Разработка системы и алгоритмов определения положения локального источника звука для энергетической эффективности систем контроля коммерческих зданий и сооружений
Введение 4
1 Состояние вопроса 6
1.1 Основные задачи и функции систем АЗУС 6
1.2 Анализ актуальности разработки интеллектуальных зданий 9
1.3 Анализ подходов, инструментов и методов обработки Big Data (больших данных) 13
1.4 Анализ информационной безопасности интеллектуальных зданий 17
1.5 Перспективные направления развития АСУЗ 21
1.6 Задачи научно-квалификационной работы 22
2 Разработка системы сбора информации с датчиков 23
2.1 Создание структуры системы сбора информации 23
2.2 Проект научного эксперимента по тестированию системы 31
2.3 Методика проведения экспериментальных исследований 32
2.4 Итоги эксперимента 35
3 Определение положения локального источника звука 36
3.1 Звук и оценка его восприятия 36
3.2 Математический расчет координат источника звука 38
4 Разработка системы определения положения локального источника звука 41
4.1 Система акустической локализации 41
4.2 Программа расчета местоположения источника звука 46
4.3 Регулировка датчика звука 48
4.4 Тестирование датчика на предмет внешний воздействий 51
4.5 Проведение итоговых исследований 54
Заключение 57
Список используемой литературы и используемых источников 58
Приложение А Алгоритм создания БД 64
Приложение Б Настройки для подключения к БД 67
Приложение В Алгоритм подключения к БД 68
Приложение Г Алгоритм добавления данных в БД 69
Приложение Д Алгоритм вывода данных в БД 70
Приложение Е Алгоритм прошивки микроконтроллера 71
Приложение Ж Алгоритм прошивки микроконтроллера с синхронизацией с сервером времени 74
Приложение И Алгоритм создания таблицы в БД 83
Приложение К Алгоритм добавления данных с датчиков звука в БД 86
Приложение Л Алгоритм расчета местоположения источника звука 87
Приложение М Прошивка микроконтроллера для регулирования датчика звука 102
С течением времени и с развитием прогресса в повседневной жизни человека стали появляется разнообразные инженерные системы и бытовые приборы. Стартовала эпоха автоматизации, поскольку очень многие процессы, которые раньше выполнялись руками, стали работать автоматически. И количество самых разнообразных инженерных систем стало исчисляться не просто десятками, а сотнями единиц. Поэтому управлять и контролировать подобные системы становится все более проблематично. Традиционные инструменты перестают справляться с объемом неоднородной и очень быстро поступающей цифровой информацией.
С помощью компьютерного анализа можно увидеть как определенные, так и малозаметные закономерности, которые не сможет найти человек. Это оптимизирует все сферы жизни, начиная государственным управлением, заканчивая телекоммуникациями и производством. Возникает необходимость исследования систем управления и систематизации обработки данных (в том числе использования подходов, инструментов и методов обработки Big Data (больших данных)).
В систему управления инфраструктурой зданий внедряются новые методы контроля положения объектов в помещении. Например, искусственное зрение, распознавание лиц, дорожных знаков. Кроме того, существуют и другие методы, такие как оптическая, радиолокация, тепловая локация и звуковая локация. У каждого этого метода есть свои преимущества и недостатки. В данной научно-квалификационной работе будет уделено внимание пассивной звуковой локации, когда сам объект является источником звуковых волн. Это актуально, потому что представленные в настоящее время системы звуковой локации имеют высокую стоимость. К тому же в разрабатываемой системе будет применена новая, современная технология «Internet вещей».
Таким образом, целью научно-квалификационной работы является разработка доступной системы определения положения локального источника звука. Система будет применяться в коммерческих зданиях и сооружениях для функций оптимизации и контроля расхода электрической энергии.
Научная новизна предстоящего исследования состоит в том, что для определения положения локального источника звука применяется современная технология «Internet вещей».
В ходе выполнения научно-квалификационной работы, целью которой являлась разработка доступной системы определения положения локального источника звука, было выполнено следующее:
• произведен анализ актуальности разработки автоматизированных систем управления зданием («Умный дом»), в том числе и подсистемы определения локального источника звука;
• разработана система сбора информации с датчиков на основе технологии технология «Internet вещей»;
• выполнен математический расчет координат источника звука;
• разработаны программные алгоритмы расчета местоположения источника звука;
• создана система акустической локализации, способная точно определять, в каком именно помещении находится источник звука, с возможностью доработки до точного определения координат источника звука в самом помещении.
Исходя из содержания и объема проделанных работ, поставленная цель научно-квалификационной работы выполнена. Полученная система может быть использована для выполнения некоторых функций автоматизированной системы управления зданием с позиции энергетической эффективности.
