Разработка бюджетной системы автоматизации загородного дома

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка бюджетной системы автоматизации загородного дома



Содержание

Введение

1. Обзорно-аналитическая часть

1.1 Обзор систем управления зданиями

1.2 Анализ готовых аппаратно-программных решений

1.3 Техническое задание

2. Разработка функциональной схемы

2.1 Функциональные возможности платформы Arduino

2.2 Функциональная схема системы. Аппаратные и программные подсистемы

3. Разработка алгоритмического и программного обеспечения

3.1 Центральный модуль

3.2 Универсальный периферийный модуль

3.3 Технологическая сеть

3.4 Web-сервер

4. Тестирование системы

4.1 Управление путем отправки SMS-сообщения

4.2 Управление с помощью Web-сайта

4.3 Оповещение в экстренных ситуациях

4.4 Разработка сопроводительной документации

5. Расчет технико-экономических показателей

5.1 Организация и планирование процесса разработки системы автоматизации загородного дома

5.2 Расчёт сметной стоимости программного обеспечения

5.3 Оценка экономической целесообразности внедрения проекта

Заключение

Список использованных источников

Приложение 1. План загородного дома

Приложение 2. Схема взаимодействия основных компонентов системы

Приложение 3. Алгоритмы

Приложение 4. Технико-экономическое обоснование проекта



Введение

Сейчас мы живем в мире, где у каждого человека существует множество повседневных бытовых задач, которые, так или иначе, отнимают время для их решения. С каждым годом возрастает тенденция упрощения и автоматизации тех самых задач. В пользование современного человека плотно вошли технологии удаленного управления. Именно эти технологии помогают не только экономить время, но и позволяют не зависеть от местонахождения, что положительно сказывается на контроле систем загородного дома. В качестве примера можно привести ситуацию - Вы проживаете в городе, и вам нужно проверить выключили ли вы свет или контролировать температуру, предохраняя тем самым свой загородный дом от "размораживания". В этом вам помогут автоматизированные системы. Стремление человека к комфорту и удобству порождает рост популярности таких автоматизированных систем как "умный дом". "Умный дом" является современным инструментом повышения уровня безопасности и комфорта жизни, энергосбережения и как следствие экономичности, так как часть процессов происходит автоматически, а остальными можно управлять удаленно, что делает ее актуальной для изучения и модернизации.

Цель данного проекта - разработка бюджетной системы автоматизации загородного дома, позволяющей контролировать и управлять большинством бытовых процессов (освещение, отопление, управление электрическими приборами, пожарная сигнализация). Управление, предусмотренное данной системой, осуществляется с любого устройства, имеющего выход в интернет.

Задача данного проекта заключается в том, что комплекс электроники должен согласованно управлять работой определенных систем и электрооборудованием дома. Для решения поставленной задачи необходимо провести анализ существующих систем и готовых решений, определится с выбором подходящего программного и аппаратного обеспечения, разработать алгоритмы, позволяющие управлять работой объектов и реализовать их для работы контроллера и интерфейса.



1. Обзорно-аналитическая часть

В данном разделе будут рассмотрены существующие системы автоматизации и готовые решения. В проанализированных системах выявим достоинства и недостатки. управление процесс бытовой программный

1.1 Обзор систем управления зданиями

"Умный дом" является совокупностью стандартов, объединенных с разного рода приборами, образуя собой интеграцию нескольких систем,

которые в свою очередь включены в единый комплекс управления зданием [1].

Существуют следующие системы:

Система микроклимата (отопление, вентиляция, кондиционирование, увлажнение).

Система безопасности (охранная, пожарная, система доступа, контроль утечек газа, видеонаблюдение).

Система электропитания (резервные системы, контроль перегрузки электросети, система освещения).

Система связи (телефон, локальная сеть, SMS оповещение)

Система удаленного управления.

Для работоспособного соединения систем с контроллером используются протоколы передачи данных. На сегодняшний день насчитывается огромное количество разных протоколов передачи данных в системах автоматики. Все они должны соответствовать определённым требованиям.

В системах автоматизации сбой в передаваемых от контроллера или к нему данных означает и сбой в работе исполнительного механизма. Поэтому основными требованиями, предъявляемыми к протоколу передачи данных,

является надежность протокола, его устойчивость к возможным обрывам линии

Системы контроля и управления зданиями подвергаются расширению несколько раз в течение жизненного цикла. При этом, протягивая линии связи к новым контроллерам или интеллектуальным адресным датчикам, зачастую

приходится сталкиваться с жесткими требованиями топологии используемого протокола. Поэтому для нашего проекта, идеальным будет протокол, имеющий минимальные требования к топологии линий. Такой протокол принято называть протоколом со свободной топологией.

Протоколы передачи для автоматизаций зданий:

ABB free@home - Система позиционируется для использования в небольших домах и квартирах. Основными ограничителями здесь выступают максимальное число устройств на шине и набор доступных элементов. ABB free@home использует проводную шину для обмена данными между элементами системы. Среднее напряжение в ней составляет 24 В. Могут использоваться аналогичные KNX кабели. Сама шина двухпроводная, но рекомендуется прокладка четырехжильного кабеля. Для непосредственного подключения шины на всех устройствах установлены удобные специальные разъемы для монтажа без использования инструментов [3].

EIB/KNX - Система EIB распределенная, управление осуществляется в пределах устройств. Устройства обмениваются информацией по шине EIB в соответствии с собственным протоколом. Система, построенная на EIB, автономна и не зависит от работоспособности центрального контроллера [4].

AMX - один из крупнейших разработчиков систем интеллектуального управления оборудованием. На сегодняшний день технологические решения AMX представлены большинством компаний, специализирующихся на установке оборудования для умного дома. В числе плюсов предлагаемых компанией предложений можно отметить модульный подход, позволяющий гибко подходить к адаптации проектов под нужды заказчика. Сразу отметим, что цены этой компании можно отнести к верхнему ценовому сегменту. Установка и монтаж комплексного решения на базе оборудования AMX обойдется от 20 до 120 тысяч долларов [5].

