Аннотация 3
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Состояние вопроса 12
1.1 Формулирование актуальности, целей и задач проекта 14
1.2 Анализ исходных данных и существующих решений 15
2 Разработка учебного стенда 16
2.1 Используемые электронные компоненты 16
2.2 Принципиальные схемы подключения 24
2.3 Прошивки модулей ESP-01 28
2.4 API взаимодействия с модулями ESP-01 29
2.5 Организация работы управляющего модуля 32
3. Функционал и логика работы стенда 33
4. Пособие по использованию стенда 35
4.1 Лабораторная работа № 1. Управление температурой воздуха 35
4.2 Лабораторная работа № 2. Управление влажностью воздуха 39
4.3 Лабораторная работа № 3. Управление влажностью почвы комнатных растений 44
4.4 Лабораторная работа № 4. Управление освещенностью 47
4.5 Лабораторная работа № 5. Автоматическое включение освещения при входе человека в помещение 50
4.6 Лабораторная работа № 6. Контроль протечек воды 53
4.7 Лабораторная работа № 7. Контроль задымления в помещении 56
4.8 Комплексная работа. Управление работой системы «умный дом» 59
4.9 Удаленное управление работой стенда с других устройств в локальной сети 76
5. Эффективность работы 78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 79
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 80
Приложение А. Листинг исходного кода прошивок ESP8266 81
Приложение Б. Листинг программы в среде Embarcadero RadStudio 93
В последние годы все шире получает распространение концепция бытовой автоматизации - системы бытовых устройств, способных решать определенные задачи без участия человека. Наиболее известный пример бытовой автоматизации - так называемый «умный дом». «Умный дом» - это комплекс приборов, позволяющий автоматизировать включение-выключение освещения, работу отопительной системы, вентиляции и кондиционирования, работу сигнализации несанкционированного доступа в помещения, возгорания или протечки, а также многие другие операции. Кроме того, «умный дом» позволяет владельцу удаленно получать информацию о своих устройствах и удаленно ими управлять. Применение устройств бытовой автоматизации возможно не только в доме, но и в теплице, в гараже, на даче, в сауне - практически в любой области быта человека [16].
Дальнейшим развитием концепции бытовой автоматизации является «интернет вещей» - сеть физических предметов («вещей»), имеющих встроенные технологии для взаимодействия друг с другом или с внешней средой. Данная отрасль технологии с каждым годом получает все большее распространение. По оценкам аналитиков, в 2016 году количество устройств, подключенных к Интернету вещей, составило 6,4 млрд. единиц, увеличившись на 30% по сравнению с 2015 годом [14].
Непосвященному человеку, знакомому с бытовой автоматизацией лишь по ценникам на системы «умный дом» в магазинах бытовой техники, может показаться, что проектирование и управление такими системами очень сложно и недоступно для его понимания. Однако применение микропроцессорной техники в бытовой автоматизации позволяет инкапсулировать сложные процессы получения, обработки и передачи данных внутри типовых модулей. В настоящее время проектирование и построение управляющих систем типа «умный дом» доступно любому инженеру, знакомому с основами микропроцессорной техники и программирования.
Разработанный аппаратно-программный стенд позволяет учащимся наглядно увидеть принципы работы компонентов системы бытовой автоматизации и научиться создавать управляющие программы, реализующие логику работы системы.
В ходе выполнения бакалаврской работы разработан аппаратно-программный стенд для выполнения практических работ по управлению устройствами системы бытовой автоматизации с использованием языка программирования высокого уровня Python протокола передачи данных TCP/IP.
Аппаратно-программный стенд позволяет организовать практическое обучение учащихся навыкам написания программ на языке Python, а также основам передачи данных в локальной сети и в сети интернет на основании разработанных методических пособий по выполнению лабораторных работ. Благодаря приведенным рекомендациям по изменению исходных задач возможно значительное увеличение вариантов практических работ.
В результате внедрения аппаратно-программного стенда планируется получить следующие результаты: получение учащимися основных навыков взаимодействия компонентов систем бытовой автоматизации, увеличение эффективности обучения программированию на языке высокого уровня Python.
