Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Умный дом – современное здание, обустроенное высокотехнологичным оборудованием для комфортного проживания людей. Инженерные системы, системы телекоммуникаций, системы безопасности и бытовая техника объединены в общую сеть с возможностью выхода в сети общего пользования.

Термин «Умный дом» был сформирован Институтом интеллектуального здания в Вашингтоне в 1970-х годах, и трактовался как «Здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего пространства».

В современном мире средством управления «умным» зданием может быть не только пульт управления, разработанный специально для данного здания, а компьютер ноутбук, смартфон или планшет. С помощью данных устройств и продуманного софта, можно не только управлять зданием дистанционно, но и значительно упростить выполнение обыденных вещей, таких как включение освещения, проветривание помещения, включение или выключение бытовых приборов и так далее.

Поэтому целью данной работы является разработка системы автоматического управления зданием, реализация макетного стенда «Умный дом», который будет обладать схожим функционалом, и даст понимание основных моментов организации и построения современной технологии умного здания. Так же в дальнейшем рассматривается возможность обучения на основании данного макета основам автоматизации, Интернета вещей (IoT) и программирования микроконтроллеров, повышение качества обучения и уровня подготовки специалистов по профильным направлениям.

1. Основные конструктивные и технологические характеристики системы «Умный дом»

На данном этапе развития, домашняя автоматизация является чрезвычайно гибкой системой, которую пользователь укомплектовывает и настраивает самостоятельно в зависимости от потребностей. Это означает, что каждый владелец домашней системы автоматизации самостоятельно определяет, какие устройства, и где установить и какие задачи и каким образом они будут выполнять. Общая функциональная схема показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1 – Общая функциональная схема умного дома

В большей части данных систем, контроллер обменивается иформацией с остальными устройствами системы используя радиосигналы. Одними из распространенных стандартов радиосвязи для умного дома являются ZWave (частота в России 869 МГц) и ZigBee (868 МГц или 2,4 ГГц), Wi-Fi (2,4 ГГц), Bluetooth (2,4 ГГц). Для связи с внешним миром контроллер как правило подключается к интернету.

2. Анализ существующих интеллектуальных систем управления «Умный дом»

Большинство «Умных домов» строятся на базе МК, который управляет системами в зависимости от заданных пользователем настроек и внешних факторов. «Умный дом» управляет климатом, освещением, безопасностью, а также обеспечивает беспроводную связь с пользователем посредством интернета или мобильных сетей. Всё это стало возможным благодаря массовому развитию технологий интеллектуальных систем управления домом, протоколов обмена данными, программного обеспечения, мобильных устройств, скоростного интернета. На сегодняшний день рынок систем «умных домов» является одним из самых быстрорастущих по всему миру. Главная цель современных производителей – создание универсальных систем домашней автоматизации, доступных для потребителя класса, которые можно внедрить как в небольшую квартиру, так и в загородный дом.

На данный момент на российском рынке уже существуют свои компании, реализующие решения умных домов, а также филиалы некоторых заграничных компаний: Клевер Хоум, 1Smart-Home, domotix.pro, ZWave, Siemens и другие. Каждая из рассматриваемых компаний имеет в своём наборе несколько вариантов системы в зависимости от функций и стоимости. Клевер Хоум Стоимость и функциональность «умного дома», предлагаемого компанией Клевер Хоум приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Стоимость опций компании Клевер Хоум

В качестве второй компании, занимающейся домашней автоматизацией, была выбрана петербургская фирма Еasysmartbox. Компания специализируется на системах «умный дом», в основе которых используются только программируемые логические контроллеры. Для более бюджетных вариантов применяются программируемые логические контроллеры фирмы ОВЕН ПЛК (Россия). Удобство такой системы состоит в установке дополнительных модулей, а также повышенной надёжностью системы благодаря программируемым логическим контроллерам, т.к. они предназначены для длительного использования в неблагоприятных средах. Рассмотрим два самых дешевых варианта, функциональность и стоимость которых приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Стоимость опций компании Еasysmartbox

Решение использования программируемых логических контроллеров особенно актуально для применения в загородных домах, где показатели температуры и влажности колеблются в большом диапазоне и не подходят для применения обычных контроллеров. Однако как видно из таблицы 1.2 при схожей функциональности проектов фирм Еasysmartbox и Клевер Хоум стоимость у систем, основанных на программируемых логических контроллерах выше, а также они требуют больше свободного пространства для установки, что может быть проблематично в малых помещениях. Можно сделать вывод, что система «умный дом» от компании Еasysmartbox больше ориентирована на загородные дома и многокомнатные квартиры, обладает хорошей надёжностью, но высокой стоимостью и малой способностью к расширению, как указывает производитель.

Домашняя автоматизация в современных условиях — чрезвычайно гибкая система, которую пользователь конструирует и настраивает самостоятельно в зависимости от собственных потребностей. Это подразумевает, что каждый владелец умного дома самостоятельно определяет, какие устройства и где установить и какие задачи и как они будут исполнять. Благодаря Интернету легко настроить практически любой электрический прибор в доме, чтобы контролировать его через веб-браузер или с помощью мобильной святи.

