РУС   ENG  
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної роботи

Зміст

Введення

За останні 20-30 років Системи автоматизованого управління перестали бути модною екзотикою. Незалежно від області застосування, будь то будівля, складальний цех або поїзд метро, метою впровадження таких систем є зниження експлуатаційних витрат, забезпечення важливою інформацією, підвищення безпеки і комфорту. Але незважаючи на те, що журналістів модних видань зараз більше цікавлять досягнення традиційних IT-компаній, прогрес в області автоматики управління може у найближчому майбутньому надати на наше світовідчуття не менше вплив, ніж появи стільникових телефонів і Internet.

Одним з напрямків використання комп'ютерних технологій є Системи [1] моніторингу та контролю. Їх існує величезна безліч, що відрізняються призначенням і функціонуванням, наприклад, так звані системи "розумний будинок", що забезпечують управління різними процесами житлового або виробничого приміщення [2]. Розвиток даної інфраструктури знаходиться на крайньому ранньому ЕТАПІ. Компанії можуть надавати свої послуги з вельми завищеними цінами.

М дослідження

Метою даної роботи є розробка web-орієнтованої системи моніторингу інфраструктури "Розумний будинок", що володіє низькою вартістю і параметрами, близькими до промислових систем автоматизація.

Аналіз існуючих апаратно-програмних засобів для реалізації веб-орієнтованості та моніторингу інфраструктури «Розумний Дім»

1. Основні конструктивні та технологічні характеристики системи "Розумний будинок"

На даному етапі розвитку, домашня автоматизація є надзвичайно гнучкою системою, яку користувач укомплектовує і налаштовує самостійно в залежності від потреб. Це означає, що кожен власник домашньої системи автоматизації самостійно визначає, які пристрої, і де встановити і які завдання і яким чином вони будуть виконувати. Загальна функціональна схема показана на малюнку 1.

Рисунок 1-Загальна функціональна схема розумного будинку

У більшій частині даних систем, контролер обмінюється иформацией з іншими пристроями системи використовуючи радіосигнали. Одними з поширених стандартів радіозв'язку для розумного будинку є ZWave (частота в Росії 869 МГц) і ZigBee (868 МГц або 2,4 ГГц), Wi-Fi (2,4 ГГц), Bluetooth (2,4 ГГц). Для зв'язку із зовнішнім світом контролер як правило підключається до Інтернету.

1.1 Апаратно-програмні засоби для реалізації веб-орієнтованості та моніторингу інфраструктури «Розумний Дім»

На сьогоднішній день, практично у кожного більш-менш великого виробника розумних пристроїв є своя, так звана, екосистема, всередині якої відбувається управління елементами і передача інформації всередині. Для користувача, який не є фахівцем в області електроніки, програмування і мікрокомп'ютерів, не надається ніяких можливостей злиття різних екосистем в одну, свою власну. Тому ідея створення програмно-апаратного комплексу для управління домашніми розумними пристрої різних виробників є вельми актуальною.

Одним з напрямків використання комп'ютерних технологій є системи [1] моніторингу та контролю. Їх існує величезна безліч, що відрізняються призначенням і функціонуванням, наприклад, так звані системи «розумний будинок», що забезпечують управління різними процесами житлового або виробничого приміщення [2]. Розвиток даної інфраструктури знаходиться на крайньому ранньому ЕТАПІ. Компанії можуть надавати свої послуги з вельми завищеними цінами.

Концепція «Розумний будинок» надає зручне управління всіма вхідними в нього системами, а також дає можливість інтегрувати їх між собою, що не тільки забезпечує узгоджену роботу, але і підвищує функціональність кожної з них.

До ряду основних завдань домашньої автоматизації можна віднести:

1.1.1 Опис предметної області

Система «Розумний будинок» — це високотехнологічна система, що дозволяє об'єднати всі комунікації в одну і поставити її під управління штучного інтелекту, програмованого і настроюється під всі потреби, і побажання господаря.

Незважаючи на широке поширення систем «Розумний будинок» по всьому світу, для більшості населення Росії ця інновація і до цього дня залишається виключно терміном. Повільне впровадження систем "Розумний будинок" пояснюється багатьма факторами, один з яких – відсутність розуміння принципу роботи подібних технологій і реально одержуваної економічної вигоди. Безумовно, окремі елементи "розумних систем", такі як світлові датчики руху або датчики протікання води, вже давно не є чимось особливим і повсюдно поширені в будинках і квартирах жителів таких мегаполісів, як Москва, Санкт-Петербург, Єкатеринбург і Красноярськ. Останнім часом популярністю серед замовників стали користуватися різноманітні системи безпеки, управління освітленням, «мультирум» і «домашній кінотеатр».