X10 - самая заслуженная и известная система автоматизации жилья. Огромное количество оборудования для умного дома поддерживает именно эту технологию. Возможность выбора позволяет найти комплектующие по невысокой цене. К примеру, минимальный комплект для автоматизации освещения может составить 5000 рублей. На сегодняшний день технология считается устаревшей из-за невысокой скорости передачи данных и отсутствия обратной связи с устройствами

Z-Wave - это беспроводная технология, обеспечивающая коммуникации между устройствами за счет самих устройств. Другими словами, каждый элемент системы является и приемником, и передатчиком сигнала (так называемая ячеистая сеть). Это позволяет обеспечить высокую надежность системы, работающей даже в случае выхода из строя отдельных ее элементов. Этот подход позволяет гибко подходить к зоне покрытия системы, не нуждающейся в дополнительных усилителях сигнала в случае увеличения площади охвата. Стоимость предложения для квартиры на базе Z-Wave может составлять от 100000 рублей [7].

1-Wire (англ. -- один провод) -- зарегистрированная торговая марка корпорации Dallas Semiconductor для системотехники шины устройств связи Dallas Semiconductor. Обеспечивает низкоскоростной интерфейс для данных. Для связи с устройством необходимо лишь два провода для данных и для заземления [8].

RS-485 (англ. Recommended Standard 485) - стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса. Регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа "общая шина". Для передачи и приёма данных используется одна витая пара проводов, с экранирующей оплеткой или общим проводом. Передача информации происходит в дифференциальной форме. Стандарт RS-485 использует только электрические и временные характеристики интерфейса. Характеристики RS-485: 32 и менее

приёмопередатчиков в одном сегменте сети; максимальная длина одного сегмента сети: 1200 метров; максимальное количество узлов в сети --

256; скорость обмена/длина линии связи:62,5 кбит/с 1200 м (одна витая пара), 375 кбит/с 500 м (одна витая пара). На высоких скоростях обмена рекомендуется использовать экранированные витые пары [9].

1.2 Анализ готовых аппаратно-программных решений

В данный момент на рынке предлагается множество готовых решений систем автоматизации зданий. Рассмотрим наиболее востребованные из них.

1. NetPing.

Отечественная компания "Alentis Electronics" является разработчиком и производителем устройства мониторинга окружающей среды NetPing [10].

Основная сфера применения - удаленный контроль и мониторинг устройств в доме и офисе. Задачи, решаемые при помощи устройства NetPing:

Удаленное управление электропитанием.

Управление безопасностью и отслеживание чрезвычайных происшествий, используя датчики дыма, протечки воды, утечки газа, антивандальные системы, управление камерами видео наблюдения.

Управление микроклиматом при помощи датчиков температуры, влажности и управление кондиционером через инфракрасный порт.

Управление АТС по порту RS-232.

Дистанционное изменение настроек в зависимости от ситуации.

Отправка уведомлений о неполадках или других важных событиях по средством SMS, электронная почта.

Доступ к системе в реальном времени через HTTP или SNMP.

Управление освещением и другими бытовыми приборами по расписанию.

Устройства NetPing позволяю подключить до 16 датчиков на одно устройство. Благодаря встроенному Web-серверу контроль и управление осуществляется через браузер. Но можно использовать сторонние программы

мониторинга, например Zabbix, Nagios и PRTG Network который рекомендует производитель NetPing. Преимущество PRTG Network заключается в более удобном интерфейсе программы, возможность вести подробную статистику и мобильную версию приложения (Android и iOS) [11].

2. OpenRemote

OpenRemote, программа обеспечивающая автоматизацию жилых и коммерческих помещений. OpenRemote позволяет создать мобильное приложение для умного дома без программирования, при этом возможно использовать разные технологии EIB/KNX, AMX, Z-wave. Простыми словами это кроссплатформенный конструктор, в котором Вы создаете интерфейс будущего мобильного приложения. Контроллеры, которые могут быть использованы: AMX, KNX, Beckhoff, Lutron, Z-Wave, 1-Wire, MiCasaVerde Vera, EnOcean, xPL, Insteon, X10, Infrared, Russound, GlobalCache, IRTrans, XBMC, VLC, Samsung SmartTV, panStamps, Denon AVR, Marantz AVR, FreeBox,

MythTV, RaZBerry и др [12]. 3. Home Sapiens

Интеллектуальная система с голосовым управлением, представляет собой программное обеспечение. В комплект не входит оборудование, но при этом обеспечена максимальная совместимость с компьютерным "железом".

Обеспечена интеграция с системами Z-wave, Gira, ZigBee, x10, С-bus, что позволит управлять освещение, бытовой электроникой, системой отопления и пр. Основной упор идет на голосовое управление и удобный интерфейс [13].

4. MajorDoMo

MajorDoMo - это открытая программная платформа, для автоматизации домашних процессов. Данная система кроссплатформенная и не требовательная к ресурсам компьютера [14]. Возможно использование, без модулей (датчиков)

в качестве персонального органайзера. Задачи, решаемые при помощи

MajorDoMo:

Система безопасности.

Система микроклимата.

Медиа система.

Органайзер.

5. Fibaro

Fibaro, система автоматизации зданий основанная на беспроводной технологии передачи данных Z-wave. Простой метод монтажа, так как не надо протягивать метры кабеля. Миниатюрные модули могут быть установлены за любым выключателем света или в бытовом приборе. Благодаря беспроводной технологии передачи данных устройства Fibaro можно демонтировать и переносить на новое место. Система Fibaro постоянно сканирует систему и при необходимости информирует Вас о происшествии. Высокая интеграция с другими системами. Мозгом системы Fibaro является Home Center 2.

