Электроника для дома своими руками

Электроника по праву считается одной из прогрессивных сфер науки и техники. В ее ведении находится разработка, создание и применение на практике разных электронных устройств и приборов. С первыми шагами те или иные электронные устройства становятся достоянием жизни человека. В любом возрасте люди проявляют интерес к азам современной электроники и электротехнике. 

Современная жизнь не отделима от электрической энергии и когда по случайным причинам прекращается ее подача, то сразу изменяется привычная обстановка, начинает проявляться дискомфорт, а порой от электричества зависит и само существование. С помощью различных приспособлений и устройств мы сохраняем, обрабатываем и доставляем информацию. Электричество известно с доисторических времен, но его изучение и развитие связано с 17-19 веками. 

Электротехника и электроника своими руками занимательная область использования электричества в домашних условиях.  Начиная от установки обычного выключателя для люстры, и, кончая, сложными бытовыми приспособлениями в ряде случаев нет необходимости обращаться к специалистам. Развитая электронная база и направление цифровой электроники способствует созданию даже интеллектуальных устройств. 

 Основы электротехники и электроники 

На основе обнаруженных археологических раскопок и рисунков корни первоначального опыты использования электрической энергии человечеством уходят в древние времена. Отрывочные сведения не позволяют в полной мере судить об областях применения электричества в те времена. Предполагается, что древние народы получали электрическую энергию гальваническим способом. 

Основы электротехники и электроники считается заложены в конце 17 столетия немецким физиком и инженером Отто фон Герике, который впервые наблюдал электролюминесценцию. Натирая шар из серы руками, он столкнулся со свойствами отталкивания однополярно заряженных элементов, то есть создал один из первых электростатических генераторов. 

В те же времена ученый Ломоносов и Рихман в России исследовали электрические разряды в воздухе, создав «громовую машину», представляющую собой Лейденскую банку. В последствие второй исследователь погиб от молнии, попавшей в шест. 

 Толчком к научному изучению явлений электричества считаются опыты на лягушках с «животным электричеством» итальянского физика Гальвани, связанные с использованием металлических инструментов.  Физик Вольта обратил внимание в опытах на образование внешнего тока при контактах металлов противоположной полярности, что послужило изобретением стабильных химических источников электропитания.

Знаменательной вехой развития электрической энергии стало открытие дугового разряда, которое приписано английскому физику Дэви. Впервые явление разнообразного свечения разряженного воздуха при пропускании через него тока описал несколькими годами ранее профессор физики Петров, но его работы были представлены на лишь русском языке и были не доступны для зарубежных исследователей. 

Не касаясь приведения заслуг многих исследований в области электротехники и электроники, хочется отметить, что изобретение первого электродвигателя послужило переходным периодом от теории к практической деятельности человека. Движение бота с применением электрической энергии осуществлено впервые Якоби, который также считается родоначальником буквопечатающего телеграфного аппарата, гальванопластики и других изобретений. 

Гениальный инженер Никола Тесла разработал конструкцию двухфазного электродвигателя и генератора. На фоне его работ через короткое время Доливо-Добровольским были заложены основы трехфазной электрической системы и обосновано ее использование для передачи электроэнергии на большие расстояния. Наравне с такой возможностью, им также создан трехфазный трансформатор и асинхронный электродвигатель и все это хозяйство без принципиальных изменений используются до сих пор. 

Используя электрическую энергию для своих нужд, мы порой не задумываемся о ее характеристиках. Например, напряжение 220/380 В и частота 50(60) Гц, используемые в домашних условиях, считаются устоявшимися, но они также имеют историю своего появления. Электронная обработка информации с помощью персонального компьютер или микроконтроллера, а также мобильный телефон, как средство повседневного общения, также не относятся к дару богов и появились не на пустом месте. 

Основой базы современной электротехники и электроники, главным образом, являются дискретные элементы. Благодаря цифровой обработке электрических сигналов разрабатываемые устройства позволяют с высокой точностью воспроизводить на практике различные задуманные функции и ситуации. 

Сейчас невозможно представить электронное устройство без использования интегральных микросхем и контроллеров. Электроника для дома своими руками в полной мере опирается на них, так как они отличаются компактностью, обширной функциональностью и доступностью. Цифровая обработка сигналов оказалась ведущим звеном в развитии микроэлектроники.

Электроника в обработке информации 

Идея автоматической обработки данных в умах людей витала давно, но она стала активно развиваться с возникновением технологии обработки электрических сигналов. Считается, что электроника в обработке информации получила толчок в 40-х годах прошлого столетия. Джоном фон Нейманом предложил принцип организации операций вычислений независимо от устройства, а Тьюринг заложил основы электроники, программирования и шифрования. 

До настоящего времени все практические разработки вычислительных средств от суперкомпьютеров до «умных реализаций» используют выдвинутый принцип организации вычислений. За основу электроники в обработке информации принят вентиль, то есть условно диод, который указывает на наличие или отсутствие тока в цепи. 