Під архітектурою системи розумного будинку слід розуміти сукупність модулів необхідних для її повноцінної роботи. Дані модулі повинні бути пов'язані між собою певним чином, для забезпечення стабільної і коректної роботи всієї системи.

В даний момент системи «Розумний будинок» застосовуються в різних цілях, вони дозволяють організувати ефективне управління системою освітлення, опалення, водо - та електропостачання, кондиціонування і вентиляції, відео спостереження. Так само подібні системи дозволяють збирати інформацію про приміщення, в якому розміщені з метою подальшої обробки і логістики.

Дана система могла б допомогти вдосконалити практично всі методи контролю за приміщеннями від приватних заміських будинків, офісів, до типових багатоквартирних будинків.

В якості можливого замовника для готової інформаційної системи «Розумний будинок», що розробляється в даній випускний кваліфікаційній роботі, буде взята типова ОРГАНІЗАЦІЯ ЖИТЛОВО-КОМУНАЛЬНОГО ГОСПОДАРСТВА (надалі «ЖКГ»).

ЖКГ – це комплекс галузей економіки, що забезпечує функціонування всієї інфраструктури в різних поселеннях. Даний комплекс зокрема займається обслуговуванням різних приміщень і об'єктів міста, в тому числі і типових багатоквартирних будинків.

У загальному випадку Типовий ЖКГ виконує наступні завдання:

ЖКГ виконує, як наведені в списку заходи з благоустрою житлових зон, так і безліч інших.

Слід розглянути більш детально діяльність департаменту міського господарства, у свою чергу, цей департамент займається забезпеченням реалізації державної і муніципальної політики у сфері міського господарства, спрямованої на забезпечення надійного, ефективного функціонування та розвитку житлового господарства, об'єктів благоустрою, озеленення, збору, вивезення, переробки і поховання побутових і промислових відходів, мереж тепло, -водо, -газо, електропостачання, водовідведення, забезпечення екологічно сприятливих умов життєдіяльності населення, у тому числі раціонального 9 природокористування, охорони навколишнього середовища відповідно до загальних цілей, завдань і програм розвитку міського округу.

Даний департамент займається наступними завданнями в процесі своєї роботи:

Зокрема, впровадження даної інформаційної системи буде проводиться на типовому відділі «енергетики та звернень з питань теплопостачання». Даний відділ обраний в якості найбільш підходящого підрозділу Департаменту ЖКГ для впровадження розроблюваної інформаційної системи.

1.2 Аналіз існуючих підходів

Одним з найпоширеніших шляхів вирішення розробки системи домашньої автоматизації є використання готових систем управління «розумним будинком». Розглянемо деякі з них[4].

Node-Red

Node-Red. Розроблений компанією IBM і являє собою інструмент з відкритим вихідним кодом, що дозволяє створювати додатки шляхом з'єднання готових компонент. Як компонент при побудові системи можуть використовуватися пристрої, WEB API або онлайн-служби. Істотним недоліком є відсутність візуалізації.

MajorDoMo

MajorDoMo – відкрита програмна платформа для автоматизації домашніх процесів. Є кросплатформенной, але має один великий недолік – обмежене число вирішуваних завдань. Підтримує тільки найпопулярніші пристрої з лінійки відповідної технології (наприклад, підтримує тільки контролер RaZZbery з усього різноманіття контролерів технології Z-wave.

NetPing

NetPing - пристрої моніторингу серверних кімнат і віддаленого управління електроживленням. Наприклад, в 2021 р.компанія випустила на ринок NetPing Monitoring Server 90z02 - контролер на базі повноцінного комп'ютера з програмним забезпеченням ОС Linux Ubuntu і системою моніторингу Zabbix. Все ПО вже встановлено і попередньо налаштовано. Для початку роботи з системою моніторингу Zabbix потрібно лише підключити пристрій в локальну мережу і зробити підключення та налаштування необхідних датчиків. Зазвичай NetPing Monitoring Server 90z02 використовується для організації системи моніторингу серверних кімнат, ЦОД, а також об'єктів з розподіленим комунікаційним та IT-обладнанням.

HomeSapiens

HomeSapiens – інтелектуальна система з голосовим управлінням. Також, як і OpenRemote, підтримує обмежену кількість технологій, такі як Z-wave, Gira, ZigBee, x10, C-Bus[6]. Основний акцент розробників спрямований на рекламу голосового управління і зручного інтерфейсу.

