📄Работа №212574
Тема: Беспроводной цифровой датчик вибрации для системы «Умный дом»
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Электротехника
Объем:
83 листов
Год:
2021
Просмотров:
60
4650
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
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ ТЕХНОЛОГИИ «УМНЫЙ ДОМ» ... 9
1.1 Методы измерения вибрации 9
1.2 Структурная схема ЦИУ. Методы АЦП преобразования 19
1.3 Беспроводной интерфейс передачи данных 26
1.4 Перспективные разработки в области измерения вибрации 30
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО БЕСПРОВОДНОГО ДАТЧИКА
ВИБРАЦИИ 33
2.1 Функциональная схема цифрового измерительного устройства 33
2.2 Обоснование выбора аппаратного обеспечения ЦИУ 34
2.2.1. Датчик вибрации 34
2.2.2. Микроконтроллер 36
2.2.3. Модуль ZigBee 40
2.3 Проектирование схемы электрической принципиальной 43
3. ЭЛЕМЕНТЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦИУ 45
3.1 Расчет погрешности измерительного канала в статическом режиме 45
3.1.1. Проект методики выполнения измерений 51
3.2 Проект методики поверки датчика вибрации 54
3.2.1. Нормативные ссылки 56
3.2.2. Операции поверки 57
3.2.3. Средства, необходимые для проведения поверки 59
3.2.4. Система поверки вибродатчиков 60
3.2.5. Требования безопасности 62
3.2.6. Условия поверки и подготовка к ней 62
3.2.7. Проверка систематической составляющей основной погрешности . . 63
3.2.8. Оформление результатов поверки 67
4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦИУ 68
4.1 Схема обмена данными 68
Описание программы 68
4.3 Архитектура программного обеспечения 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 77
ПРИЛОЖЕНИЯ 80
ПРИЛОЖЕНИЕ А 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 81
ПРИЛОЖЕНИЕ В 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 83
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 84
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ ТЕХНОЛОГИИ «УМНЫЙ ДОМ» ... 9
1.1 Методы измерения вибрации 9
1.2 Структурная схема ЦИУ. Методы АЦП преобразования 19
1.3 Беспроводной интерфейс передачи данных 26
1.4 Перспективные разработки в области измерения вибрации 30
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО БЕСПРОВОДНОГО ДАТЧИКА
ВИБРАЦИИ 33
2.1 Функциональная схема цифрового измерительного устройства 33
2.2 Обоснование выбора аппаратного обеспечения ЦИУ 34
2.2.1. Датчик вибрации 34
2.2.2. Микроконтроллер 36
2.2.3. Модуль ZigBee 40
2.3 Проектирование схемы электрической принципиальной 43
3. ЭЛЕМЕНТЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦИУ 45
3.1 Расчет погрешности измерительного канала в статическом режиме 45
3.1.1. Проект методики выполнения измерений 51
3.2 Проект методики поверки датчика вибрации 54
3.2.1. Нормативные ссылки 56
3.2.2. Операции поверки 57
3.2.3. Средства, необходимые для проведения поверки 59
3.2.4. Система поверки вибродатчиков 60
3.2.5. Требования безопасности 62
3.2.6. Условия поверки и подготовка к ней 62
3.2.7. Проверка систематической составляющей основной погрешности . . 63
3.2.8. Оформление результатов поверки 67
4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦИУ 68
4.1 Схема обмена данными 68
Описание программы 68
4.3 Архитектура программного обеспечения 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 77
ПРИЛОЖЕНИЯ 80
ПРИЛОЖЕНИЕ А 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 81
ПРИЛОЖЕНИЕ В 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 83
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 84
📖 Аннотация
В данной выпускной квалификационной работе представлена разработка и проектирование беспроводного цифрового датчика вибрации, интегрируемого в систему «Умный дом». Актуальность исследования обусловлена стремительным развитием Интернета вещей (IoT) и ростом спроса на доступные, энергоэффективные решения для домашней автоматизации, обеспечивающие мониторинг состояния конструкций и оборудования. В качестве основных результатов работы можно выделить создание функционального прототипа устройства, включающего датчик вибрации, микроконтроллер для обработки данных и модуль беспроводной связи ZigBee (стандарт IEEE 802.15.4), что обеспечивает низкое энергопотребление и автономность. Проведенный метрологический анализ показал, что погрешность измерительного канала составляет ±1,06 В, а диапазон измерений соответствует санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Научная значимость работы заключается в системном подходе к проектированию измерительного устройства, объединяющему вопросы сенсорики, цифровой обработки сигналов и беспроводной передачи данных. Практическая ценность состоит в предложении экономически эффективного компонента для систем «Умный дом», способного повысить безопасность жилья за счет раннего обнаружения аномальных вибраций. Теоретической основой исследования послужили работы таких авторов, как Аксенова М.А. и Рахматулин Р.Я., рассматривающие концепцию Интернета вещей, Данилова М.А., анализирующая системы интеллектуального управления, а также Янчич В.В., посвятивший изучению пьезоэлектрических датчиков вибрации.
