Файл: 1 Анализ технического задания 2 Синтез схемы электрической структурной.docx
Добавлен: 16.03.2024
Просмотров: 37
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Содержание
| Введение | 3 |
| 1 Анализ технического задания | |
| 2 Синтез схемы электрической структурной | |
| 3 Выбор сервера автоматизации | |
| 4 Установка сервера автоматизации | |
| 5 Выбор элементной базы аппаратной части | |
| 6 Конфигурирование программной части под техническое задание | |
| 7 Конфигурирование аппаратной части под техническое задание | |
| 8 Макетирование | |
| 9 Модернизация серверной части сторонними расширениями | |
| Заключение | |
| Список использованных источников | |
| Приложение А – Схема электрическая структурная | |
| Приложение Б – Конфигурация сервера автоматизации | |
Введение
В настоящее время все больше набирает популярность внедрение и использование технологии интернета вещей и умных домов. Умный дом – жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Под «умным» домом следует понимать систему, которая обеспечивает безопасность и ресурсосбережение, в том числе и комфорт, для всех пользователей. Данные технологии позволяют автоматизировать и улучшить управление электроприборами и другими устройствами, следить за чистотой дома, собирать показания о потреблении ресурсов, обеспечивать безопасность и комфортные условия жизнедеятельности.
В связи с этим было принято решение о разработке части системы умного дома, которая не уступала бы в функциональности заводским аналогам, имела низкую стоимость, высокую надежность и безопасность. Также данная система должна встраиваться в дом без конструктивной доработки системы электропитания и управляемых устройств.
Разрабатываемая система умного дома должна иметь модульную конструкцию и возможность простого конфигурирования модулей для решения различных задач в жилых и офисных помещениях.
Сделать автоматизацию системы очистки и вентиляции воздуха, которая будет отвечать следующим требованиям:
- устойчивость к броскам сетевого напряжения, долговечность;
- низкое энергопотребление.
Для комфортного управления разрабатываемой системой, необходимо реализовать дружественный и многофункциональный интерфейс, который позволит пользователю с любым уровнем компьютерной грамотности контролировать работу системы.
1 Анализ технического задания
Целью данного курсового проекта является разработка конфигурирования системы автоматизированной отчистки и вентиляции воздуха. К системе автоматизации должны быть подключены все необходимые электронные компоненты.
Необходимо автоматизировать систему очистки и вентиляции воздуха. Для этого необходимо настроить вытяжку, датчик воздуха. Данный подход дает полный доступ к очистке и вентиляции воздуха в помещении.
Система автоматизации должна управляться через комфортный и дружелюбный интерфейс, иметь высокую отказоустойчивость и устанавливаться без внесения изменения в конструкцию осветительного, проекционного или климатического оборудования, иметь высокую гибкость и возможность конфигурирования, расширения. Также, система должна иметь возможность дублирования управления через голосовые команды.
2 Синтез схемы электрической структурной
В данном разделе будет разработана структурная схема разрабатываемого устройства. Структурная схема – документ, определяющий основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи. На рисунке 1 показана структурная схема разрабатываемого устройства.
Рисунок 1 – Схема электрическая структурная разрабатываемого устройства
Структурная схема состоит из:
-
блок серверной части является самым главным блоком системы домашней автоматизации. Он отвечает за связь исполнительной части с пользователем и организовывает удобный интерфейс для управления всей системой. В качестве блока сервера домашней автоматизации используется ноутбук OC Linux с установленным на нем сервером HomeAssistant. А также, на блоке серверной части установлен сервер MQTT-брокера для организации связи между блоками. В качестве MQTT сервера используется сервер Mosquitto. Данный блок обеспечивает высокую отказоустойчивость при работе длительный период времени. Малое энергопотребление позволяет забыть о больших тратах на электричество. Благодаря расположению сервера домашней автоматизации в локальной сети, даже при отключении интернета, система остается работоспособной, не теряя основной функционал; -
блок датчика представляет собой датчик, который будет принимать команды «открыть/закрыть», после чего выполнять необходимое действие с окном; -
окно необходимо для цели выполнения курсового проекта, а именно проветривания в помещении; -
блок питание – данный блок необходим для питания замка и счетчика. Для питания самого микроконтроллере на счетчике можно использовать обычную обвязку для преобразователя и сам же преобразователь напряжения. Для линии питания используем преобразователь AMS1117, конденсаторы для фильтрации. Для его обвязки используем предохранитель и MOSFET. Для питания датчиков достаточно будет использовать преобразователь напряжения и конденсаторы для фильтра. Конденсаторы должны быть установлены как до преобразователя, так и после; -
блок беспроводной связи между устройствами используется для подключения системы домашней автоматизации к глобальной сети интернет. Это обеспечит доступ к системе из любой точки света. С помощью этого можно узнать информацию о том, что происходит дома, управлять системой безопасности, регулировать температуру, включать и выключать свет, а также осуществлять другие действия с помощью системы домашней автоматизации.
