Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів
Резюме Біографія Реферат
Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

В даний час ні в кого не викликає сумніву той факт, що Інтернет і електронні комунікації міцно і назавжди увійшли в наше життя. Інформаційні технології в тому чи іншому вигляді, зримо чи незримо присутні зараз в різних аспектах повсякденного життя сучасної людини; і тут ми говоримо не тільки про стали нам уже звичними розумних пристроях, таких як смартфони, планшети, ноутбуки, комп'ютери і т.п., які здатні за 2-3 кліка (або тапа) забезпечити більш-менш грамотному користувачеві доступ практично до всього обсягу оцифрованих знань людства, але, в наші дні „Розумніти“ (тобто обзаводиться засобами обробки інформації та каналами зв'язку для взаємодії з глобальною мережею) починають і такі, раніше здавалося б, зовсім далекі від цифрового розуму речі, як холодильники, мікрохвильовки, пилососи, і це не кажучи про телевізорах чи годинах, які давно обзавелися гордої приставкою "смарт" [1].

Загалом, розумні речі і електронні комунікації між ними (т.зв. „інтернет розмов“) зараз все більше сприймається нами не як ефемерні образи, намальовані науковою фантастикою, а як об'єктивна і повсякденна реальність. Однак навколо нас все ще залишається дуже багато звичних нам побутових приладів та іншої техніки, яка справно виконує свої функції, задовольняючи наші повсякденні потреби, і при цьому, з точки зору рівня розвитку сучасних комунікаційних технологій, зовсім не є „розумною“ [1].Отже, виникає резонне питання, що ж нам робити з усіма цими „нерозумними“ розмовами, невже всі вони повинні відправитися на „смітник історії“ ...? Таким чином, актуальним завданням є розробка системи, що дозволяє дістацніонно управляти вищеописаними пристроями.

1. Актуальність теми

У сучасному світі все більш актуальним стає питання віддаленого управління побутовими приладами які не є «розумними». Слід згадати, що дистанційне керування можна застосувати в управлінні будь-якою системою, що має електронне управління, і доступ до інтернету.

Пропонована система відрізняється універсальністю, це означає, що на базі одного контролера можна побудувати систему з функціями управління одночасно неколько побутовими приладами, а також з можливістю завдання (за допомогою ПК) і віддаленого зміни (через інтернет) налаштувань контролера.

2. Аналіз існуючих систем дистанційного керування

Бездротові технології міцно увійшли в наше життя, і ми вже не уявляємо, як без них можна обходитися. Wi-Fi, Bluetooth, GPS, WiMAX, DECT, 3G, 4G, NFC та інші шаманські заклинання допомагають нам швидко отримувати і посилати різну інформацію, обмінюватися їй.

Всі ці технології мають свої переваги і обмеження. Але є, напевно, одна з них, яка, можливо, була першою масовою бездротовою технологією яка після радіозв'язку та телебачення завоювала весь світ. Це, звичайно ж, стільниковий зв'язок стандарту GSM. Цей стандарт - найпоширеніший глобальний стандарт цифрового мобільного стільникового зв'язку - розроблений ще в 80-х роках минулого століття групою, яка зараз носить назву Global System for Mobile Communications[4].

В даний час є можливість обмінюватися інформацією з більшою швидкістю і, відповідно, пропускною спроможністю, але якщо потрібен надійний канал для обміну невеликою кількістю даних, то стандарт GSM - поза конкуренцією. Напевно, всі ми потрапляли в ситуації, коли мобільний інтернет не працює, Wi-Fi поблизу відсутній, колись популярних інтернет-кафе не знайдеш, зате SMS-повідомлення бадьоро бігають туди-сюди. Що ми робимо, перш за все, коли прилітаємо кудись? Ну, звичайно, посилаємо СМС-ку „приземлилися, усе в порядку“, і це практично завжди працює[4].

