an acoustic warning device and a water pump. The core is an Arduino Mega board that allows the application operation and receives, from an Android mobile application, operating modes commands and, if it is operating remotely, orders to individually control the different actuators. For the data transmission from the mobile to the board, is used communication via Bluetooth. v Home automation application based on Arduino controllable from mobile vi Anna Merino Herreros Acknowledgements At first I would like to thank my tutor for sharing his knowledge and for the support received during the project development. Thanks to my family, without you none of this would have been possible. I owe you my degree and my strength to face every challenge. I want also to thank my couple, for the patience and interest, for every support word. vii Home automation application based on Arduino controllable from mobile viii Anna Merino Herreros Index RESUM ____________________________________________________________ III RESUMEN __________________________________________________________ IV ABSTRACT __________________________________________________________ V ACKNOWLEDGEMENTS _______________________________________________ VII 1. INTRODUCTION ____________________________________________________ 2 1.1. Origin ........................................................................................................................ 2 1.1.1. History of automation ............................................................................................ 2 1.1.2. Home automation applications .............................................................................. 4 1.1.3. Arduino boards ....................................................................................................... 5 1.1.4. Mobile applications ................................................................................................ 6 1.2. Objectives ................................................................................................................. 7 2. PROTOTYPE REQUIREMENTS _______________________________________ 8 3. ARCHITECTURE AND COMPONENTS _________________________________ 9 3.1. Arduino Mega ........................................................................................................... 9 3.1.1. Choice of board ...................................................................................................... 9 3.1.2. Parts of Arduino Mega board ............................................................................... 11 3.2. Components ...........................................................................................................15 3.2.1. Sensors .................................................................................................................. 15 3.2.2. Actuators .............................................................................................................. 19 3.2.3. Others ................................................................................................................... 22 3.3. Communication ......................................................................................................24 3.3.1. Overview of standard communications ............................................................... 24 3.3.2. Bluetooth communication ................................................................................... 27 3.4. Mobile Application .................................................................................................28 3.4.1. Choice of software ................................................................................................ 28 3.4.2. Functionality of the application ........................................................................... 28 4. ELECTRONIC DESIGN _____________________________________________ 31 4.1. Block diagram .........................................................................................................31 4.2. Component calculation ..........................................................................................32 4.2.1. Temperature circuit .............................................................................................. 32 ix Home automation application based on Arduino controllable from mobile 4.2.2. Light circuit ........................................................................................................... 35 4.2.3. Water level circuit................................................................................................. 37 4.3. Electronic schematic...............................................................................................38 5. PROGRAMMING ________________________________________________ 39 5.1. General overview of the application ......................................................................39 5.2. Arduino programming ............................................................................................42 5.3. Mobile application programming ..........................................................................49 6. BUDGET _______________________________________________________ 56 6.1. Prototype cost ........................................................................................................56 6.2. Mass production cost .............................................................................................58 7. CONCLUSION ___________________________________________________ 60 8. BIBLIOGRAPHY _________________________________________________ 61 x