Аннотация 4
Введение 6
1. Состояние вопроса. Актуальность 8
2. Обзор рынка 15
2.1. Существующие решения в сфере домашней автоматизации 15
2.2. Возможность улучшения существующих решений 19
3. Структура системы 22
3.1. Выбор структурного решения и компонентов 23
3.1.1. Аппаратная платформа 23
3.1.2. Среда программирования 26
3.1.3. Выбор компонентов для создания системы «Умный дом» 27
3.1.3.1. Датчик движения HC-SR501 27
3.1.3.2. Плата реле 28
3.1.3.3. Датчик освещенности LM393 29
3.2. Разработка структурной схемы и алгоритма работы 30
3.2.1. Структура системы 30
3.2.2. Алгоритм работы системы 32
4. Экспериментальная часть 37
5. Технико-экономический расчёт 40
5.1. Микроконтроллер Arduino Uno 40
5.2. Датчик движения HC-SR501 40
5.3. Датчик освещённости 41
5.4. Плата реле 42
5.5. Расчёт стоимости 42
Заключение 44
Список используемой литературы 46
«Умный дом» — это технологическая система, позволяющая объединить коммуникации в доме в одну, программируемая и настраиваемая под все пожелания и потребности пользователя.
Если театр начинается с вешалки, то умный дом начинается с системы управления освещением. Как дизайнер подбирает красоту светильников, так и программист выбирает сценарии работы системы, придаёт ей движения, динамики и жизни. Тут в бой вступает система автоматики, обладающая множеством интересных возможностей, которые в себе сочетают безопасность и надежность с высоким комфортом и уютом.
Люди стремительно приходят к автоматизации повседневных задач, что такая система и позволяет сделать. Эта технология позволяет не только экономить время, но также она даёт человеку некоторую свободу. Например, вы хотите быть уверенным в безопасности вашего имущества и дома в ваше отсутствие; или же вам не хочется передвигаться, чтобы включить или выключить освещение. Именно для этого необходимы автоматизированные системы управления. Причина, по которой такие системы управления функциями жилых помещений становятся популярны - стремление жить в безопасности, комфорте и удобстве.
Система «Умный дом» является тем инструментом, который повышает уровень жизни человека, потому что при внедрении такой системы часть процессов в повседневности происходит сама собой, автоматически, а другой частью вы способны управлять удаленно. Это и делает ее актуальной.
Первое, что представляет человек, впервые слышащий термин «Умный дом» - в 90% случаях именно управление освещением. Современному человеку уже не хватает простого выключателя. Хочется комфорта, хочется не вставать с кровати, чтобы выключить свет, хочется адаптивной подстройки освещения под ситуацию, и чтобы ночью по пути к холодильнику не спотыкаться о кошку, и чтобы домашние не проснулись от яркого света, нужно найти этот компромисс. И освещение в данном случае - это часть глобальной системы автоматизации нашей жизни, которая разбирается в данной бакалаврской работе. Системы, которую у нас принято называть «Умный дом».
Целью выпускной квалификационной работы является разработка системы освещения для комплексной системы «Умный дом», обладающей малыми габаритами и широкой гибкостью, на котором можно отлаживать алгоритмы управления освещением с помощью новых микроконтроллеров и новых программ. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
• разработать структуру системы;
• выбрать программную и аппаратную платформы для разработки системы;
• разработать алгоритмы управления;
• разработать макет установки.
Особенности проекта:
• высокий потенциал для модернизации;
• современность и актуальность;
• все компоненты системы есть в широком доступе;
• использование кроссплатформенных решений, что также существенно увеличивает потенциал системы: есть клиентские приложения для Android, Windows и iOS.
Результатом данной работы стало создание системы освещения «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 освещённости, датчики движения, электромагнитное реле и светодиодная лента. Разработка велась на плате Arduino Uno. В качестве среды разработки для написания кода программы была выбрана Arduino IDE.
В первом разделе показано, что рынок автоматики настолько развился, что элементы домашней автоматизации можно встретить повсеместно в магазинах осветительных приборов и в интернете в свободной продаже, а предложений по установке таких систем бесчисленное множество (об этом в следующем разделе).
Во втором разделе показано, что на рынке существует множество различных фирм, предлагающих огромное количество различного оборудования. Однако, при всём разнообразии выбора все эти устройства достаточно дорогостоящие, а также их нельзя подключить между собой в каком угодно порядке. Цель работы же как раз «изобрести» легкомасштабируемую и дешёвую систему освещения.
Логичным выводом из раздела №3 может послужить разработанный программный алгоритм системы освещения умного дома, структура которой приведена на рисунке 3.1. Эта структура отвечает всем необходимым начальным условиям, которые предъявлялись к данной системе для обеспечения низкой стоимости, высокой надёжности и простой масштабируемости.
Четвёртый раздел показал, что эмпирические исследования на практике дали хороший результат и показали, что система имеет практическое применение и обладает хорошей работоспособностью, а также поддаётся гибкой настройке и калибровке. В этом разделе показан разработанный макет «Умного дома», в виде квартиры, после чего компоненты были установлены и закреплены.
В пятом разделе произведён технико-экономический расчёт стоимости аппаратной части всей системы. Он показал, что система имеет более низкую стоимость по сравнению с аналогами. Из этого следует вывод, что данная система относительно других систем, приведённых выше, является самой дешёвой и самой рациональной в соотношении цена/качество.
Данный проект позволяет познакомить людей 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.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
