СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ УМНОГО ДОМА

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 7
ВВЕДЕНИЕ
1 Обзор существующих решений для СУОУД 12
1.1 Концепция умного дома
1.2 Технологии и стандарты в области умного дома
1.2.1 RS-485
1.2.2 Ethernet
1.2.1 Протокол MQTT
1.2.1 Zigbee
1.2.1 Z-Wave
1.2.1 Bluetooth
1.2.1 Matter
1.2.1 Thread
1.3 Системы управления объектами умного дома
1.3.1 Централизованные СУОУД
1.3.2 Децентрализованные СУОУД
1.3.3 Смешанная СУОУД
1.4 Применение искусственного интеллекта в системах умного дома . . . .
1.5 Аналитический обзор существующих решений умного дома
1.5 Home Assistant 29
1.5 Google Home
1.5 Яндекс. Алиса
1.5 Сбер Салют
1.6 Вывод
2 Проектирование систем управления объектами умного дома
2.1 Постановка задачи и формулирование целей исследования 35
2.2 Описание используемых технологий и инструментов
2.3 Выбор аппаратного обеспечения умного дома 36
2.3.1 Выбор микроконтроллера 36
2.3.2 Выбор устройства для локального сервера умного дома
2.4 Установка ПО Home Assistant
2.5 Настройка Home Assistance
2.5.1 Настройка File Editor
2.5.2 Настройка Maria DB
2.5.3 Настройка HACS
2.6 Разработка алгоритма взаимодействия периферийных
устройств на базе микроконтроллера CH32V307VCT6 55
2.7 Вывод
3 Реализация системы управления объектами умного дома
3.1 Разработка устройства считывания датчиков и
управления блоком рeле
3.1.1 Разработка структурной схемы
3.1.2 Разработка аппаратной части
3.1.3 Подбор датчиков 65
3.1.4 Подбор блока электромеханических реле
3.2 Разработка ПО
3.1.4 Разработка функций сценариев 65
3.3 Вывод
4 Тестирование и отладка системы
4.1 Отладка ПО на микроконтроллере CH32V307VCT6
4.2 Сопряжение устройств с локальным сервером по MQTT
4.3 Интеграция искусственного интеллекта в Home Assistant
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Листинг программы
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Презентация
120