3 Выбор сервера автоматизации
В данном разделе произведен выбор программного обеспечения серверной части для реализации системы умного дома и интернета вещей, которое будет полностью удовлетворять всем требованиям разрабатываемой системы и иметь потенциал для дальнейшего развития и модернизации.
На данный момент существует большое количество систем для решения данной задачи, поэтому произведем анализ и выбор наиболее подходящего, для поставленной задачи, решения.
HomeKit – это программный фреймворк от Apple, который позволяет пользователям настраивать своё устройство iOS для настройки, общения и управления умными домашними устройствами.
Проектируя комнаты, элементы и действия в службе HomeKit, пользователи могут включать автоматические действия в доме с помощью простой голосовой диктовки Siri или приложений.
HomeKit был впервые выпущен с iOS 8 в сентябре 2014 года. Поддержка HomeKit также включена в предстоящую MacOS Mojave и может использоваться на всех устройствах Apple через Siri.
Производители устройств с поддержкой HomeKit должны были иметь программу MFi[en], и все продукты HomeKit должны были иметь сопроцессор шифрования.
Оборудование, изготовленное без поддержки HomeKit, может быть включено для использования через «шлюз», например, концентратор или хаб, объединяющий эти устройства и службу HomeKit. HomeKit представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 – Интерфейс HomeKit
Home Assistant – система интеграции и автоматизации устройств умного дома и не только от самых разнообразных брендов. Написана на языке программирования Python и имеет открытый исходный код. Home Assistant – это далеко не самая легкая система домашней автоматизации, которая позволит вам контролировать и настраивать различные устройства, включая свет, выключатели, различные датчики, счетчики, такие как температура, осадки, ветер, ультрафиолетовое излучение, потребление электроэнергии, производство, потребление газа, потребление воды и многое другое. Уведомления могут быть отправлены на любое устройство. Интерфейс системы домашней автоматизации Home Assistant представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Интерфейс Home Assistant
ioBroker – это система автоматизации, разработанная на платформе Node.js (также, как и HomeBridge). Благодаря этому, ее можно развернуть и запустить практически на любой операционной системе или виртуальной машине: Windows, Mac, Linux, в контейнере Docker и даже на Android. Это позволяет масштабировать систему исходя из потребностей поставить ее на «малину» для дома, квест-комнаты или на сервер для гостиницы. Интерфейс представлен на рисунке 4.
Система ioBroker, как и большинство систем автоматизации, открытая и расширяемая. Новый функционал или устройства подключаются с помощью добавления «драйвера» или «адаптера» (так называемые плагины ioBroker), который можно установить из официального Store или из git-репозитория.
Большинство действий выполняется из web-интерфейса администрирования и позволяет изменить любые параметры системы (нет необходимости редактировать config-файлы в терминале):
-
управление набором драйверов и их параметрами; -
мониторинг и изменения объектов системы, состояний и их истории; -
разработка сценариев поведения и обработчиков событий; -
разработка визуальных Dashboard для управления и представления состояний и многое другое.
Рисунок 4 – Интерфейс ioBroker
openHAB – это специальный сервер, который может работать на любом компьютере под управлением любой ОС, даже может быть использована Raspberry Pi3. Вся установка заключается в распаковывании дистрибутива сервера и установке Java машины. Далее начинается процесс настройки и созидания.
openHAB – это очень гибкий конструктор. Основанный на технологии OSGi, сервер позволяет конфигурировать каждый отдельный плагин (Binding) «налету», не перезагружая весь сервер. Интерфейс системы домашней автоматизации openHAB представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 – Интерфейс openHAB
Плагин (биндинг) в openHAB – это то самое связующее звено между конкретным протоколом устройства и единой системой openHAB. Пользователь может добавить в свою инсталляцию openHAB только те плагины, которые нужны именно ему.