Рисунок 1.2 – Технологическая схема системы «Умный дом»

Благодаря домашней автоматизации можно выполнять сложные функции со всего дома или с другой страны мира через Интернет. С мобильного устройства нажатие одной кнопки может снять с охраны здание, опустить жалюзи, включить камин, затемнить свет, нагреть бассейн или включить музыку. Все эти возможности открывает перед нами система «Умный дом». Большинство компаний, работающих в области создания «Умных домов», применяют системы, в основе которых лежат дорогостоящие и громоздкие программируемые логические контроллеры, у которых используется лишь часть их возможностей при построении «Умных домов» для небольших жилых помещений, что повышает стоимость проектов, их габариты и энергопотребление.

3. Устройство системы макета «Умный дом»

Система умного дома включает три типа устройств: Контроллер (хаб) – управляющее устройство, соединяющее все элементы системы друг с другом и связывающее её с внешним миром. Датчики (сенсоры) – устройства, получающие информацию о внешних условиях. Актуаторы — исполнительные устройства, непосредственно исполняющие команды. Это самая многочисленная группа, в которую входят умные (автоматические) выключатели, умные (автоматические) розетки, умные (автоматические) клапаны для труб, сирены, климат–контроллеры и так далее. Актуаторы и датчики подключены к контроллеру медными проводниками к цифровым портам, также для управления актуаторами со смартфона к контроллеру по последовательным портам подключен Bluetooth модуль, как показано на схеме устройства макета (см. Рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Схема устройства макета

Для загрузки системного решения в контроллер используется USB кабель который подключен к компьютеру и контроллеру. Схема подключения показана на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Схема подключения контроллера к компьютеру

Целью системы автоматического управления зданием является предоставление дистанционного, посредством смартфона доступа к функциям умного дома, упрощение выполнения обыденных вещей, таких как включение освещения, проветривание помещения, включение или выключение бытовых приборов и так далее.

Задачей данной системы автоматического управления является повышение комфорта человека, улучшение качества жизни, экономии средств и времени и обеспечение безопасности.

4.Основные требования пользователя к САУ

Основные критерии надежности: безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность.

Разрабатываемая система автоматического управления макетом должна быть рассчитана на длительное функционирование и должна иметь возможность функционирования от внешнего портативного источника питания. Показатели надёжности должны быть не ниже, чем у существующих аналогов.

Требованиями по функциональности являются сбор и обработка полученной информации о компонентах «Умного дома», дистанционное управление исполнительными механизмами здания, представление информации о параметрах микроклимата и о режиме в здании пользователю, реализация системы безопасности, информирование пользователя об аварийных ситуациях.

Выводы

Рассмотрены общие принципы организации систем управления жилыми зданиями. Показано, что система домашней автоматизации является гибкой системой, которую пользователь укомплектовывает и настраивает самостоятельно в зависимости от потребностей.

Проведен анализ существующих интеллектуальных систем управления «Умный дом». Показано, что на данном этапе развития большинство компаний применяют в своей основе системы, в основе которых лежат дорогостоящие и громоздкие ПЛК, у которых используется лишь часть их возможностей при построении «Умных домов» для небольших жилых помещений, что повышает стоимость проектов, их габариты и энергопотребление.

Сформулированы требования к САУ макетом «Умный дом» в целом и ее составным частям в частности.

Список источников

  1. Вагнер, Билл С# Эффективное программирование, 2013.–320 с.
  2. Медникс Зигард , Дорнин Лайрд , Мик Блэйк , Накамура Масуми Программирование под Android.–560 с.
  3. Шишмарев, В. Ю. Надежность технических систем: учеб. для вузов/ В. Ю. Шишмарев. - М.: ИЦ "Академия", 2010.–304 с.
  4. Денисенко В. В. ПИД–регуляторы вопросы реализации часть 2 – М.: Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы –СПб: Питер, 2000.- 672 с.
  5. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования. / Зайцев Г.Ф. – Киев: Вища школа, 1988 – 431 с.
  6. Лукас В. А. Теория автоматического управления. / Лукас В. А. – М.: Недра, 1990. – 416 с.
  7. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. / Р. Дорф, Р. Бишоп – М.: Лаборатория Базовых знаний.– 2002 – 832 с.
  8. Олссон Г. Цифровые системы автоматизации и управления / Г. Олссон, Д. Пиани. – СПб: Невский Диалект, 2001.– 557с.
  9. Пьявченко Т.А. Автоматизированные информационно-управляющие системы / Т.А. Пьявченко, В.И. Финаев. – Таганрог: Изд-во Технического института ЮФУ, 2007. – 271 с.
  10. Гаврилов П. Д., Гимельштейн Л. Я., Медведев А. Е. Автоматизация производственных процессов. Учебник для вузов. М.: Недра, 1985, 215 с.