Freedomotic

Freedomotic – програмне забезпечення з відкритим кодом для процесів домашньої автоматизації [5]. Є кросплатформенной. Основним завданням розробки системи стало надання ентузіастам можливості самостійного створення систем управління "розумним будинком", як з використанням саморобного обладнання, так і готових рішень популярних архітектур.

Fibaro

З точки зору використання web-інтерфейсу, як приклад, також інтерес викликає Fibaro – система домашньої автоматизації[5]. Її особливістю є підтримка тільки бездротової технології Z-Wave. Крім того, вона закрита для доопрацювання.

1.3 Вибір архітектурної організації системи

однією з найважливіших задач є вибір архітектури і технологічного стека, на якому буде будуватися система. При цьому важливий системний підхід, тобто розуміння того, яким чином окремі технічні рішення можуть бути пов'язані один з одним, а також резервування можливостей для подальшого розширення системи.

На сьогоднішній день, є значна кількість способів вирішення поставлених в даній роботі завдань. Існують наступні підходи до їх вирішення: вибір готової системи управління; розробка власної системи.

З точки зору функціональної організації застосовуються провідні, бездротові та централізовані системи.

При виборі централізованої організації система «Розумний будинок» працює за допомогою спеціального логічного модуля - свого «мозку», наявність якого дозволяє збирати і аналізувати всю інформацію, що надходить з датчиків. Після подальшої обробки модуль видає виконавчі команди різним виконавчим системам. В якості такого логічного модуля виступає спеціальний контролер, на борту якого є виходи до всіх виконавчих елементів системи. Вся система спеціально програмується спеціалізованим софтом, який в ході роботи можна доповнювати різними змінами. Вразливе місце централізованої схеми управління-невисока надійність[3].

В ході побудови архітектури системи можна допустити недоліки, які в подальшому неможливо буде виправити. Розробка власного рішення вимагає великих фінансових і тимчасових витрат, в порівнянні з використанням «коробкового» продукту. Також не варто забувати, що процес розробки – це дуже відповідальне заняття, що вимагає продуманої методології розробки і чіткої організації трудового процесу.

Висновки

З урахуванням наявних переваг і недоліків використання готових систем управління в якості рішення запропоновано:

Використовувати готову платформу для реалізації сервера "розумного будинку";

Розробити власні модульні «драйвери» для здійснення взаємодії з системами і пристроями різного виду.

Список джерел

  1. Атрощенко В.А., Кошевая С.Е., Серикова М.В., К вопросу формирования данных систем управления «умного дома» [Электронный ресурс]– Режим доступа: https://science-education.ru/ru/article/view?id=15067
  2. Stepanov M.S., Poskotin L.S., Shishkin D.V., Turgut Timur, Muzata A.R., THE USING OF ZIGBEE PROTOCOL TO ORGANIZE THE "SMART HOME" SYSTEM FOR AGED PEOPLE [Электронный ресурс] – Режим доступа: hhttps://elibrary.ru/download/elibrary_47208338_21426827.pdf
  3. Zainal Al Namer, THE ARCHITECTURE OF SMART HOME INTERNET OF THINGS [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_46595149_55050485.pdf
  4. Sakhasheva D.A., WHAT ARE THE BEST OPTIONS FOR A SMART HOME SYSTEM [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_49704615_46623971.pdf
  5. Полищук Е.И., АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ "УМНЫЙ ДОМ" В ИНДИВИДУАЛЬНОМ ЖИЛОМ ДОМЕ [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_38163697_95944344.pdf
  6. Дмитриева Н.Н., ПЛОТНИКОВА О.И., РОМАНОВ М.А., ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ "УМНЫЙ ДОМ" ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МНОГОКВАРТИРНЫХ ДОМОВ [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_30546430_72220742.pdf
  7. Ушкова К.А., ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ "УМНЫЙ ДОМ" В ЭКСПЛУАТАЦИЮ МНОГОКВАРТИРНЫХ ДОМОВ [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_38533087_17967507.pdf
  8. Mada Albany,Enas Alsahafi, Itidal Alruwili, Salim Elkhediri, A review: Secure Internet of thing System for Smart Houses [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050922004707
  9. Afaq Hyder Chohan, Jihad Awad, Chuloh Jung, Adi Irfan Che Ani, Development of smart application for house condition survey [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090447921003968
  10. Kawther Thabit, Safa Ameen Ahmed, Haitham Salman, Building Smart House based on Speech Detection and Recognition System[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/358093638_Building_Smart_House_based_on_Speech_Detection_and_Recognition_System