Оглавление 2
Введение 4
Глава 1. Анализ существующих систем «Умный дом» 6
1.1. Классификация и концепция системы «Умный дом» 6
Существующие системы умный дом 6
Функции и классификации умного дома 11
Протоколы передачи данных 14
1.2. Выбор методов разработки, материалов и компонентов 19
Выбор методов разработки 19
Выбор материалов и компонентов 20
Сравнение микроконтроллеров разных производителей 23
Компоненты для реализации системы 25
Радио модули 30
План работы системы 34
Выбор среды разработки мобильного приложения 36
1.3. Техническое задание 38
Глава 2. Практическая часть 41
2.1. Установка датчиков 41
Подключение датчиков приводов и модулей 41
Сборка и подключение 45
2.2. Инструкции, настройка, применение 48
Настройка Bluetooth модуля HC-05 49
Написание программ для плат 51
Разработка мобильного приложения 59
Тестирование системы 62
Заключение 65
Список информационных источников 68
Приложения 71
Приложение 1. Программа первого микроконтроллера 71
Приложение 2. Программа первого микроконтроллера 71
Приложение 3. Программа второго микроконтроллера 71
Приложение 4. Программа второго микроконтроллера 71
Приложение 5. Программа третьего микроконтроллера 71
Приложение 6. Программа в MIT App Inventor 71
Многие производители бытовых приборов, смартфонов разрабатывают приложения и внедряют системы для удаленного мобильно управления бытовыми приборами. Некоторые производители разрабатывают системы, которые называются «умный дом», в подобных системах реализовано дистанционное управление различными элементами системы и автоматизация самых различных устройств и систем, таких как освещение, климат контроль, автоматическое открывание штор, гаражных дверей и даже роботов пылесосов. Также с каждым днем все популярнее становится концепция интернет вещей.
Подобные решения позволяют сэкономить человеку значительное количество времени, а также значительно повышают уровень комфорта. Данные системы в значительной степени облегчают жизнь дееспособным людям, давая возможность удаленно управлять теми или иными элементами системы. Система климат контроля будет самостоятельно реагировать на изменения температуры и влажности. Автоматизация освещения снизит расходы на электроэнергию. «Умные дома» разрабатывают и проектируют не только энтузиасты, которые хотят повысить уровень комфорта жилья, но и крупные компании, выпускающие универсальные системы «умный дом», обладающие широким выбором устройств. Некоторые компании специализируются на разработке и внедрении «умных домов» на стадии проектирования зданий.
Объект исследования — система мобильно управления «умным домом».
Цель работы: разработать систему для удаленного управления
мобильным приложением и микроконтроллером, которая повысит уровень комфорта, будет автоматически управлять некоторыми функциями помещения.
В связи с поставленной целью были определены следующие задачи:
— проанализировать и классифицировать существующие системы «умный дом», и на основе современных решений обосновать необходимость выбора тех или иных компонентов системы;
• рассмотреть существующие системы «умный дом», выделить основные классификации;
• выбрать основные компоненты для реализации системы «умный дом»;
• разработать систему «умный дом» на основе микроконтроллера необходимых датчиков модулей и приводов;
• разработать мобильное приложение для наблюдения за параметрами системы и управления элементами системы;
• написать программу для микроконтроллера, обрабатывающую сигналы с датчиков, автоматизирующую некоторые функции системы.
Для решения поставленных задач были, рассмотрели статьи, описывающие различные особенности разработки управляемых микроконтроллером систем, документацию на выбранную плату и другие компоненты, учебные и методические пособия по данному направлению.
Разрабатываемая система должна соответствовать следующим атрибутам:
— Легко монтируемая;
— Легко настраиваемая;
— Легко эксплуатируема;
— Гибкая;
— Дешевая.
В соответствие с поставленными задачами были получены следующие результаты:
• исследованы и сформулированы классификации систем «умный дом». Определены основные атрибуты системы и выведены основные критерии для учета при разработке;
• рассмотрены основные протоколы передачи данных используемые в системах систем «умный дом».
• отобраны наиболее подходящие компоненты для разработки системы: рассмотрены наиболее популярные платформы разработки - Teensy 3.5, Raspberry Pi Zero, Particle Photon, Arduino Nano Every. Также был обоснован выбор микроконтроллера Arduino Nano Every, выбраны модули передачи данных, датчики и приводы;
• рассмотрены основные методы передачи данных, реализуемые при сборке системы «умный дом» на базе Arduino;
• изучены способы подключения датчиков, модулей и приводов, а также подключение используемых датчиков, модулей и приводов к Arduino Nano Every;
• подробно разобрана Arduino Nano Every, а также описаны ее входы и выходы;
• разобрана настройка Bluetooth модуля с помощью микроконтроллера и AT-команд;
• разработана программа для микроконтроллера, которая обрабатывает команды, передаваемые мобильным приложением, а также обрабатывает данные, отправляемые датчиками. В Arduino IDE написан код для трех микроконтроллеров, которые обрабатывают принятые данные от датчиков и мобильного приложения;
— разработана программа в MIT App Inventor, которая позволяет пользователю дистанционно активировать элементы системы и получать данные от системы.
Система умный дом позволяет повысить уровень комфорта, пользователь получает возможность дистанционно управлять бытовыми приборами, элементами комфорта, автоматизировать приборы, вести наблюдение за некоторыми параметрами системы. Система анализирует изменения в окружающей среде, и реагирует на них, активируя те или иные компоненты системы, что позволяет человеку не отвлекаться, так как система автоматически примет необходимые действия.
Разработанная система не лишена недостатков, одним из них является зависимость от источников питания, к микроконтроллерам можно подсоединить блок аккумуляторов, что позволит размещать почти в любом месте, но в этом случае пользователю придется регулярно менять аккумуляторы, при питании от сети микроконтроллеры лишаются своей мобильности. Также система обладает малым радиусом действия, это связано с использованием Bluetooth, для увеличения дальности системы рекомендуется использовать более мощные модули радиосвязи, или внедрять в систему различные модули радиосвязи. Использование различных модулей радиосвязи повысит дальность действия дистанционного управления, но при этом увеличит затраты на реализацию системы.
При рассмотрении существующих систем и протоколов передачи данных используемых «умными домами» можно заметить, что многие производители «умных домов» и разработчики протоколов передачи данных предусматривают несколько вариантов обмена данными между компонентами системы, что в большинстве случаев положительно отражается на быстродействии системы и радиусе действия.
В результате разработанная система — недорогая, простая в установке, эксплуатации и настройке, но самое главное гибкая, что позволяет модифицировать ее без особых усилий и временных затрат практически под любую задачу.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
