📄Работа №107856
Тема: Клиент для распределённой метеосистемы
Характеристики работы
Тип работы
Бакалаврская работа
Предмет
Электротехника
Объем:
64 листов
Год:
2018
Просмотров:
259
4550
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Аннотация 2
1.Введение 4
2.Основная часть 8
2.1 состояние вопроса 8
2.2 проектный раздел 16
2.3 конструктивно - технологический раздел 24
Заключение 56
Список используемой литературы 62
Приложения 64
1.Введение 4
2.Основная часть 8
2.1 состояние вопроса 8
2.2 проектный раздел 16
2.3 конструктивно - технологический раздел 24
Заключение 56
Список используемой литературы 62
Приложения 64
📖 Введение
Издавна человеку приходилось сталкиваться с такой задачей как, что-то измерить, объяснить то или иное физическое, или природное явление. Таким образом, очень давно, примерно во времена античной Греции уже зарождалась метрология, наука об измерениях, а также методах и средствах, связанных с получением, обеспечением их единства и достижения точности любых видов измерений. Данная наука имеет колоссальное влияние на жизнь человека. Все начиналось с измерения длины, времени и расстояния, наука развивалась, и со временем находила все больше и больше сфер применения. В середине 20 века разработана и утверждена международная система единиц (СИ). Все страны мира делились опытом в сфере измерений, и к этому моменту в нашем мире почти не осталось чего либо, что человек не мог бы измерить и придать исчислению. Научные достижения в области метрологии позволили сделать окружающий нас мир более безопасным и более предсказуемым, а также помогли контролировать и воздействовать на те или иные параметры, что является очень важным фактором любого производства. Конечно же человек не мог обойти стороной окружающую его природу. Но природа, явление настолько сложное в исчислении, что для ее измерения, она была разбита на огромное количество параметров, которые в свою очередь вместе могли охарактеризовать столь сложное явление. Конечно воздействовать и управлять природой человек ещё не научился (но это не точно), но предсказывать её поведение и изменения получается отлично. Теперь прогнозы погоды везде в телевизоре, в интернете и даже в телефонах. Процесс прогнозирования погодных условий начинается с наблюдения за текущим состоянием атмосферы, благодаря этому мы можем затем прогнозировать изменения погодных условий в ближайшие дни, недели, месяцы и порой даже годы. Очень интересный факт, первый в истории прогноз погоды, был опубликован в английской газете Times 1 августа 1861 года под авторством Роберта Фицроя. Который в дальнейшем покончил жизнь самоубийством из-за неточности своих прогнозов. Многочисленные погодные датчики, размещаются на поверхности Земли, в воздухе, в морях и даже на орбите, которые помогают построить максимально точную картину погодных условий на всей планете. Сбором погодной информации занимаются метеорологические организации, а затем обмениваются ею с метеослужбами по всему миру. [1]
Самые основные погодные параметры: температура, атмосферное давление, влажность, скорость и направление ветра, осадки и их количество. Всё это измеряется наземными метеостанциями. 1670 метеостанций находятся по всей России, а, например, в Китае их больше 53000. Каждую станцию обслуживают специалисты-метеорологи, однако бывают и полностью автоматизированные станции. В США работает целая сеть автоматизированных систем наблюдений (ASOS) за поверхностью. Эти метеостанции располагаются в большинстве аэропортов в стране. Так же существуют погодные радары, позволяющие отслеживать местоположения и перемещение гроз, осадков, града, сильных поток ветра и других опасных явлений в реальном времени. Одним из новшеств является доплеровский радара, он отправляет импульсы радиоволн в атмосферу для сканирования. Метеобуи проводят измерения на воде по всему миру. Они так же измеряют высоту волн. Все измеренные данные после переработки буем транслируются по радио, или передаются другим способ в метеорологические центры для дальнейшего прогнозирования. Пришвартованный буй может измерять температуру воды на глубине до 3 метров. Пространство атмосферы измеряется метеозондами, запущенными в воздух. Таких метеостанций в мире не так много, а точнее около 870. Для измерения погодных условий выше атмосферы используются спутники. У России 4 метеоспутника, два из них геостационарные (постоянно находятся над одной и той же точкой земли). Это