Интерфейс предоставляет простой контроль над группами устройств отвечающие за функции - отопления, кондиционирования, освещения и т.д

6. Arduino

Arduino -- это удобная платформа быстрой разработки электронных устройств, подходящая как для новичков, так и профессионалов. Платформа используется во всем мире благодаря удобству и простоте языка программирования, а также открытой архитектуре и программному коду.

Программирование устройства осуществляется через USB. Arduino дает возможность компьютеру выйти за рамки виртуального мира в физический и взаимодействовать с ним. Устройства, разработанные на базе Arduino,

получают различную информацию об окружающей среде с помощью различных датчиков, а также могут управлять различными устройствами [16].

Таблица 1 - Сравнение систем автоматизации зданий.

Наименование	NetPing	OpenRemote	HomeSapiens	MajorDoMo	Fibaro	Arduino
системы
Простота	+	-	+	-	+	+
настройки
Открытость	-	+	-	+	-	+
системы
Мобильное	+	+	+	+	+	+
приложение
WEB-	+	+	+	+	+	+
интерфейс
Базовая	От 3376	0	От 4000	0	От	От 1790
стоимость					46000

Из рассмотренных готовых программно-аппаратных решений функционально подходят системы Fibaro и Arduino , так как они просты в настройке и установке дополнительного оборудования. Но из-за высокой стоимости система Fibaro не подходит для реализации бюджетной автоматизированной системы управления загородного дома.



1.3 Техническое задание

Объектом автоматизации данного проекта является частный загородный дом. В доме уже имеются определённые инженерные системы, такие как:

- Отопление.

- Освещение.

А так же по желанию пользователя необходимо организовать системы:

- Пожарная сигнализация.

- Метеоконтроль.

В связи с тем, что дом построен по современным технологиям энерго- и теплосбережения, в данной квартире присутствуют определенные особенности.

Система отопления реализована на электрических конвекторах.

Система освещения реализована при помощи ламп накаливания. На данном этапе совершенно понятно, что все самые необходимые системы для обеспечения жизнедеятельности есть, но работают они лишь в ручном режиме, что не вполне реализует возможностей экономии, а также снижает уровень комфорта проживания.

В связи с этим, это помещение необходимо оснастить автоматикой, которая будет способна безопасно и в соответствии с желаниями пользователя организовывать совместную работу систем, и при возможности максимально экономить энергоресурсы.



2. Разработка функциональной схемы

2.1 Функциональные возможности платформы Arduino

Arduino - это инструмент для создания электронных устройств, различной сложности. Разработанные устройства взаимодействуют с окружающей физической средой более плотно, чем обычные персональные компьютеры,

которые не выходят за рамки виртуальности. Данная платформа открывает огромные возможности для разработчика, так как имеет открытый программный код и построена на простой печатной плате с современной средой для написания программного обеспечения.

Устройства, разработанные на Arduino, имеют средства приема сигналов от различных датчиков: цифровых и аналоговых, которые подключаются к нему, и управления различными исполнительными устройствами. Проекты устройств на Arduino работают самостоятельно или с программным обеспечением на компьютере. Разработчик может собрать плату самостоятельно, либо купить в сборе. Среда разработки программ с открытым исходным кодом доступна для бесплатного скачивания [17].

Существует множество микроконтроллеров и платформ для создания системы, с настраиваемыми параметрами, к которым можно подключить любое оборудование. Phidgets, Parallax Basic Stamp, MIT's Handyboard и Netmedia's BX-24 предлагают одинаковую функциональность. Все эти устройства объединяют различную информацию о языках программирования и заключают ее в простую сборку. Платы Arduino тоже упрощают процесс работы с микроконтроллерами, однако имеет ряд преимуществ перед другими устройствами.

Низкая стоимость - платы Arduino относительно дешевы по сравнению с другими платформами. Самая недорогая версия модуля Arduino может быть собрана в ручную, а некоторые даже готовые модули стоят меньше 50 долларов.

Кросс-платформенность - программное обеспечение Arduino работает под ОС Windows, Macintosh OSX и Linux.

Простая и понятная среда программирования.

Программное обеспечение Arduino с расширениями и открытым исходным текстом выпускается как инструмент, который может быть дополнен опытными пользователями. Язык может дополняться библиотеками C++. Пользователи, желающие понять технические нюансы, имеют возможность перейти на язык AVR.

Порты ввода-вывода микроконтроллеров оформлены в виде штыревых линеек. Никакого буферизирования, защиты, конвертации уровней или подтяжек, как правило, нет. В зависимости от модели платы,

микроконтроллеры питаются от 5В или 3,3В. Соответственно, такой же размах допустимых входных и выходных напряжений имею порты. Программисту доступны некоторые специальные возможности портов ввода-вывода микроконтроллеров: аналогово-цифровой преобразователь, широтно-

импульсная модуляция. Плата поддерживает различные интерфейсы: SPI, UART, I2C. Количество и возможности портов ввода-вывода определяются конкретным вариантом платы Arduino.

Помимо портов на платах микроконтроллеров иногда устанавливается периферия в виде интерфейсов USB, RS-485 или Ethernet. Опциональный набор внешней периферии на модулях расширения включает в себя:

USB Device.

Ethernet.

Модуль GSM и другие беспроводные интерфейсы.

USB Host.

SD card.

Модуль управления низковольтным мотором.

Графический ЖК индикатор.

Модуль с макетным полем.

RS-485 shield.

Сторонние производители выпускают широкий спектр датчиков и исполнительных устройств, подключаемых к Arduino.

Например: гироскопы, компасы, манометры, гигрометры, термометры,

релейные модули, индикаторы, клавиатуры и т.п [18].