📖 Введение
На протяжении последних нескольких лет видна тенденция значительного увеличения количества высокопроизводительных мобильных сенсорных устройств. Параллельно активно развивается мобильный Интернет идет, и облачные вычисления все больше находят применение в повседневной жизни - что соответствует концепции Интернета вещей. Промышленный интернет вещей (Industrial Internet of Things) - это многоуровневая система, включающая в себя датчики и контроллеры, установленные на узлах и агрегатах промышленного объекта, средства передачи собираемых данных и их визуализации [1]. Теория «интернета вещей» анализирует взаимодействие физических объектов («вещей»), оборудованных интегрированными технологиями, как между собой, так и с окружающей средой, как явление, способное перестроить экономические и технические процессы, а также исключающее участие человека из части технологических операций [2].
«Умный дом» - это новейшая система, появившаяся недавно, но стремительно набирающая популярность. Она служит для связи коммуникаций и объектов инфраструктуры с помощью автоматизации. Однако система «Умный дом» является дорогостоящей, и позволить себе ее сможет не каждый. Для большинства людей эта система стоит дорого и совсем не нужна. Но не смотря на это, практически в каждом доме используется интеллектуальное управление [3].
«Умный дом» устроен так, что все его составляющие работают комплексно. Целью данной системы является обеспечение комфорта и безопасности. Кроме того, система содержит такие элементы автоматизации как:
- управление инфраструктурой дома;
- управление с единым центром управления системами безопасности и охранно-пожарной сигнализации;
- климат-контроль;
- управление связями и компьютерными сетями, беспроводную в том числе;
- управление различной бытовой техникой;
- средства медицинской помощи и мониторинга активности в доме.
В нынешней системе умного дома, обладающей открытой архитектурой, любая из систем функционирует в рациональном режиме за счет взаимообмена сведениями с иными системами здания, что в результате дает возможность максимизировать результативность работы системы в целом [4]. Существуют соответствующие способы управления умным домом:
- управление на основе датчиков;
- управление при помощи пульта дистанционно;
- удаленного управления.
На данный момент разработка систем мониторинга, являющих неотъемлемой составляющей «Умного дома» считается приоритетным направлением развития автоматизированных систем, рынок которых специалисты характеризуют как самый быстрорастущий. На нем присутствует конкуренция между производителями из разных стран мира. Поэтому, разработка более эффективных элементов систем мониторинга для «умного дома» является актуальной инженерной задачей.
«Умный дом» - это новейшая система, появившаяся недавно, но стремительно набирающая популярность. Она служит для связи коммуникаций и объектов инфраструктуры с помощью автоматизации. Однако система «Умный дом» является дорогостоящей, и позволить себе ее сможет не каждый. Для большинства людей эта система стоит дорого и совсем не нужна. Но не смотря на это, практически в каждом доме используется интеллектуальное управление [3].
«Умный дом» устроен так, что все его составляющие работают комплексно. Целью данной системы является обеспечение комфорта и безопасности. Кроме того, система содержит такие элементы автоматизации как:
- управление инфраструктурой дома;
- управление с единым центром управления системами безопасности и охранно-пожарной сигнализации;
- климат-контроль;
- управление связями и компьютерными сетями, беспроводную в том числе;
- управление различной бытовой техникой;
- средства медицинской помощи и мониторинга активности в доме.