нужно для того что бы делать снимки целого полушария планеты. Ещё один удивительный способ предугадать дальнейшее поведение погоды — это рассчитать её. Да-да, рассчитать, как поведёт себя погода можно при помощи математических уравнений, и такая идея была впервые выдвинута в 1922 году Льюисом Фраем Ричардсоном. Однако для столь сложных расчётов в докомпьютерный век понадобилось бы 64 тысячи человек, что бы прогноз был своевременным и точным. В наше время появились суперкомпьютеры с действительно высокой производительностью. Миллионы измеренных метеорологических данных с тех или иных станций, единым потоком поступает в метеорологические центры обработки информации где обрабатывается самой современной компьютерной техникой. Менее мощной техникой пользоваться не получится, иначе прогнозы погоды будут поступать не своевременно. Для примера один из самых мощнейших компьютеров находятся в распоряжении Метеорологического бюро Соединенного Королевства, его название Cray XC400, и он имеет мощность в 7 петафлопс. В общей сложности прогнозирование это самая сложная и самая развитая область метеорологии. Прогнозирование погоды происходит по трем научным методам: синоптический, численный (гидродинамический), статистический. [2]
Рассмотрим традиционный подход прогнозирования - синоптический. Вплоть до 1950 года он был основным. Его суть в том, что строится синоптическая карта отдельно взятого временного периода, с выделением всех происходящих объектов (циклонов, атмосферных фронтов и т.д.) определяемых по погодным условиям. Таким образом, метеорологи строят серию таких карт, и по ним вычисляют эмпирические зависимости и правила. А дальше уже зная направления ветров, циклонов или антициклонов прогнозируется погода. Однако этот метод работает только при краткосрочных прогнозах.
Но были и другие способы, так вот численный (гидродинамический) состоит в том, чтобы преобразовать все происходящее в атмосфере в математическую модель. Данный метод предполагает решения колоссального количества формул гидродинамики и термодинамики в совокупности с основными законами физики. Все это стало возможным с развитием технологий, а именно с появлением ЭВМ, которые могли обрабатывать большое количество переменных, влияющих на погодные условия. [3]
Третий метод, статический, использует уже полученные ранее метеорологические данные. Дело в том, что с годами погодные условия могут повторятся, или как минимум вычислить благоприятные изменения, которые хорошо повлияют на погоду. Правда в таком случае не получится определить погодные условии на каком-то отдельно взятом участке, при использовании этого метода шаг по изучаемой территории крайне велик. Статистический метод имеет большое влияние на долгосрочные прогнозы.
В итоге мы видим большое изобилие высоких технологий, применяемых в данной сфере. Метеорадары, космические метеоспутники, всевозможные датчики и средства измерения, и даже суперкомпьютеры участвуют в нелёгкой задаче по прогнозированию погодных условий. Несомненно, данная сфера продолжит свой рост и развитие, и мы увидим новые системы и принципы обработки, которые предоставят нам более точные и детальные данные о погоде. Кто знает, может быть однажды мы будем знать точный прогноз погоды района или даже улицы, на нужный нам отрезок времени. [4]
Самые основные погодные параметры: температура, атмосферное давление, влажность, скорость и направление ветра, осадки и их количество. Всё это измеряется наземными метеостанциями. 1670 метеостанций находятся по всей России, а, например, в Китае их больше 53000. Каждую станцию обслуживают специалисты-метеорологи, однако бывают и полностью автоматизированные станции. В США работает целая сеть автоматизированных систем наблюдений (ASOS) за поверхностью. Эти метеостанции располагаются в большинстве аэропортов в стране. Так же существуют погодные радары, позволяющие отслеживать местоположения и перемещение гроз, осадков, града, сильных поток ветра и других опасных явлений в реальном времени. Одним из новшеств является доплеровский радара, он отправляет импульсы радиоволн в атмосферу для сканирования. Метеобуи проводят измерения на воде по всему миру. Они так же измеряют высоту волн. Все измеренные данные после переработки буем транслируются по радио, или передаются другим способ в метеорологические центры для дальнейшего прогнозирования. Пришвартованный буй может измерять температуру воды на глубине до 3 