Ось чому пристрої, які призначені для віддаленого управління будь-якими процесами, або спостереження за ними, а одним з основних вимог до таких пристроїв є надійність і безвідмовність, використовують в якості каналу зв'язку GSM. Їх принцип дії не відрізняється від посилки і прийому SMS-повідомлень вручну, тільки формуванням і розшифровкою цих повідомлень займаються всюдисущі мікроконтролери, а модулі GSM, використовувані в таких пристроях, інколи нічим не відрізняються від модулів, використовуваних в стільникових телефонах.

Точно так же, як і в стільниковому телефоні, для виходу пристрою дистанційного контролю і управління в мережу досить вставити в нього SIM-карту з позитивним балансом. Компанія Майстер Кіт пропонує цілий ряд модулів, які реалізують різні функції, використовуючи стандарт GSM для управління. Далі розглянемо кілька таких модулів, для вирішення задач віддаленого контролю і управління [4].

  1. MA3401 - автономна GSM-SMS сигналізація (рис. 1) з функцією контролю і управління температурою призначена для цілодобової безперервної охорони будь-яких об'єктів, управління навантаженням за допомогою СМС-повідомлень, термостатування за допомогою вбудованого датчика температури, примусового управління навантаженням, управління електронним замком за дзвінком, а також в якості тривожної кнопки [4].

    Рисунок 1 – Автономна GSM-SMS сигналізація

  2. MA3402 - модуль GSM-SMS (рис. 2) управління з можливістю оповіщення призначений для контролю температури і управління електроприладами. Модуль дозволяє вмикати або вимикати харчування за дзвінком, SMS-команді або розкладом. Є режим контролю та оповіщення виходу температури за задані межі. Має вбудований джерело живлення 220В. Пристрій розміщено в корпусі з кріпленням на DIN рейку [4].

    Рисунок 2 – Модуль GSM-SMS управління з можливістю оповіщення

  3. MP718 Laurent-2G - інтернет-реле з GSM-модулем (рис. 3) дає можливість підключити до комп'ютера через локальну мережу практично будь-які датчики і виконавчі пристрої, будь то проект „Розумний будинок“ або технологічний процес. Навіть при відсутності підключення до інтернету, ви можете отримати інформацію про те, що відбувається в комп'ютерній мережі вашого будинку або підприємства за допомогою відправки керуючих СМС або тонових команд DTMF [4].

    Рисунок 3 – Інтернет-реле з GSM-модулем

  4. MP0207 - просто GSM-розетка (рис. 4). Вона дозволяє управляти електроприладами через мережу GSM і контролювати температуру приміщення, в якому розетка встановлена. І це лише мала частина пристроїв з можливих способів дистанційного керування, для глобальної системи „Розумний будинок“ [4].

    Рисунок 4 – GSM-розетка

3. Архітектура системи і принцип її функціонування

Основним завданням пропонованої підсистеми є дистанційне керування будь-яким домашнім приладом, де є інфрачервоний приймач (ІК). До складу пропонованої підсистеми входить: плата STM32 UNO R3, STM32 Ethernet W5100, плата розширення, інфрачервоні (ІЧ) світлодіоди, джампери для STM32, кабель RG45, мобільний пристрій, маршрутизатор і побутові прилади [1].

З телефону можна відправляти команди на наше пристрій у вигляді запитів в адресному рядку браузера. В свою чергу маршрутизатор приймає команди, відправлені з телефону, потім пересилає їх наше пристрій. За допомогою кабелю RG-45 пристрій пов'язане з роутером, який в свою чергу автоматично призначить IP і MAC адреса для нашого пристрою. Пристрій приймає команди, відправлені з телефону, потім посилає команду на побутовий прилад (наприклад, кондиціонер) за допомогою інфрачервоного передавача (рис. 5) [1]. У ролі ІК передавача виступає інфрачервоний діод. При цьому в пам'яті завантажено команди пульта від кондиціонера, щоб пристрій розуміло, що воно керує кондиціонером, а не будь-яким іншим пристроєм. Так само в пам'ять пристрою можуть бути завантажені команди від інших побутових приладів, щоб можна було легко перемикатися на дистанційне керування з одного приладу на інший.

