Аннотация 2
Введение 5
1 Состояние вопроса. Обзор системы «Умный дом» 7
2 Анализ и выбор контроллера, датчиков и среды разработки 10
2.1 Выбор аппаратной платформы для разработки системы «Умный дом» 10
2.2 Выбор среды программирования 13
2.3 Выбор компонентов для создания системы «Умный дом» 14
2.3.1 Датчик движения HC-SR501 15
2.3.2 Датчик температуры и влажности DHT11 17
2.3.3 Датчик газа MQ-2 19
2.3.4 Пьезоизлучатель звука 21
2.3.5 Модуль обнаружения воды 23
2.3.6 Доступа в дом с помощью RC522 RFID-модуля 25
2.3.7 Плата реле 28
2.3.8 LSD1602 дисплей 30
2.3.9 Модуль питания "YwRobot" 32
2.3.10 Фоторезистор 34
3 Объединение компонентов в единую систему. Разработка принципиальной схемы 35
3.1 Структурная схема устройства «Умный дом» 36
3.2 Принципиальная электрическая схема устройства «Умный дом» 37
4 Создание макета «Умный дом» 38
Заключение 45
Список используемых источников 46
«Умный дом» — это сверхтехнологичная система, позволяющая решать определенные повседневные задачи без участия человека. Эта система совмещает все коммуникации в одну под управлением искусственного интеллекта, который программируется и настраивается под все задачи, в зависимости от потребностей пользователя.
Информационные технологии сегодня очень активно развиваются, а люди всегда стремились упростить свою бытовую жизнь. Таким образом, если совместить информационные технологии и попытку жить проще, люди пришли к созданию умных домов.
Данная технология не только позволяет сэкономить время, но и делает это не зависимо от вашего местонахождения. Например, вы хотите быть в курсе безопасности вашего дома и имущества в свое отсутствие или у вас нет возможности передвигаться, чтобы выключить или включить освещение. Для этого и нужны автоматизированные системы. Причина популяризации автоматизированных систем управления сервисными функциями жилых помещений - стремление человека к комфорту, удобству и безопасности.
«Умный дом» считается современным инструментом увеличения комфорта и уровня жизни, так как доля процессов происходит автоматически, а остальной частью можно управлять удаленно, собственно это делает ее актуальной для изучения и улучшения.
Целью бакалаврской работы является проектирование и разработка системы «Умный дом», которая позволит управлять работой объектов (освещение, климат-контроль и т.д.), с помощью подобранных датчиков, контроллера и исполнительных устройств. Так же система обладает малыми габаритами, пониженным энергопотреблением, широкой гибкостью, более низкой стоимость при одинаковой функциональности по отношению к существующим проектам.
Для достижения поставленной цели нужно решить ряд задач: ознакомиться с существующими методами построения систем домашней автоматизации; выбрать аппаратную платформу, датчики, исполнительные устройства и программное обеспечение; разработать общую структуру системы; разработать алгоритмы управления работы объекта; разработать макет установки.
Так же созданный макет умного дома, можно использовать для развития у студентов прикладных инженерных знаний и навыков в области электроники и программирования. Благодаря тому, что макет построен на базе современных электронных модулей, то полученные знания и навыки могут быть использованы в качестве хорошей базы для дальнейшего развития, с помощью которых участники могут быть уверены в своем профессиональном будущем, так как популярность систем домашней автоматизации на рынке растет.
Особенности разработки:
• Высокий потенциал для модернизации;
• Современность и актуальность;
• Рентабельность, все составляющие системы находятся в широком доступе;
• Использование технологий в области энергосбережения, что позволяет понизить затраты на содержание жилья;
• Использование кроссплатформенных решений, которые расширяют потенциал системы: клиентские приложения для Windows, Android и iOS.
Результатом данной работы стало создание системы «Умный дом», которая обладает базовым функционалом и возможностями к расширению.
В самой работе был произведен анализ элементной базы с учетом предлагаемого принципа работы, в нее вошли датчик температуры и влажности, датчик контроля уровня воды, плата реле, датчик газа, датчик движения, фоторезистор, зуммер, кнопка, светодиоды, светодиодная лента, модуль питания, цифровой дисплей, сервопривод, макетная плата и соединительные провода. На основе исследований была разработана структурная схема системы, а также схема электрическая принципиальная. Разработка велась на плате Arduino Uno. В качестве среды разработки для написания кода программы была выбрана Arduino IDE.
По результатам работы над устройствами был изготовлен макет «Умного дома», в виде квартиры, после чего компоненты были установлены и закреплены. Макет изготовлен таким образом, что в одной комнате расположены датчики, которые демонстрируют работу системы, а другая комната сетевая, где расположен контроллер, макетная плата и большая часть соединительных проводов, так же контроллер можно подключать к компьютеру для настройки, и подключения новых устройств.
Данный проект позволяет познакомить с самой системой и с некоторыми элементами умного дома. Так же, как описывалось ранее, данный макет, можно использовать для развития у студентов прикладных инженерных знаний и навыков в области электроники и программирования. Дорабатывать макет новыми модулями и другими автоматизированными системами, возможностей для увеличения дома множество.
1. Официальный сайт фирмы Arduino Software [Электронный ресурс] URL: http://arduino.cc (Дата обращения: 02.02.2018).
2. Барашко, О.Г. Проектирование систем домашней автоматизации: учеб. пособие. / О. Г. Барашко, А. В. Овсянников. - «Белорусский государственный технологический университет», 2006 - 57с.
3. Баранов В. Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, прораммы, 2-е изд. испр. - М.: Издательский дом "ДодэкаХХ1", 2014. - 288 с.
4. Богданов, С. В. Умный дом: монография / С. В. Богданов. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб. : Наука и Техника, 2015. - 208 с
5. Е.А. Тесля. «Умный дом» своими руками. Строим интеллектуальную систему в своей квартире / Тесля Е.А. - Санкт Петербург, 2008.
6. Амперка/Вики [Электронный ресурс] URL: http://wiki.amperka.ru/ (Дата обращения: 02.03.2018).
7. Arduino Uno: Основы программирования [Электронный ресурс] URL: http://developer.alexanderklimov.ru/arduino/arduino-minimum.php (Дата обращения: 08.03.2018).
8. Описание основных функций языка Arduino [Электронный ресурс] URL: http://freeduino.ru/arduino/lang.html (дата обращения: 11.02.2018)
9. История возникновения Умного дома. [Электронный ресурс]. URL: http: //dic.academic.ru (Дата обращения: 15.01.2018).
10. Харке, В. Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и систем коммуникаций в жилищном строительстве: монография / В. Харке; пер. с нем. И. В. Рядченко. - М. : Техносфера, 2014 (Чебоксары). - 287 с
11. Марк, Э.С. Практические советы и решения по созданию "Умного дома" / НТ Пресс, 2007
12. Широтно-импульсная модуляция [Электронный ресурс] // Информационный ресурс «Амперка», 2015. - Режим доступа:
http: //wiki .amperka.ru/конспект-arduino: шим (Дата обращения: 17.04.2018).
13. Сколько стоит умный дом [Электронный ресурс] // Home Sapiens. - Режим доступа: http://home-sapiens.ru/skolko-stoit-umnyiy-dom/ (Дата обращения: 29.05.2018).
14. Besmart . Управление Умным домом. [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.besmart.su/upravlenie (Дата обращения: 15.04.2018).
15. Steven Goodwin. Smart Home Automation with Linux. Learn how to control your home from your PC / Steven Goodwin. Apress. New York, 2015. 269 p.
...