метров. Пространство атмосферы измеряется метеозондами, запущенными в воздух. Таких метеостанций в мире не так много, а точнее около 870. Для измерения погодных условий выше атмосферы используются спутники. У России 4 метеоспутника, два из них геостационарные (постоянно находятся над одной и той же точкой земли). Это нужно для того что бы делать снимки целого полушария планеты. Ещё один удивительный способ предугадать дальнейшее поведение погоды — это рассчитать её. Да-да, рассчитать, как поведёт себя погода можно при помощи математических уравнений, и такая идея была впервые выдвинута в 1922 году Льюисом Фраем Ричардсоном. Однако для столь сложных расчётов в докомпьютерный век понадобилось бы 64 тысячи человек, что бы прогноз был своевременным и точным. В наше время появились суперкомпьютеры с действительно высокой производительностью. Миллионы измеренных метеорологических данных с тех или иных станций, единым потоком поступает в метеорологические центры обработки информации где обрабатывается самой современной компьютерной техникой. Менее мощной техникой пользоваться не получится, иначе прогнозы погоды будут поступать не своевременно. Для примера один из самых мощнейших компьютеров находятся в распоряжении Метеорологического бюро Соединенного Королевства, его название Cray XC400, и он имеет мощность в 7 петафлопс. В общей сложности прогнозирование это самая сложная и самая развитая область метеорологии. Прогнозирование погоды происходит по трем научным методам: синоптический, численный (гидродинамический), статистический. [2]
Рассмотрим традиционный подход прогнозирования - синоптический. Вплоть до 1950 года он был основным. Его суть в том, что строится синоптическая карта отдельно взятого временного периода, с выделением всех происходящих объектов (циклонов, атмосферных фронтов и т.д.) определяемых по погодным условиям. Таким образом, метеорологи строят серию таких карт, и по ним вычисляют эмпирические зависимости и правила. А дальше уже зная направления ветров, циклонов или антициклонов прогнозируется погода. Однако этот метод работает только при краткосрочных прогнозах.
Но были и другие способы, так вот численный (гидродинамический) состоит в том, чтобы преобразовать все происходящее в атмосфере в математическую модель. Данный метод предполагает решения колоссального количества формул гидродинамики и термодинамики в совокупности с основными законами физики. Все это стало возможным с развитием технологий, а именно с появлением ЭВМ, которые могли обрабатывать большое количество переменных, влияющих на погодные условия. [3]
Третий метод, статический, использует уже полученные ранее метеорологические данные. Дело в том, что с годами погодные условия могут повторятся, или как минимум вычислить благоприятные изменения, которые хорошо повлияют на погоду. Правда в таком случае не получится определить погодные условии на каком-то отдельно взятом участке, при использовании этого метода шаг по изучаемой территории крайне велик. Статистический метод имеет большое влияние на долгосрочные прогнозы.
В итоге мы видим большое изобилие высоких технологий, применяемых в данной сфере. Метеорадары, космические метеоспутники, всевозможные датчики и средства измерения, и даже суперкомпьютеры участвуют в нелёгкой задаче по прогнозированию погодных условий. Несомненно, данная сфера продолжит свой рост и развитие, и мы увидим новые системы и принципы обработки, которые предоставят нам более точные и детальные данные о погоде. Кто знает, может быть однажды мы будем знать точный прогноз погоды района или даже улицы, на нужный нам отрезок времени. [4]
✅ Заключение
Подводя итоги данного проекта, целесообразно сравнить цели и задачи проекта, и чего удалось добиться. Изначально проект задумывался как что-то новое, чего ещё нет на рынке и что бы само собой у этого продукта был свой покупатель и область применения. Так же было необходимо достойно выделить проект среди других изобретений, должна была присутствовать инновация, благодаря которой изобретение смогло бы долгое время конкурировать на рынке и всегда могло предложить что-то даже самому требовательному покупателю. Так какие же задачи нам получилось осуществить? Взглянем на все по порядку. Клиент для распределенной метеосистемы это по-настоящему новое предложение на рынке метеостанций. В то время как рынок переполнен предложениями приборов, рассчитывающих погоду на ближайший день, наш продукт