Принцип роботи системи

Рисунок 5 — Принцип роботи системи
(анімація, 12 кадрів, 10 повторень, 84,7 КБ)

3.1 Платформа STM32

STM32 - це відкрита платформа, яка дозволяє збирати всілякі електронні пристрої. пристрої можуть працювати як автономно, так і в зв'язці з комп'ютером та іншими пристроями. Платформа складається з апаратної і програмної частин, обидві надзвичайно гнучкі і прості у використанні [5].

В системі розглянуто мікроконтролер фірми STM32 модель Uno Rev3 на базі процесора ATmega328 з тактовою частотою 16 МГц, що володіє пам'яттю 32 кБ і 20 контрольованих контактів введення і виведення [2].

До плати STM32Uno буде підключатися плата STM32 Ethernet W5100. Плата розширення STM32EthernetShield дозволяє платі STM32 підключатися до інтернету. Вона побудована на базі ethernet мікросхеми Wiznet W5100. Wiznet W5100 забезпечує мережевий (IP) стек, здатний працювати і з TCP, і з UDP [3, 8].

STM32 взаємодіє і з W5100, і SD картою за допомогою шини SPI (через роз'єм ICSP). Він розташований на цифрових висновках 10, 11, 12 і 13 на платах STM32Uno і на висновках 50, 51 і 52 на платах STM32Mega. На обох платах висновок 10 використовується для вибору W5100, а висновок 4 - для SD карти. Ці висновки не можуть використовуватися в Як звичайних входів / виходів. На STM32Mega апаратний висновок SS (висновок 53) не використовується для вибору W5100 або SD карти, але повинен продовжувати працювати, як вихід, інакше SPI інтерфейс не буде працювати. Через те, що W5100 і SD карта ділять шину SPI, в будь-який момент часу може бути активний тільки один з них. якщо використовується в програмі обидва периферійних пристрої, відповідальність за взаємодію з ними беруть відповідні бібліотеки. Але якщо не використовується тільки одне з цих периферійних пристроїв, то необхідно явно скасувати його вибір [8].

3.2 Платформа Android

Android - це операційна система на базі ядра Linux, яку викупила в 2005 році компанія Google. У 2008 році вийшла перша версія операційної системи. Дана ОС призначена для смартфонів, планшетів і багатьох інших пристроїв. На даний момент її вбудовують в годинник, різні навігатори, приставки та програвачі [6].

Зараз створюється величезна кількість смартфонів та інших пристроїв з даною системою. Вона завоювала моторошну популярність, тому конкурентів у неї майже немає, хіба що iOS. Більшість сучасних брендів вони використовують Андроїд. Якщо говорити про чисту системі, то можна сказати, що вона дуже спритна і продуктивна. Багато виробників, беручи за основу цю ОС роблять свою оболонку з додатковими функціями, можливостями і оформленням. У кого-то це виходить краще, і сістемка літає, а в якихось пристроях не дуже. З допомогу операційки у вас є можливість управляти такими функціями, як Wi-Fi, Bluetooth, NFC, GPS, створювати точки доступу Wi-Fi, тобто робити зі свого телефону модем і багато іншого. В сучасні смартфони вбудовують датчики віддрукувавши пальців і сканування райдужної оболонки ока, що дозволяє багаторазово поліпшити захист - всім цим можна управляти за допомогою Android [6].

Платформа Anroid обрана виходячи з порівнянь з операційною системою iOS. Для реалізації проекту дистанційного керування. Додаток на Android забезпечить більш просте сприйняття системи користувачем в цілому, що і істотно полегшить управління побутовими приладами.

3.3 Розробка ПО

Середовище розробки STM32 складається з вбудованого текстового редактора програмного коду, області повідомлень, вікна виведення тексту (консолі), панелі інструментів з кнопками часто використовуваних команд і декількох меню. Для завантаження програм і зв'язку середовище розробки підключається до апаратної частини STM32 [1].

Програма, написана в середовищі STM32, називається скетч. Скетч пишеться в текстовому редакторі, що надає широкі можливості для написання скетчів.