2.2 Функциональная схема системы. Аппаратные и программные подсистемы

В данной системе используется смешанная архитектура аппаратных средств, так как у каждого модуля, будь то главный или периферийный,

существует определенный набор датчиков и исполнительных устройств, но в то же время все модули подключены к одной сетевой шине, по которой главный контроллер опрашивает подчиненные. Исходя из сказанного, легко уловить признаки централизованной и распределенной аппаратной архитектуры.

Данная структура позволит создать более сложную систему, повысить скорость обработки информации, удешевить техническую реализацию подключаемых датчиков и исполнительных устройств, а также, при необходимости, ее довольно просто расширить за счет общей сетевой шины.

Разрабатываемая система создается на базе распространенных программируемых плат фирмы "Arduino" и предполагает следующую

структуру, состоящую из четырех уровней:

система управления (web-интерфейс, мобильное устройство): осуществление контроля системы;

главный модуль (2 уровень);

определенное количество второстепенных модулей, расположенных в заданных помещениях (3 уровень);

конкретный набор датчиков и измерительных приборов, индивидуально подобранных для каждого второстепенного модуля (4 уровень) [19].



3. Разработка алгоритмического и программного обеспечения

Корректная работоспособность системы "Умный дом" обязывает иметь грамотно разработанное программное обеспечение. Следует учесть, что с помощью алгоритма можно повысить эффективность процесса управления системой.

В данной главе подробно рассмотрены алгоритмы системы в целом и каждого модуля по отдельности. Описана реализация веб-сервера и веб-сайта,

благодаря которому пользователь получит полный доступ над разработанной системой.

3.1 Центральный модуль

Центральный модуль представляет собой главный микроконтроллер с подключенной к нему периферией. Так как он играет роль сервера данной автоматизированной системы, то при выборе нужно учесть все данные, которые данному модулю придется обрабатывать. При выборе главного модуля обращаем внимание на высокие технические данные (количество входов/выходов, флеш-память, ОЗУ, энергонезависимая память). Наиболее подходящей платой из представленных фирмой Arduino версий, является

Arduino mega2560. Таким образом, полученный модуль представляет собой программируемую платформу Arduino mega2560 построенную на микроконтроллере ATmega 2560 [19].

Микроконтроллер выступает в виде моста между пользователем и периферийными модулями. Это обеспечивается с помощью GSM/GPRS Shield SIM900. Как только микроконтроллер включается, он инициализирует подключенные к нему периферийные микроконтроллеры, если инициализация прошла успешно, то собирает показания датчиков, исполнительных устройств и запускает функцию получения IP-адрес и формирует запрос к серверу

		Начало
	Инициализация периферийных
		микроконтроллеров	Нет
				Исключить
Успешно	Нет	Число попыток > 3	Да	модуль. Пометить его и
				уведомить пользователя

Да

Получение данных с датчиков и выключателей

Регистрация в сети. Получение IP-адреса

	Отправка данных на сервер		Нет

Успешно отправлены

Да

Да

Запрос к серверу, к периферийным микроконтроллерам

Нет

Конец

При получении команды центральный модуль запускает определенные системы, либо передает данные на нижестоящий уровень.

Центральный микроконтроллер получает данные и с сервера и с периферийных микроконтроллеров.



Получая данные с сервера, микроконтроллер устанавливает соответствие
входных данных с индексами периферийных модулей. Как только связь
установлена, производится отправка данных
	Начало
	Получение данных от
	сервера
Экстренное отключение	Да	Отключение систем
систем
Нет
Определение периферийного	Уведомление пользователя
микроконтроллера
Отправка данных
Отопление	Да	Алгоритм управления
		температурой
Нет
Освещение	Да	Алгоритм управления
		освещением
		Конец
		сервера
		22

Данные, передаваемые с нижестоящего уровня, на центральный модуль делятся на две группы:

Сигнал о возникновение пожароопасной ситуации.

Данные с исполнительного устройства.

Если получены данные из первой группы, то производится включение системы оповещения, отправка указания всем периферийным микроконтроллерам об отключении всех систем и производится отправка SMS-

сообщения пользователю. Если получены данные из второй группы, то микроконтроллер отправляет данные на сервер

Начало

Получение данных от периферийного микроконтроллера

Ответ выполненной	Да	Отправка данных на сервер
операции
Нет
Пожарная сигнализация		Нет

Да

Включение системы оповещения

Отключение освещения и отопления

Отправка SMS-сообщения пользователю

Нет

Получено подтверждение доставки

Да

Конец

В обязанности GSM/GPRS Shield также входит отправка и получение

SMS-сообщений. В случае отсутствия возможности подключения к серверу пользователь посредством сообщения сможет управлять системами дома. А

также система будет уведомлять о чрезвычайных ситуациях, требуемых вмешательства пользователя, таких как: отключение электропитания и переход на дополнительный источник, обнаружение задымленности.

Получив SMS-сообщение, микроконтроллер обрабатывает запрос и в соответствии с командой выполняет требуемое действие (3.4).

Начало

Получение SMS-сообщения

Обработка

запроса



Запрос к периферийным	Да	Отправка данных на заданный
		периферийный модуль
модулям
	Нет
Нет		Получен ответ о
		выполнение операции

Отключение систем

Да

Экстренное отключение

Да

систем

Уведомление пользователя

SMS-сообщением

Нет

Конец

Отправка SMS-сообщений, происходит только в тех ситуациях, когда необходимо быстро сообщить пользователю о возможной чрезвычайной ситуации. Главный микроконтроллер получает сигнал с периферийного,

анализирует и производит отправку сообщения с указанием причины

Начало

Получение данных главным микроконтроллером

Пожарная сигнализация

Да

Нет Отправка SMS-сообщения

Да

Отключение

электропитания

Нет

Конец

3.2 Универсальный периферийный модуль

Периферийный модуль осуществляет контроль параметров в заданном помещении. В его функции входит получение информации с датчиков,

управление нагрузкой и передача данных на главный микроконтроллер.