предлагает совершенно иные функции помимо всем уже привычного прогноза погоды. Хотя клиент для распределенной метеосистемы и не лишен данной функции, здесь она идет как приятное дополнение. Ведь основная задача метеосистемы это сбор данных там, где нам это необходимо. Характеристики устройства позволяют устанавливать датчики на расстоянии до 1000 м от приёмника, с учётом препятствий. А сами датчики охватывают такой же радиус по территории измеряя температуру, относительную влажность воздуха и изменения атмосферного давления. Клиентов у распределенной метеосистемы может быть до 126, это становится возможным благодаря модулю связи построенном на чипе NRF24 и усиливающей антенне. Область применение у такого устройства крайне велика. Такую метеосистему можно использовать в музеях, где требуется чуткий контроль микроклиматических условий возле каждого из экспонатов, так же и в зданиях памятниках, которые стоят уже больше века. Так же метеосистема может применятся на территориях где хранятся сыпучие вещества, или другие чувствительные к погодным условиям товары. Склады, ангары, теплицы и т.д. всё это область применения такого устройства как клиент для распределенной метеосистемы. Все показания непрерывно обновляются на самом устройстве и так же записываются в файл на SD карту, с которой в дальнейшем можно считывать данные на любом устройстве. Что касается перспективы проекта на дальний срок, то у него есть главное отличительное свойство - это модульность. Каждый датчик собирается и изготавливается в зависимости от пожеланий и требований заказчика. Могут быть добавлены модули отображения наличия в воздушной среде частиц метана, или модули измерения силы ультрафиолетового излучения, или модуль расстояния, или модуль реагирования на движения и т.д. Таким образом такой продукт на рынке будет востребован долгое время и сможет конкурировать с другими устройствами тем что может подстраиваться под нужды покупателей. Все необходимое покупатель потребует сам. В конце концов, это ведь измерительное устройство, которое позже можно будет занести в государственный реестр. При заказе метеосистемы, покупателю будет предложено заполнить опросный лист на измерительное устройство, где он опишет все что ему необходимо измерять. После этого мы сможем предоставить ему цену на устройство, сделанное по его пожеланиям. В стандартной комплектации, как уже оговаривалось ранее, будет обязательным наличие модуля измерения температуры воздуха, относительной влажности воздуха и модуль измерения атмосферного давления. И поэтому мы рассматривали в нашем проекте именно стандартную комплектацию устройства и его программу. При выборе каждого модуля мы записывали его стоимость, но так ни где и не привели суммарную стоимость датчика и приёмника. Сейчас чтобы это исправить составим таблицу отображающую состав устройств, обозначения и стоимость.
Таблица 1 - Наименование модулей и их стоимость в расчёт на один датчика и одно принимающее устройство.
Место установки
Наименование
Стоимость
(руб.)
Комплектация
Стандарт
Датчик
Микроконтроллер Arduino UNO R3
1200
Модуль измерения температуры и относительной влажности воздуха AM2303 DHT22
240
Модуль приёма - передачи данных E01-ML01DP5 на микрочипе NRF24L01 с разъёмом для подключения антенны (антенна в комплекте)
280
Цифровой модуль измерения атмосферного давления BMP280
65
Кабель питания КРОНА со штекером 5.5х2.1 мм
70
Макетная плата на 400 отверстий
120
Провода перемычки для монтажа через макетную плату 120шт (3 типа).
160
Датчик абсолютного давления MPS20N0040D-D
Дополнительная опция
140
Модуль измерения ультрафиолетового излучения
Дополнительная опция
250
Модуль измерения влажности почвы
Дополнительная опция
190
Фотооптический модуль KY - 018 (наличие света)
Дополнительная опция
100
Датчик движения SR501
Дополнительная опция
50
Ультразвуковой модуль измерения расстояния HC- SR04
Дополнительная опция
Модуль обнаружения газа MQ.
Дополнительная опция
1. Метан
2. Пропан
3. Водород
4. Пары спирта
5. Пары бензина
6. Этанол
7. Бутан
8. Природный газ
9. Оксид углерода
10. Аммиак
11. Наличие дыма
800 (за один газ)
Принимающее устройство
Стандарт
Микроконтроллер Arduino
UNO R3
1200
Модуль приёма - передачи данных E01-ML01DP5 на микрочипе NRF24L01 с разъёмом для подключения антенны (антенна в комплекте)
280
Модуль подключения SD карты
50
Сенсорный TFT ЖК-дисплей на 4 дюйма
1150
Адаптер питания на 9 В, штекер 5.5х2.1 мм.