Для зручності роботи з ІК сигналами необхідно скористатися бібліотекою IRremote.h, яка здатна правильно розпізнати 95% протоколів ІК пультів. Після всіх підготовок можна приступити до зчитування сигналу. У самій бібліотеці є приклад для зчитування сигналу. Після відкриття скетчу, натискаємо на кнопку завантажити, якщо все добре, то натискаємо на кнопку монітор порту в правому верхньому кутку програми STM32 [1, 8 ]. Відкриється монітор порту, натискаємо на пульті кнопки, на моніторі будуть відображатися значення кнопок.

При завантаженні скетчу використовується Завантажувач (Bootloader) STM32, невелика програма, що завантажується в мікроконтролер на платі. Вона дозволяє завантажувати програмний код без використання додаткових апаратних засобів. Завантажувач (Bootloader) активний протягом декількох секунд при перезавантаженні платформи і при завантаженні будь-якого з скетчів в мікроконтролер[7].

4. Переваги та недоліки системи

Як і будь-який інший системи, пристрої, є свої переваги і недоліки, до переваг можна віднести наступні:

  1. Проста і зручна середовище програмування. Середовище програмування STM32 зрозуміла і проста для початківців, але при цьому досить гнучка для просунутих користувачів. Вона заснована на середовищі програмування Processing, що може бути зручно для викладачів. Завдяки цьому, навіть недосвідчені користувачі, вивчають програмування в середовищі Processing, зможуть легко освоїти STM32;
  2. Універсальний пристрій дистанційного керування. За допомогою інфрачервоного передавача, можна керувати будь-яким пристроєм в якому є інфрачервоний приймач, досить просто виконати емуляцію пульта для конкретної моделі;
  3. Кросплатформеність. Програмне забезпечення STM32 працює на операційних системах Windows, Macintosh OSX і Linux, в той час, як більшість подібних систем орієнтовані на роботу тільки в Windows [8].

Негативними сторонами є:

  1. Наявність прямої видимості з керованим пристроєм;
  2. Пристрій пов'язане з роутером за допомогою кабелю, відповідно якщо роутер і пристрій знаходяться відносно далеко один від одного, то такого роду з'єднання виявиться досить незручним;
  3. Незважаючи на те, що пристрій є універсальним, для різних моделей керованих пристроїв потрібна додаткова емуляція пульта [8].

Виходячи з недоліків, можна сказати що вони є досить незначними, що не сильно вплине на роботу системи в цілому.

Висновки

В ході аналізу завдання побудови системи дистанційного керування було виконано наступне:

  1. Вивчено програмований мікроконтролер STM32 UNO, а також модуль STM32 Ethernet W5100;
  2. Вивчено середовище програмування;
  3. Розглянуто функціонування пристрою;
  4. Проведено об'єктивне порівняння таких платформ як Andoid і iOS, вибір був зроблений на користь Andoid.

В результаті досліджень було обрано платформа зв'язку з побутовими приладами і її комплектуючі, а також операційна система, для реалізації поставленого завдання розробки системи дистанційного керування побутовими приладами.

Перелік посилань

  1. Плата STM32 Uno R3: схема, описание, подключение устройств. [Электронный ресурс] // STM32 Master: сайт. [2019]. – Режим доступа:https://STM32master.ru....
  2. Плата STM32 Ethernet W5100: схема, описание, подключение устройств. [Электронный ресурс] // STM32 Master: сайт. [2019]. – Режим доступа:https://STM32master.ru....
  3. Дистанционное управление электроприборами. [Электронный ресурс] // Яндекс Дзен: сайт. [2019]. – Режим доступа:https://zen.yandex.ru....
  4. Официальный сайт Ардуино. [Электронный ресурс]. – URL: STM32.ru/About
  5. Официальный сайт Android. [Электронный ресурс]. – URL: android.com
  6. Соммер, У. Программирование микроконтроллерных плат STM32 / У. Соммер – Philadelphia: SIAM, 2012. – 251 с.
  7. Бочаров С. С. Архитектура подсистемы дистанционного управления бытовыми приборами для системы «Умный дом» (II) / С.С. Бочаров, Ю.Е. Зинченко // Современные тенденции развития и перспективы внедрения инновационных технологий в машиностроении, образовании и экономике: VI Международная научно–практическая конференция, 13–14 мая 2019, г. Азов.