Информация, полученная с датчиков, обрабатывается и в зависимости от типа осуществляет регулирующее воздействие. Центральный контроллер задаёт эталонное значение регулируемого параметра периферийному контроллеру.

Периферийный контроллер функционально состоит из блока сравнения, блока принятия решения и исполнительного устройства (3.6).

Управление отоплением осуществляется в автоматическом режиме.

Значение температуры, установленное пользователем, передается сервером на главный микроконтроллер, который отправляет данные на периферийный

В блоке сравнения находится разность действующего и эталонного значения регулируемого параметра. На основании величины и знака этой разности в соответствующем блоке принимается решение о необходимости регулирующего воздействия, которое осуществляется исполнительным устройством.

Начало

Ввод эталонной температуры,x

Отправка данных на центральный микроконтроллер

Определение периферийного микроконтроллера

Отправка

Считывание значения температуры с датчика, y

x>=y	Да	Отключить отопление

Нет

Нет

Включить отопление

Выход

Да

Конец

Управление основным освещением осуществляется с помощью выключателей и сервера. Под основным освещением будем понимать освещение комнат: кухня, спальня №1, спальня №2, детская, гостиная.

Информация о включение или выключение освещения в конкретной комнате передается с сервера на главный микроконтроллер, который определяет к кому именно периферийному модулю обращается пользователь и отсылает данные на него. Получив команду, периферийный модуль, сравнивает состояние выключателей с данными, если они одинаковые, то изменения не требуются, иначе изменяется состояние выключателя и лампы

Начало

Получение данных с сайта,a

Отправка на периферийный микроконтроллер

Проверка

состояния выключателя,b

a=b

Нет

Включение света

Да

Изменение состояния выключателя

Уведомление пользователя

Конец

Дополнительное освещение осуществляется также как и в основном, но при этом анализируются показания датчиков движения и освещенности и исходя из их показаний включается освещение.

Под дополнительным освещением будем понимать освещение в туалете,

кладовке и территория близ дома.

Начало

Получение

данных с сайта

Отправка на периферийный микроконтроллер

Ручной режим
Нет	Да
Включить датчики движения и	Отключить датчики движения,
освещенности	освещенности
Нет	Проверка
Наличие движения	состояния
	выключателя,a
Да	Получение
	данных с сайта,b
Достаточное освещение
Нет	a=b
Включить свет	Нет
	Включение света
Да	Да
	Изменение состояния
	выключателя

Уведомление пользователя

Конец

Пользователь сможет переключаться между автоматическим и ручным режимом.

Пожарная сигнализация реализована с помощью газоанализатора и системы оповещения. В случае обнаружения дыма или утечки газа периферийный микроконтроллер включает оповещение об обнаруженной опасности в данном помещении и передает информацию на главный модуль,

который включает оповещение во всем доме и отправляет SMS- сообщение пользователю (3.10) .

Начало

Получение
данных с
газоанализатора,	Нет
x

x>=Критическое значение

Да

Включить систему оповещения

Отправка данных на главный микроконтроллер

Конец

3.3 Технологическая сеть

Данные от центрального модуля к периферийным и обратно передаются посредством интерфейса RS485. Данный интерфейс использует два провода, к

которым параллельно подключаются все периферийный микроконтроллеры.

Данные, в любой момент времени, могут передаваться только одним узлом сети. Причём данные передаются сразу по двум проводам дифференциальным методом: передаваемый бит кодируется разностью потенциалов между двумя проводами линии. Поэтому за согласование работы отвечает Arduino Mega 2560. Дифференциальный метод передачи существенно снижает уровень помех.

Одним из плюсов данного интерфейса то, что используемые устройства могут находиться на расстоянии до 1200 метров [20].

3.4 Web-сервер

Как уже было сказано в главе "центральный модуль", для обращения к серверу используется плата расширения GPRS Shield, которая позволяет работать в таких сетях связи GSM/GPRS.

Мобильные сети дают преимущество по доступу к World Wide Web.

Главный плюс мобильность, пользователь в любой момент и в любом месте может получить быстрый доступ и начать выполнять требуемое действие.

Мобильные телефоны превращаются в полноценный персональный компьютер, универсальный пульт управления (еще поиск информации).

Использование сим-карты мобильного оператора позволяет получить защищенную линию передачи данных [21].

Дополнительные способы, чтобы обеспечить данную технологию защитой в сети Интернет, не получила широкого распространения в связи со сложностью реализации или неподходящей пользователю.

Миллионы абонентов постоянно используют сим-карты различных сотовых операторов. Таким образом, исходя из того, что в системе отсутствует проводной интернет, можно сделать вывод, что плата расширения GPRS Shield является наиболее эффективным по получению и отправки информации. Так как в системе не предполагается использование персонального компьютера для создания централизованного сервера, то обязанности сервера возьмет на себя бесплатный хостинг WWW.HOSTINGER.RU, который имеет поддержку PHP и MySQL. Предоставляемые технические и функциональные

характеристики более чем достаточны, так как подразумевается персональное

использование данного ресурса, не более 10 человек (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Информация о сервере

Скорость передачи данных	10 Мбит/с
ОЗУ	8 Гб
Процессор	Xeon E3-1230
Жесткие диски	RAID-1
Место на диске	2 Гб
Операционная система	Centos

Также предоставляются огромное количество дополнительных услуг

(таблица 3.2).

Таблица 3.2 - Дополнительные возможности

Количество сайтов	2
Простой конструктор сайтов	+
Авто-установщик скриптов	50 скриптов
Бекап данных	+
Менеджер почтовых аккаунтов	+
Редактор DNS зоны	+
Веб-консоль SSH	+
Статистика посещений	+
Файловый менеджер	2
Создание страниц ошибок	+
Блокирование IP-адресов	+
Поддержка PHP	Версии (5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6,7.0)
Базы данных MySQL	+
Гарантия работы сервера	99 %
Стоимость	Бесплатный

Общение с разработанным сервером идентично общению с любым другим сервером в Интернет.