150
Модуль учёта реального времени DS3231
75
Макетная плата на 400 отверстий
120
Провода перемычки для монтажа через макетную плату 120шт (3 типа).
160
Micro SD карта памяти
890
Итого:
Клиент для распределенной метеосистемы в стандартной комплектации.
6210 руб.
Получившаяся цена за метеосистему в стандартной комплектации не учитывает затраты на корпус, а также его изготовление, и программирование. В свою очередь каждый дополнительный датчик, в стандартной комплектации, обойдётся заказчику в 2135 рублей, а метеосистема с пятью датчиками будет стоить 14750 рублей. Цена не маленькая если сравнивать с домашними метеостанциями, однако функционал превышает возможности простых метеостанций. [21] И не нужно забывать, что большую роль в образовании высокой стоимости сыграла закупка модулей на рынке, ведь изготовление каждого из них вручную уменьшит стоимость примерно в 2 раза, однако сильно увеличит необходимое время на изготовление всех устройств. В итоге у нас есть интересный прибор, который даже без сильной экономии денежных средств выгодно показывает себя по отношению к своим конкурентам, имеет много преимуществ и хороший потенциал для дальнейшего роста.
Таблица 1 - Наименование модулей и их стоимость в расчёт на один датчика и одно принимающее устройство.
Место установки
Наименование
Стоимость
(руб.)
Комплектация
Стандарт
Датчик
Микроконтроллер Arduino UNO R3
1200
Модуль измерения температуры и относительной влажности воздуха AM2303 DHT22
240
Модуль приёма - передачи данных E01-ML01DP5 на микрочипе NRF24L01 с разъёмом для подключения антенны (антенна в комплекте)
280
Цифровой модуль измерения атмосферного давления BMP280
65
Кабель питания КРОНА со штекером 5.5х2.1 мм
70
Макетная плата на 400 отверстий
120
Провода перемычки для монтажа через макетную плату 120шт (3 типа).
160
Датчик абсолютного давления MPS20N0040D-D
Дополнительная опция
140
Модуль измерения ультрафиолетового излучения
Дополнительная опция
250
Модуль измерения влажности почвы
Дополнительная опция
190
Фотооптический модуль KY - 018 (наличие света)
Дополнительная опция
100
Датчик движения SR501
Дополнительная опция
50
Ультразвуковой модуль измерения расстояния HC- SR04
Дополнительная опция
Модуль обнаружения газа MQ.
Дополнительная опция
1. Метан
2. Пропан
3. Водород
4. Пары спирта
5. Пары бензина
6. Этанол
7. Бутан
8. Природный газ
9. Оксид углерода
10. Аммиак
11. Наличие дыма
800 (за один газ)
Принимающее устройство
Стандарт
Микроконтроллер Arduino
UNO R3
1200
Модуль приёма - передачи данных E01-ML01DP5 на микрочипе NRF24L01 с разъёмом для подключения антенны (антенна в комплекте)
280
Модуль подключения SD карты
50
Сенсорный TFT ЖК-дисплей на 4 дюйма
1150
Адаптер питания на 9 В, штекер 5.5х2.1 мм.
150
Модуль учёта реального времени DS3231
75
Макетная плата на 400 отверстий
120
Провода перемычки для монтажа через макетную плату 120шт (3 типа).
160
Micro SD карта памяти
890
Итого:
Клиент для распределенной метеосистемы в стандартной комплектации.
6210 руб.
Получившаяся цена за метеосистему в стандартной комплектации не учитывает затраты на корпус, а также его изготовление, и программирование. В свою очередь каждый дополнительный датчик, в стандартной комплектации, обойдётся заказчику в 2135 рублей, а метеосистема с пятью датчиками будет стоить 14750 рублей. Цена не маленькая если сравнивать с домашними метеостанциями, однако функционал превышает возможности простых метеостанций. [21] И не нужно забывать, что большую роль в образовании высокой стоимости сыграла закупка модулей на рынке, ведь изготовление каждого из них вручную уменьшит стоимость примерно в 2 раза, однако сильно увеличит необходимое время на изготовление всех устройств. В итоге у нас есть интересный прибор, который даже без сильной экономии денежных средств выгодно показывает себя по отношению к своим конкурентам, имеет много преимуществ и хороший потенциал для дальнейшего роста.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.