Купить

В современном мире системы умного дома, представляют собой одно из ключевых направлений современных технологий, стремительно развивающихся и находят широкое применение в повседневной жизни. Интеграция различных устройств и сенсоров в единую управляющую инфраструктуру позволяет не только повысить уровень комфорта и безопасности в жилых помещениях, но и значительно сократить затраты на энергопотребление. Интеграция искусственного интеллекта (ИИ) в такие системы открывает новые возможности для автоматизации, анализа данных и адаптивного управления. В данной магистерской диссертации рассматривается разработка системы управления объектами умного дома на базе платформы Home Assistant с использованием микроконтроллера (МК) CH32V307VCT6 и одноплатного компьютера Orange Pi 5B, с акцентом на интеграцию технологий ИИ.
Актуальность выбранной темы обусловлена растущим интересом к автоматизации и интеллектуальному управлению домашними устройствами. Современные пользователи стремятся создать удобную, функциональную и надежную систему, способную интегрировать различные аспекты домашнего быта, начиная от управления освещением и климатом, заканчивая обеспечением безопасности и мониторингом состояния различных устройств. Применение открытых платформ, таких как Home Assistant, и использование MQTT-протокола для связи между устройствами предоставляет широкие возможности для создания гибких и масштабируемых решений. Применение ИИ позволяет создать интеллектуальные алгоритмы, способные обучаться и адаптироваться к предпочтениям пользователей, что значительно расширяет функциональные возможности системы.
Одной из главных задач данной работы является разработка и внедрение системы, способной обеспечить надежную и эффективную коммуникацию между МК CH32V307VCT6, выполняющим роль сборщика данных с различных сенсоров и управляющего блока для исполнительных
устройств, и центральным узлом на базе Orange Pi 5B, работающим под управлением Home Assistant. В ходе работы будут рассмотрены особенности интеграции различных компонентов системы, включая настройку MQTT- брокера, программирование микроконтроллера для взаимодействия с датчиками и исполнительными устройствами, а также разработку конфигурационных файлов для Home Assistant, обеспечивающих корректную работу всей системы.
Но существует ряд проблем в связи с применением систем управления умным домом:
- проблема безопасности. сложность установки ПО связана с применением прокси-сервера, что не обеспечивает конфиденциальность данных,
- нестабильная работа технологий ИИ в системе управления умным домом. В связи с не достаточной отлаженной работой,
- проблема выхода из строя одноплатного компьютера, на котором установлен Home Assistant.
Предполагается что разработка автономного устройства считывания датчиков и управления блоком реле с применением LLM (large language model), сможет решить данные проблемы, обеспечить гибкость и стабильность работы системы умного дома.
Целью данной работы является создание функциональной и надежной системы умного дома, которая будет учитывать современные тенденции в области IoT (Internet of Things) и обеспечит высокую степень интеграции и управления различными аспектами домашнего хозяйства, а также интеграцию с технологиями ИИ. Основными задачами исследования являются анализ существующих решений, выбор оптимальных компонентов и методов их интеграции, разработка программного обеспечения для обеспечения бесперебойного взаимодействия всех элементов системы, а также интеграция ИИ для улучшения функциональности и адаптивности
Объектом исследования является система управления объектами умного дома (СУОУД).
Предметом исследования являются элементы СУОУД микроконтроллер CH32V307VCT6 и одноплатный компьютер Orange Pi 5B
Результаты данного исследования могут быть полезны не только для создания частных умных домов, но и для разработки масштабируемых решений, применимых в коммерческих и общественных зданиях, что открывает новые перспективы для дальнейших исследований и внедрения инновационных технологий в повседневную жизнь.
Научная новизна данной работы заключается в разработке алгоритма взаимодействия периферийных устройств на базе микроконтроллера CH32V307VCT6 и одноплатного компьютера Orange Pi 5B для управления системой объектами умного дома, основанной на открытой платформе Home Assistant и с акцентом на внедрение искусственного интеллекта. Основные аспекты новизны включают:
- разработка алгоритма взаимодействия периферийных устройств комплексной системы управления: предлагается комплексная система управления, включающая сбор данных с различных сенсоров, управление исполнительными устройствами и интеграцию ИИ для адаптивного управления. Это включает в себя разработку программного обеспечения для микроконтроллера и конфигурацию Home Assistant для обеспечения полной автоматизации и интеграции элементов СУОУД,
- интеграция различных технологий. Разработка системы умного дома, которая сочетает в себе возможности Home Assistant, микроконтроллера CH32V307VCT6 и одноплатного компьютера Orange Pi 5B, демонстрирует уникальный подход к объединению различных технологий и протоколов для создания комплексного решения. В работе рассматриваются вопросы совместимости и эффективного взаимодействия этих компонентов, что является значительным вкладом в область IoT и систем автоматизации,
- использование микроконтроллера CH32V307VCT6. микроконтроллеры архитектуры RISC-V широко применяются в системах умного дома, использование данного МК, который относительно недавно появился на рынке, представляет собой инновационный подход. В работе проводится анализ его возможностей и преимуществ по сравнению с другими популярными МК, а также демонстрируется его практическое применение в реальной системе умного дома,
- оптимизация взаимодействия устройств через MQTT. Работа включает исследование и оптимизацию протокола MQTT для обеспечения надежной и эффективной связи между микроконтроллером и центральным узлом системы. Предлагаются методы повышения устойчивости и производительности системы за счет оптимизации конфигурации и параметров передачи данных,
- интеграция ИИ для адаптивного управления. Одним из ключевых аспектов новизны является интеграция LLM в систему умного дома. Разработка и внедрение интеллектуальных алгоритмов, способных анализировать данные с сенсоров, предсказывать поведение пользователей и адаптировать управление устройствами, что позволяет значительно повысить уровень автоматизации и комфорта в умном доме.
Таким образом, данная работа не только демонстрирует практическое применение современных технологий для создания системы умного дома, но и вносит значительный вклад в область научных исследований, направленных на разработку эффективных и инновационных решений для автоматизации и интеллектуального управления бытовыми устройствами.

Купить