Сайт разработан с помощью языка PHP 5.5. Запросы,

передаваемые от пользователя, обрабатываются и отправляются на выполнение центральным модулем.

Хостинг предоставляет возможность получить бесплатный домен.

Для того чтобы пользователь смог получить доступ к интерфейсу сайта ему понадобиться пройти процедуры аутентификации [22]. Аутентификация -- процесс, с помощью которого проверяется, что данный пользователь является именно тем, кому разрешен доступ (3.11).

Ввод идентификатора пользователя

Нет Уведомление

Идентифицирован

пользователя об

пользователь

ошибке

Да

Уведомление пользователя о входе в систему

Ввод имени и пароля является идентификатором, которые можно установить с помощью дополнительной функции HOSTINGER.ru (

Обращайся к сайту, пользователь получит уведомление от сервера, в

котором потребуется ввести личные данные (3.13). Данная процедура обеспечит защиту информации от посторонних лиц.

После успешной авторизации, пользователь получит возможность управлять системами дома (3.14).

Главная страница имеет следующую структуру:

В шапке сайта отображаются метеоданные.

Комнаты разделены на блоки.

В каждом блоке присутствуют кнопки управления освещением и отоплением.

Блок "Экстренное отключение" выдает информацию об ошибках работы

системы.

Сайт написан на языке разметки HTML 5, с подключенным файлом CSS, отвечающий за внешний вид сайта. К коду HTML подключен PHP 5.5, обеспечивающий связь с Web-сервером [23, 24]. Для обеспечения постоянного вывода данных на главную страницу сайта, без перегрузки всей страницы используется Ajax запросы. Запросы происходят в асинхронном режиме. Это позволяет обмениваться данными с главным модулем и сервером без приостановки работы браузера [25].

Данная связка HTML и CSS, PHP и MySQL обусловлена следующими показателями:

простой синтаксис;

гибкость;

поддержка всех платформ;

предоставление огромных возможностей разработчику.



4. Тестирование системы

О готовности программного обеспечения следует судить после того как оно будет протестировано.

Процесс тестирования имеет две различные цели:

Показать заказчику, что программа работает в соответствии заданным условиям.

Обнаружить ситуации, в которых программа ведет себя некорректно.

Готовая система должна предоставлять возможность управления как дистанционно, так и с помощью физического доступа к ней.

Готовое устройство в сборе выглядит следующим образом 4.1.

центральный модуль, к которому подключен один из периферийных модулей с помощью RS485. Тестирование работы производилось путем загрузки в периферийный модуль различных скетчей

(программ). Поставленные задачи, а именно:

управление через интернет;

защита от несанкционированного доступа;

управление путем отправки SMS-сообщений;

управление освещением;

управление отоплением в автоматическом режиме;

оповещение в экстренных ситуациях,

являются выполненными.

Для проверки правильной работы программного обеспечения будут выполнены основные задачи, которые наглядно продемонстрируют управление отдельными элементами системы и в целом.



4.1 Управление путем отправки SMS-сообщения

В качестве GSM модуль используется GSM Shield. Данная плата принимает и отправляет SMS-сообщения.

Для того чтобы включить освещение в комнате пользователю понадобиться отправить соответствующую команду:

light_"номер"_"вкл/откл",

где "номер" выбирается в	соответствии с таблицей 4.1, "вкл/откл"- это
требуемое состояние:
- on- включить;
- off-выключить.
Таблица 4.1- Номера комнат
Название		Номер
Все комнаты		0
Спальня №1		1
Спальня №2		2
Детская		3
Гостиная		4
Коридор		5
Кухня		6
	38

Пример: light_4_on. В результате запроса система отправит сообщение об успешном выполнении (4.2).

Ввод эталонной температуры для определённой комнаты происходит с помощью команды:

temp_"номер" _ "температура",

где "номер" выбирается в соответствии с таблицей 4.1, "температура"- значение температуры. Пример: temp_3_24. В результате запроса система отправит сообщение об успешном выполнении (4.3).

Отключение системы "Умный дом" происходит командой: system_"вкл/выкл",

где "вкл/выкл"- это on-включить, off -выключить (4.4).

Пользователь имеет возможность получить метеоданные, отправив запрос: meteo

В результате запроса система отправит сообщение об успешном выполнении

(4.5). Температура отображается в градусах Цельсия, а атмосферное давление в мм.рт.ст.

4.2 Управление с помощью Web-сайта

Управление с помощью Web-сайта имеет удобный, интуитивно понятный интерфейс. Пользователь на главной странице видит всё, что происходит с системой.

В правом верхнем углу отображается атмосферное давление и температура за пределами дома

Управление освещением происходит с помощью переключателей radio.

Для каждой комнаты предусмотрены свои режимы

В столбце "Состояние" отображается значение освещения, в данный момент времени.

В правом верхнем углу блока у каждой комнаты отображается значение температуры. Для того чтобы изменить температуру необходимо нажать на кнопки в верхнем левом углу блока. Шаг изменения

температуры 1 оС .

Температура, установленная пользователем, отображается в той же строке красным цветом. После установки система начнет работать по заданному алгоритму

Отключение системы производится нажатием на соответствующую кнопку на web-сайте



4.3 Оповещение в экстренных ситуациях

К экстренным ситуациям относится:

отключение электропитания;

сигнал о возникновении пожароопасной ситуации.

Данные ситуации требуют вмешательства пользователя, так как последствия могут быть плачевными.

Пользователь посредством SMS-сообщения получит информацию, в

которой будет указано: что случилось, где случилось

4.4 Разработка сопроводительной документации

Система уведомляет пользователя обо всех выполненных операциях.