В нынешней системе умного дома, обладающей открытой архитектурой, любая из систем функционирует в рациональном режиме за счет взаимообмена сведениями с иными системами здания, что в результате дает возможность максимизировать результативность работы системы в целом [4]. Существуют соответствующие способы управления умным домом:
- управление на основе датчиков;
- управление при помощи пульта дистанционно;
- удаленного управления.
На данный момент разработка систем мониторинга, являющих неотъемлемой составляющей «Умного дома» считается приоритетным направлением развития автоматизированных систем, рынок которых специалисты характеризуют как самый быстрорастущий. На нем присутствует конкуренция между производителями из разных стран мира. Поэтому, разработка более эффективных элементов систем мониторинга для «умного дома» является актуальной инженерной задачей.
✅ Заключение
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был разработан беспроводной цифровой датчик вибрации с передачей данных. Датчик предназначен для работы в жилых помещениях, и диапазон измеряемой вибрации не превышает норм, предписанных «СН вибрация на рабочих местах в помещениях жилых 2.2.4/2.1.8.562-96».
Первая глава является обзором существующих решений для технологии «Умный дом». В ней были рассмотрены ключевые вопросы и принципы, на которых работает разрабатываемое устройство - это методы измерения вибрации, обработка данных при помощи аналогово-цифровых преобразований, и методы беспроводной передачи данных. Так как устройство предназначено для автономной работы, крайне важно, чтобы энергопотребление было низким. Этому требования соответствует использование стандарта IEEE 802.15.4.
Вторая глава была посвящена выбору оборудования, из которого состоит цифровой датчик, а так же его обоснованию. Была составлена структурная и функциональная схемы устройства с подробным описанием ее составляющих. Так же была спроектирована схема принципиальная электрическая, и составлен перечень элементов.
Элементы метрологического обеспечения является неотъемлемой частью при разработке любого средства измерения. В третьем разделе была определена погрешность измерительного канала беспроводного цифрового датчика вибрации - она составила ±1,06 [В], была составлена методика выполнения измерения согласно ГОСТ Р 8.563-2009, и поверка данного средства измерения согласно МИ 1202-86.
Заключительная глава данного проекта была посвящена программному обеспечению датчика вибрации Программное обеспечение, наряду с вышеперечисленными требованиями для разработки устройства является важнейшей составляющей информационных технологий. Программное обеспечение представляет собой алгоритм, выполненный в виде последовательности инструкций для процессора. Завершающим этапом выпускной квалификационной работы была разработана архитектура программного обеспечения для беспроводного цифрового датчика температуры. Таким образом, в ходе выполнения выпускной квалификационной работы все поставленные задачи были выполнены.
Первая глава является обзором существующих решений для технологии «Умный дом». В ней были рассмотрены ключевые вопросы и принципы, на которых работает разрабатываемое устройство - это методы измерения вибрации, обработка данных при помощи аналогово-цифровых преобразований, и методы беспроводной передачи данных. Так как устройство предназначено для автономной работы, крайне важно, чтобы энергопотребление было низким. Этому требования соответствует использование стандарта IEEE 802.15.4.
Вторая глава была посвящена выбору оборудования, из которого состоит цифровой датчик, а так же его обоснованию. Была составлена структурная и функциональная схемы устройства с подробным описанием ее составляющих. Так же была спроектирована схема принципиальная электрическая, и составлен перечень элементов.
Элементы метрологического обеспечения является неотъемлемой частью при разработке любого средства измерения. В третьем разделе была определена погрешность измерительного канала беспроводного цифрового датчика вибрации - она составила ±1,06 [В], была составлена методика выполнения измерения согласно ГОСТ Р 8.563-2009, и поверка данного средства измерения согласно МИ 1202-86.
Заключительная глава данного проекта была посвящена программному обеспечению датчика вибрации Программное обеспечение, наряду с вышеперечисленными требованиями для разработки устройства является важнейшей составляющей информационных технологий. Программное обеспечение представляет собой алгоритм, выполненный в виде последовательности инструкций для процессора. Завершающим этапом выпускной квалификационной работы была разработана архитектура программного обеспечения для беспроводного цифрового датчика температуры. Таким образом, в ходе выполнения выпускной квалификационной работы все поставленные задачи были выполнены.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.