ВВЕДЕНИЕ 3
1 ОБЗОР РЫНКА СИСТЕМ ДОМАШНЕЙ БЕЗОПАСНОСТИ И
АВТОМАТИЗАЦИИ 6
1.1 История появления 6
1.2 Область применения 7
1.3 Сравнение характеристик различных моделей систем
автоматизации и безопасности 8
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 10
2.1 Выбор элементной базы 10
2.1.1 Контроллер Arduino Mega 10
2.1.2 Ethemet-модуль ENC28J60 14
2.1.3 Датчик температуры и влажности DHT11 16
2.1.4 Комбинированный датчик газа MQ-9 17
2.1.5 Магнитоконтактный извещатель ИО-102-4 19
2.1.6 Модуль LCD 1602 I2C 20
2.2 Технологии используемые в данном проекте 21
2.2.1 Ethernet 21
2.2.2 Стек протоколов TCP/IP 24
2.2.3 Протокол HTTP 28
3 РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА 34
3.1 Исходные материалы и составление плана 34
3.2 Создание макета устройства 34
3.2.1 Подключение датчиков 34
3.2.2 Подключение Ethemet-модуля enc28j60 36
3.2.3 Реализация управления системами вентиляции, отопления
и открывания-закрывания ворот 39
3.2.4 Климат-контроль, контроль доступа 42
3.3 Написание программы и отладка 45
4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 51
В современном мире все более актуальным становится такое понятие как «автоматизация». Она имеет отношение ко многим сферам человеческой деятельности: производству, научным исследованиям, сфере услуг, обучению, проектированию, домашней автоматизации и другим. Основная задача автоматических систем заключается в выполнении заданных функций или процедур без участия человека. Роль человека заключается в сборе исходных данных, выборе алгоритмов решения и анализе результатов.
В последние 20-30 лет системы автоматизации управления все больше становятся частью нашей жизни. Основной задачей создания и внедрения таких систем являются повышение производительности, уменьшение расходов, а также повышение комфорта и безопасности. Данное направление довольно быстро развивается, но на его пути было достаточно много серьезных проблем.
Одной из них было то, что системы сходные по своим функциям, но имеющие разных производителей, в большинстве случаев, были несовместимы между собой. Разработчики применяли свои закрытые протоколы и не предусматривали взаимодействие с системами остальных производителей. Соответствующие продукты почти не поддавались интеграции друг с другом, и подобные решения являлись довольно дорогостоящими.
Однако развитие данного направления казалось очень востребованным и прибыльным и в него были вложены немалые средства. Появились универсальные решения, которые за счет своей модульности могли быть использованы под различные задачи, а что самое главное могли взаимодействовать между собой.
Уже сейчас все чаще можно встретить решения по автоматизации жилых помещений, но факторами, сдерживающими ее развитие в нашей стране, является высокая стоимость и недостаток квалифицированных кадров. Тем не менее, рост спроса на данный вид услуг свидетельствует о преимуществах домашней автоматизации управления. Увеличилось и количество компаний, услугами которых является комплексная автоматизация зданий.
Но прогресс не стоит на месте, и можно предположить, что со временем технологии автоматизации управления жилыми помещениями станут более доступны для широкого круга частных заказчиков.
Одним из возможных вариантов для автоматизации управления является жилое помещение, и именно оно будет рассмотрено в данной дипломной работе. Включает в себя подсистемы:
• отопление
• вентиляция
• освещение
• открытие-закрытие ворот
• контроль доступа
• снятие показаний с бытовых приборов учета
• пожарная безопасность
Но для комфорта и безопасности нужно не только их наличие, но и возможность управления ими, тем самым создавая подходящие для работы условия, исходя из показаний температуры, влажности и других.
В данном случае имеется отопление двух видов: электрическое (тепловая пушка) и отопительная печь на твердом топливе. Если для работы второй, требуется периодическое вмешательство человека, то работу первой можно контролировать удаленно, либо переложить эту задачу на специально созданную систему. Вентиляция и освещение имеют 2 режима - включено и выключено. Система автоматического открытия и закрытия ворот управляется входным сигналом и имеет 2 состояния - открыто(сигнал есть) и закрыта(сигнала нет).
Целью работы является создание микропроцессорной системы управления жилым помещением, которая даст возможность контроля и управления всеми его подсистемами.
Для полноценного контроля и управления подсистемами жилого помещения необходимо иметь датчики и исполнительные устройства. Это и будет составляющими автоматики помещения.
Функции автоматики:
• Поддержание микроклимата помещения
• Контроль показаний датчиков дыма и газа
• Управления системой открытия-закрытия ворот
• Контроль доступа в помещение
Система автоматического управления позволяет практически исключить человеческий фактор. Бывает, что человек, после окончания работы по некоторым причинам забыл выключить освещения или отопление, либо при работе сопровождающейся выделение газа или дыма, забывал включить вентиляцию, и это приводило к нежелательным последствиям. Автоматика же будет контролировать возникновение подобных ситуаций и примет соответствующие меры по их устранению.
Система исходя из режима работы и обстановки вокруг должна принимать те или иные решения. Поддержание температуры в помещении за счет уменьшения или увеличения отопления, и системы вентиляции. Включить или выключить освещение, если работы в помещение были прекращены. Включение вентиляции, если показания влажности и газа превысили допустимые значения. Оповестить пользователя, если сработали датчики контроля доступа.
Постановка задачи
Основной целью проекта является разработка устройства, которое будет выполнять управление и контроль подсистемами жилого помещения.
Устройство должно выполнять следующие функции:
• управление системой вентиляции
• управление освещением
• управление системой отопления
• управление открытием и закрытием ворот
• контроль показаний датчиков температуры, влажности и дыма
• снятие показаний с бытовых приборов учета
• оповещение пользователя при возникновении нежелательных ситуаций
Взаимодействие с пользователем должно осуществляться при помощи веб-интерфейса, либо мобильного приложения, а так же при помощи кнопок на самом устройстве.
Основные задачи разработки системы:
• анализ существующих систем
• выбор наиболее подходящей элементной базы
• разработка алгоритмов управления
• разработка человека-машинного интерфейса
• реализация алгоритмов и интерфейса
Цель работы состояла в разработке устройства управления системами и безопасности жилого помещения, обладающего заранее определенным функционалом, Во время выполнения работы был поставлен и решен ряд исследовательских задач.
Был проведен обзор существующих в настоящее время на рынке систем управления, автоматизации и безопасности помещений. Анализ позволил определить набор функций, которыми должно обладать разрабатываемое устройство, а также основные особенности и проблемы современных систем автоматизации и управления системами помещения - это высокая стоимость и излишние функциональные возможности.
Произведен отбор элементной базы для разработки устройства. Определена общая структура охранной системы жилого помещения, требуемые параметры микроконтроллерной системы управления, необходимый набор датчиков и исполнительных механизмов.
Разработан алгоритм работы управляющего устройства.
Разработан человеко-машинный интерфейс включающий в себя возможность взаимодействия клиента с системой с помощью веб¬интерфейса, а также с помощью кнопок, дисплея, и динамика установленного на самом устройстве. Изготовлен макет системы охранной системы и проведены успешные испытания.
В процессе разработки были получены знания в области микроконтроллеров.
Таким образом, все поставленные задачи решены в полном объеме, цель работы - достигнута.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