Происходит это с помощью Web-сайта и SMS-сообщений. Текст сообщения может содержать:

-успешное (неуспешное) выполнение операции; -значение освещения или температуры;

-метеоданные;

-экстренные ситуации;

-ошибки в работе.

Все виды SMS- сообщений приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2- SMS-сообщения

Сообщение	Значение
Успешно!	Система выполнена последнюю переданную задачу пользователя
Неуспешно!	Система не смогла выполнить последнюю переданную задачу
Освещение в	Освещение в комнате номер (таблица 4.1) имеет значение off
комнате № -Off	выключено
Температура в	Температура комнате номер (таблица 4.1) имеет значение С градусов
комнате № -С	Цельсия
Метеоданные	Система отображает значение температуры на улице и атмосферное
	давление
Блок не найден!	Информирует пользователя о том, что датчик (периферийный модуль)
	не отвечает на запросы главного модуля. Требуется вмешательство
	пользователя.
ОПАСНОСТЬ!	Система информирует о возникшей опасной ситуации, которая требует
	внимания пользователя

На Web- сайте данная информация отображается в блоке "Экстренное отключение".

Если пришло сообщение "Блок не найден!", то следует проделать следующие действия:

Перезагрузить блок (кнопка RESET).

Проверить соединение на наличие дефектов, разрывов.

Проверить соединение RS485.

Если приведенные выше действия не привели к устранению ошибки, то следует произвести замену блока. В случае если ошибка не исчезнет, то следует перезагрузить программное обеспечение блока.



5. Расчет технико-экономических показателей

Рассматривая процесс проектирования и производства аппаратного обеспечения необходимо отвести важное место вопросам нормирования труда разработчика. Это связано со спецификой труда разработчика подобного рода задач, которые предполагают наличие большой базы знаний и опыта в сфере электроники и схемотехники, а также умение находить подходящие конструкторско-технологические решения и оценивать систему в процессе разработки [26].

Достижение поставленных при проектировании целей проекта в установленные для выполнения сроки может быть достигнуто путем распределения трудовых ресурсов. Для выполнения данного условия необходимо определить трудозатраты, назначить исполнителей и ресурсы таким образом, чтобы соблюдался план выполнения работ. Полный расчет экономических составляющих также включает расчет разработки программного продукта.

5.1 Организация и планирование процесса разработки системы автоматизации загородного дома

1 Определение состава работ

Работы по разработке аппаратно-программного комплекса можно разбить на следующие этапы:

Подготовительный этап.

Проектирование.

Разработка программного обеспечения.

Разработка аппаратного обеспечения.

5. Этап отладки и тестирования системы.

6. Составление документации.

Технология проведения исследований и разработок может быть представлена в виде перечней работ, выполняемых в определенной последовательности.

2 Определение трудоемкости разработки

Под трудоемкостью понимаются затраты рабочего времени на разработку проекта. Все применяемые методы оценки трудоемкости сводятся к трем группам: экспертные, опытно-статистические, аналитические.

Расчет трудоемкости разработки дипломного проекта целесообразно проводить методом экспертной оценки.

На решение поставленной задачи заданы следующие ограничения:

- Время выполнение поставленной задачи - 4 мес.

- Число человек, работающих над проектом - 3 чел.

Расчет трудоемкости разработки производится по формуле (5.1).

N T об = ? t i , (5.1) i = 1

где ti - трудоемкость работ по стадиям проектирования, n - количество стадий проектирования.

Пользуясь собственным опытом и знаниями, определим максимальное и минимальное время необходимое для разработки каждого пункта, а исходя из них ожидаемое время. Ожидаемое время определяется по формуле (5.2).Затраты времени на каждую стадию разработки проекта представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Затраты времени по стадиям разработки проекта

Стадия разработки	tmin,	tmax,	Ожидаемые затраты
	чел. Дни	чел. дни	времени, чел. дни
Подготовительный этап	5	10	7
Проектирование	15	20	17
Разработка аппаратного обеспечения	20	25	22
Разработка программного обеспечения	35	40	37
Этап отладки и тестирования	10	15	13
Составление документации	5	10	7
Итого:	90	120	102

Работы по выполнению поставленной задачи распределим между разработчик (проектирование, разработка аппаратного обеспечения,

составление документации) и программистом (проектирование, техническая разработка и составление документации).

Распределение объемов работы приведено в таблице 5.2

Таблица 5.2 - Распределение объемов работы

Этапы разработки	Трудоемкость	Исполни-	Доля	Фонд вре-
	чел-дн.	тели

Подобные документы

• Проектирование системы автоматизации управления бизнес-процессами

  Организационно-штатная структура телекоммуникационной компании. Разработка плана автоматизации управления бизнес-процессами (БП), ее основные этапы. Формализация БП с помощью методик моделирования IDEF0, IDEF3 и DFD. Требования к системе автоматизации.
  
  курсовая работа [969,3 K], добавлен 24.01.2014
  

• Система управления отделением дефекосатурации

  Контроль и управление технологическим процессом очистки диффузионного сока. Разработка функциональной схемы автоматизации. Выбор средств управления и разработка структурной схемы. Расчет системы управления. Формализованные задачи и алгоритмы управления.
  
  курсовая работа [206,8 K], добавлен 21.04.2012
  

• Разработка системы "Управление умным домом"

  Анализ технологий "умного дома", их базовые понятия. Описание технологического процесса и модель автоматизации. Разработка системы управления зданием. Анализ программного обеспечения. Технология производства программного продукта, разработка бизнес-плана.
  