Home Assistant (HASS), эту систему умельцы-то и прикручивают к GH. Система написана на Python, последний релиз был 29 января, текущая версия: 0.37.0 Поддерживаемые ОС:
-
Windows 10; -
Mac OS X; -
Ubuntu 14.04; -
Raspbian (Raspberry PI); -
iOS App – beta.
Поддерживаемые компоненты – 545 шт., включая почти все TV/AV receivers, Broadlink, ZigBee, iCloud, Yandex TTS и многое, многое другое.
Для запуска, подключения и настройки компонентов, выключателей, сценариев, групп, триггеров совершенно не обязательно знать Python, но нужно хоть немного знать yaml.
Настройка всего вышеперечисленного (существующих компонентов) осуществляется исключительно через YAML файл (“configuration.yaml”). Установка простая. Установка занимает немало времени, на RPi 3 общее время (без Raspbian) занимает около часа. После завершения заветного wget, необходимо приступить к изучению платформы. Установка HASS производится в директорию: /home/homeassistant. Необходимо найти /home/homeassistant/. homeassistant/configuration.yaml. По умолчанию в конфиге присутствует такой компонент – # Автоопределение устройств «discovery».
4 Установка сервера автоматизации
В данном разделе производится выбор устройства, которое будет использоваться в качестве серверной части системы домашней автоматизации. А также установка сервера домашней автоматизации на выбранное устройство.
Сервер домашней автоматизации Home Assistant можно установить на следующие операционные системы Linux, Windows, Raspberry PI, Orange PI, macOS, PINE A64, DOCKER.
Linux – семейство Unix – подобных операционных систем на базе ядра Linux, включающих тот или иной набор утилит и программ проекта GNU, и, возможно, другие компоненты. Как и ядро Linux, системы на его основе как правило создаются и распространяются в соответствии с моделью разработки свободного и открытого программного обеспечения. Linux-системы распространяются в основном бесплатно в виде различных дистрибутивов.
Windows – семейство коммерческих операционных систем (OC) корпорации Microsoft, ориентированных на управление с помощью графического интерфейса. Изначально Windows была всего лишь графической программой–надстройкой для распространённой в 1980–х и 1990–х годах операционной системы MS–DOS. Согласно данным ресурса Net Applications, по состоянию на август 2014 года под управлением операционных систем семейства Windows работает около 88 % персональных компьютеров. Windows работает на платформах x86, x86–64, IA–64 и ARM. Существовали также версии для DEC Alpha, MIPS, PowerPC и SPARC.
Raspberry Pi – одноплатный компьютер размером с банковскую карту, изначально разработанный как бюджетная система для обучения информатике, но позже получивший более широкое применение и известность. Разрабатывается британской компанией Raspberry Pi Foundation во главе с Эбеном Аптоном. По состоянию на конец 2019 года было продано более 30 миллионов устройств Raspberry Pi.
Orange Pi – это одноплатный компьютер с открытым исходным кодом, основанный на Raspberry Pi1, но более дешевый и изготовленный Shenzhen Xunlong Software CO., Limited. Он может работать с Android версии 4, 6 или 7.0, в зависимости от модели, Ubuntu, Debian, Fedora, Raspbian, ArchLinux, openSUSE, OpenWrt и другими операционными системами, хотя наиболее эффективным является Armbian. Он использует процессор AllWinner A20 SoC и имеет память от 256 МБ Orange Pi Zero до 2 ГБ DDR3 SDRAM старых плат. Он имеет стандартный слот для карт TF. Первая плата, изготовленная Xunlong, была Orange Pi в ноябре 2014 года и прекратила производство в мае 2016 года.
macOS – изначально была представлена как MacOS X, в 2012 переименована в OS X, в 2016 переименована в macOS – проприетарная операционная система производства Apple. Является преемницей MacOS 9.
В macOS используется ядро XNU, основанное на микроядре Mach и содержащее программный код, разработанный компанией Apple, а также код из ОС NeXTSTEP и FreeBSD. До версии 10.3 ОС работала только на компьютерах с процессорами PowerPC. Выпуски 10.4 и 10.5 поддерживали как PowerPC, так и Intel – процессоры. Начиная с 10.6, macOS работает только с процессорами Intel.