В булевой алгебре эти значения обозначаются единицей или нулем, то есть двумя переменными в двоичной системе счисления. Основоположником булевой алгебры, изучающей логические высказывания (истина- ложь) и логические операции, является английский математик Дж.Буль. На ее основах построены все цифровые электронные устройства.

К типовым составляющим любого современного цифрового устройства относятся как простые логические элементы, так и очень сложные комбинационные схемы. В электронике для дома своими руками обычно встречаются триггеры, счетчики, регистры, таймеры, компараторы, микроконтроллеры и др. 

Прогрессивное развитие электронике связано с появлением микропроцессоров. Микроконтроллер (МК), как разновидность микропроцессора, оказался наиболее популярным в мире. В его одной микросхеме по размеру небольшой монеты заложены функции полного компьютера. Любой МК включает в себя три основные части:

процессор (АЛУ + схема управления);

память (постоянная и оперативная);

порты ввода-вывода. 

Логические операции позволяют сравнивать двоичные числа, которые всегда с чем-то сопоставляются, например, с электрическими сигналами. Отсюда очевидно, что булева алгебра в состоянии анализировать реальные сигналы, чем и занимается в микропроцессорах арифметико-логическое устройство (АЛУ). 

МК нашли достойное применение в телевизорах, системах видеонаблюдения и охраны, в мобильных телефонах, планшетах и холодильниках, а также во множестве другой электронной аппаратуре. Повсюду, где возникает потребность в управлении, МК незаменим и его один и тот же тип может использоваться для выполнения различных задач, так как поддается легкому программированию. Сейчас одним из популярных МК является AVR, ARM. 

Практическая электроника 

Если раньше радиолюбители в своей практической деятельности использовали громоздкие аналоговые элементы, то технология цифровой обработки сигналов изменила ранее устоявшиеся взгляды в электротехнике и электронике. Сейчас не составляет труда приобрести электронное изделие для решения тех или иных задач, вместо того, чтобы конструировать его «на коленке» в домашних условиях. 

Практическая электроника вступила в новую фазу. Так, еще в прошлом столетии была выдвинута концепция «умного дома». Люди постоянно думали, чтобы облегчить свое существование и переложить решение бытовых проблем на автоматизацию. Тогда отсутствовало оборудования для осуществления такой мечты, но сегодня оно стало осязаемой реальностью. 

Современный уровень технологии создает предпосылки добиться максимального комфорта в быту. С этой целью используются устройства, способствующие управлению любыми ситуациями. Поэтому электроника для дома своими руками, направлена главным образом на создание приспособлений, вписывающихся в идею «умный дом».

Умный дом опирается на комплекс оборудования, помогающий оперативно разруливать возникающие бытовые проблемы. Он может быть частично или полностью автоматизирован, когда задействована специальная система. Во втором случае системный комплекс способен принимать самостоятельные решения. Человеку остается управлять системой с пульта управления, командами мобильного приложения и даже голосом. 

Комплекс оборудования умный дом опирается на ряд датчиков, отслеживающих функционирование всех подсоединенных устройств. Извещения от них собираются пультом управления, обобщаются и используются для принятия решения. Среди наиболее востребованных функций следует выделить: 

1.        Управление освещением: удаленное включение и отключение,  регулировка уровня освещенности, подачи питания через интернет и др.

2.       Предоставление доступа в здание или квартиру при подключении запирающихся механизмов на дверях. О несанкционированном доступе оповещается как владелец, так и специальная служба охраны.

3.       Управление видео наблюдением: владелец в состоянии просматривать информацию с видеокамер, не зависимо от местонахождения.

4.       Контроль работы инженерных коммуникаций: вентиляции, водоснабжения, отопления и прочих.

5.       Удаленное управление бытовыми системами: программирование времени включения, выбор режимов функционирования и др.

6.       Открытие и закрытие ворот гаража, рольставен, жалюзей и другого оборудования.

7.        Управление электронной аппаратурой, мультимедийными системами и т. д. 

Стоимость полностью автоматизированного системного комплекса умного дома немалая, поэтому на помощь в изготовлении простейших приспособлений приходит электроника для дома своими руками. Ее практическая направленность порой позволяет сэкономить значительные средства. 

Отсюда очевидно, что без знания основополагающих законов электротехники и электроники, а также без приобретения опыта и применения положений руководящих документов такая затея может принести не только пользу, но и ощутимый вред. Поэтому стремление многих людей к познанию азов практической электроники и электротехники приобретает массовый характер. 

Таким образом, электроника для дома своими руками не обходится без изучения ее основ. Когда имеется определенный задел знаний, то многие технические проблемы решаются на подсознательном уровне, все становится на свои места и не возникает порой острой необходимости в услугах специалистов при решении бытовых задач.

P.S. Электронная аппаратура прошлого столетия - см. здесь