  дипломная работа [1,8 M], добавлен 06.04.2015
  

• Разработка контроллера системы отопления

  Описание функциональной схемы контроллера системы отопления, обеспечивающего многопозиционный контроль температуры и управление ветками отопления и котлом. Разработка принципиальной схемы. Обоснование выбора. Алгоритм работы устройства. Листинг программы.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.12.2012
  

• Системы управления базой данных на предприятии

  Создание системы управления базой данных для управления массивом информации множеством одновременно работающих пользователей. Изучение и оценка потерь при данном уровне автоматизации. Разработка схемы потоков для выбранного объекта автоматизации.
  
  отчет по практике [59,7 K], добавлен 05.03.2011
  

• Структура и назначение программ в области информационных технологий

  Основное программное обеспечение для автоматизации производства. Финансовые и коммуникационные системы. Системы планирования и управления. Текстовые редакторы и табличные процессоры. Финансовое программное обеспечение. Шрифтовые технологии в документах.
  
  шпаргалка [551,9 K], добавлен 16.08.2010
  

• Системы автоматизации проектных работ

  Программное обеспечение — неотъемлемая часть компьютерной системы, логическое продолжение технических средств. Типология прикладного программного обеспечения. Интегрированные пакеты программ. Общая характеристика системы автоматизации проектных работ.
  
  курсовая работа [39,2 K], добавлен 16.01.2011
  

• Разработка функциональной схемы автоматизации АСУТП производства обуви из пластизолей ПВХ

  Требования, предъявляемые к разрабатываемой системе. Разработка программного обеспечения автоматизированной системы управления технологическим процессом производства полимерной обуви в программной среде Trace Mode. Выбор комплекса технических средств.
  
  курсовая работа [3,6 M], добавлен 21.01.2015
  

• Разработка программного обеспечения для автоматизации документооборота в фонде жилого дома

  Понятие и специфика автоматизированных систем. Описание методики разработки программы для автоматизации. Ее тестирование и отладка. Внедрение АС в работу предприятия. Расчет экономического эффекта от разработки и реализации программного продукта.
  
  дипломная работа [1,4 M], добавлен 23.06.2015
  

• Методика работы с модулем "Реализация и склад" программного обеспечения "ПАРУС"

  Программное обеспечение по автоматизации и управлению предприятием ведущих корпораций в Украине. Система управления деятельностью предприятия "ГАЛАКТИКА". Комплексная система автоматизации предприятий малого и среднего бизнеса "ПАРУС - Предприятие 7.20".
  
  курсовая работа [1,7 M], добавлен 14.03.2008
  

• Анализ системы автоматизации розничной торговли

  Применение системы автоматизации розничной торговли в работе современного магазина самообслуживания или супермаркета. Описание информационного и технологического обеспечений информационной системы. Программное обеспечение и экономическая эффективность.
  
  курсовая работа [810,7 K], добавлен 28.12.2010
  

• Разработка информационной системы для туристической фирмы "Шелковый путь"

  Анализ предметной области информационной системы (ИС) для туристической фирмы "Шелковый путь". Описание организации, являющейся объектом автоматизации. Разработка проекта автоматизации бизнес-процессов. Программное и техническое обеспечение (ИС).
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 15.03.2017
  

• Программное обеспечение для автоматизации процесса учета успеваемости и посещаемости студентов

  Требования к функциональным характеристикам разрабатываемой автоматизированной системы. Системы управления обучением. Обзор средств разработки, серверов, СУБД. Применение модели "сущность-связь", ее преимущества. Архитектура программного средства.
  
  курсовая работа [900,7 K], добавлен 07.07.2012
  

• Информационное обеспечение АТП

  Внедрение автоматизации документооборота АТП для повышения эффективности управления как деятельностью предприятия в целом, так и отдельными его процессами. Обновление оборудования, ПО АРМ и серверов в ходе модернизации информационной системы АТП.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 18.01.2015
  

• Разработка экспертной системы для автоматизации построения компонентов в системе Moodle

  Аналитический обзор системы управления курсами Moodle, программное построение ее модулей. Разработка структурной схемы и базы знаний экспертной системы. Создание дерева вопросов и выбор алгоритма поиска решений. Анализ возможных угроз и защита информации.
  
  дипломная работа [534,7 K], добавлен 14.12.2013
  

• Создание приложения автоматизации анализа финансово-хозяйственной деятельности в ООО "Уралэнерготел"

  Разработка информационной системы по автоматизации расчетов экономических показателей финансово-хозяйственной деятельности, процесса подготовки отчетов. Создание структуры базы данных, интерфейса системы с использованием среды программирования Делфи.
  
  курсовая работа [4,1 M], добавлен 28.10.2014
  

• Разработка модели состава и модели структуры электронной системы "Умный дом"

  Интеллектуальная система, которая объединяет электрические приборы посредством линии управления. Управление несколькими приборами. Схема устройств "Умного дома". Анализ связей между элементами системы. Система приема эфирного и спутникового телевидения.
  
  курсовая работа [5,1 M], добавлен 18.12.2010
  

• Инструментальные средства автоматизации процесса реализации инновационных проектов

  Ознакомление с современным состоянием и проблемами развития российской инновационной среды. Разработка системы автоматизации управления инновационными проектами на предприятиях. Рассмотрение интерфейса программного продукта и руководства пользователя.
  
  курсовая работа [2,8 M], добавлен 09.04.2012
  

• Проектирование элементов информационной системы фирмы для автоматизации процессов продаж оргтехники

  Организация и продажа оргтехники. Цели автоматизированной системы и автоматизируемые функции. Характеристика функциональной структуры информационной системы. Проектирование функциональной части объекта автоматизации. Обоснование выбора подсистемы.
  
  курсовая работа [129,6 K], добавлен 19.12.2010
  

• Разработка информационной системы "Кадровое агентство выпускников"

  Разработка информационной системы "Кадровое агентство выпускников" для автоматизации процесса подбора специалистов по заявкам организаций. Требования к системе, программное обеспечение. Описание процесса деятельности. Проектирование базы данных.
  
  дипломная работа [3,4 M], добавлен 27.11.2009
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам