Программа Автоматизация научных исследований
 Скачать 1.67 Mb.
|
Постановка задачиЦелью данной работы является разработка системы управления элементами «умного дома», позволяющая регистрировать показания дат- чиков температуры, осуществлять управление системой освещения и мик- роклимата. В связи с вышеизложенной целью, были сформулированы следующие задачи:Проведение анализа существующих систем и технологий, с помощью которых возможно построение системы домашней автоматизации, удо- влетворяющей поставленной цели. Формирование требований к системе. Анализ и обоснование подхода для построения системы «умный дом». Исследование и осуществление выбора аппаратных средств. Интеграция комплексной системы на основе выбранных компонентов: построение архитектуры «умного дома»; выполнение программной реализации, на основании выбранного подхода. Разработка высокоуровневой логики работы имеющейся системы: выполнение управления системой микроклимата по оптималь- ному закону регулирования; разработка способа управления системой освещения. Реализация удобного интерактивного пользовательского web - интер- фейса. Глава 1. Определение требований и выбор оп- тимального решенияВ данной главе проводится обзор существующих технологий, пред- назначенных для решения поставленных в работе задач. Осуществляется анализ систем, объединяющих в себе следующие технологии: протокол 1- wire, промышленные шины BUS. Приводится заключение относительно до- стоинств и недостатков данных систем. Формулируются требования к раз- рабатываемому решению, проводится выбор оптимального подхода, позво- ляющего в полной мере описать необходимый функционал для того, чтобы минимизировать затраты как финансовые, так и временные. Обзорно-аналитическая частьРост популярности автоматизированных инженерных систем, при- мером которых может служить «умный дом», обусловлен стремлением че- ловека к более удобной и комфортной жизни. «Умный дом», как средство приближения к комфорту, является современным инструментом, который интуитивно реагирует на действия своего «владельца», предугадывает по- ведение, контролирует инженерные системы и планирует события. «Умный дом» является совокупностью стандартов, которые осуществ- ляют интеграцию приборов различного типа в единую систему управления. В рамках данной работы были исследованы следующие возможности «ум- ного дома»: Управление микроклиматом (отопление, охлаждение). Управление электропитанием (система освещения). Система удаленного управления (web-интерфейс). На сегодняшний день, существуют следующие проводные техноло- гии, которые помогают в построении управления данными системами: ин- терфейс 1-wire, промышленные шины BUS и др. Рассмотрение беспровод- ных технологий, таких как Z-Wave, X10, ZigBee и др. в рамках данной работы не проводится. Интерфейс 1-wireИнтерфейс 1-wire был разработан в конце 1990 годов компанией Maxim Integrated. Он нашел свое применение как в системах домашней автоматизации, так и в промышленных системах. К преимуществам микросети 1-wire можно отнести следующие харак- теристики [11]: простота конфигурации сети; низкая стоимость; легкодоступность и простота компонентов; невысокие требования к шине; значительная протяженность линии (до 300 м.); открытый протокол и доступное программное обеспечение; возможность обходиться без электропитания в определенных услови- ях (при протяженности сети до 5 м.). Помимо существующих достоинств, данная технология обладает следую- щими недостатками: низкая скорость передачи данных (до 100 Кб/с); обязательное наличие мастера (ведущего) сети. Произведем подробное рассмотрение наличия мастера сети [11]. Устройства сети 1-wire, с точки зрения организации обмена данны- ми, являются ведомыми (пассивными) элементами цепи. Без специально- го запроса, компоненты 1-wire не могут отправлять данные в сеть, а это означает, что в устройствах не предусмотрена возможность взаимодействия между элементами без «активного» ведущего (мастера). Таким образом, для активации, контроля и управления работой се- ти и подключенными к ней устройствами обязательно наличие мастера сети, который может быть только один. Мастер 1-wire линии может по- разному работать со своими ведомыми элементами, данная характеристи- ка обусловлена используемым программным обеспечением. Но, в конечном итоге, только мастер сети, может посылать запрос для получения данных и определения состояния конкретного элемента. В частности, если в режиме реального времени необходимо осуществить вывод значений с множества температурных датчиков, то мастер 1-wire линии будет синхронно посы- лать запрос каждому датчику и ждать от него ответа. Присылать ответ ведущему сети может только одно устройство. Мастером сети может выступать микроконтроллер, который, при на- личии соответствующего программного обеспечения, одним из своих пор- тов ввода-вывода напрямую подключен к сети 1-wire. В качестве веду- щего сети может выступать компьютер, который использует специальные элементы сопряжения, позволяющие соединять 1-wire с COM-портом или USB-портом, такие как 𝐷𝑆9097 или 𝐷𝑆9490 соответственно. 1.2.1. Промышленные шины BUSВ системах домашней автоматизации нашли свое применение раз- личные промышленные шины, такие как: CEBus, EIB, BatiBus, LonTalk / LonWorks, CAN, Modbus, LIN и т.д. Для связи между компонентами си- стемы требуется прокладка двух, трех или четырехжильных кабелей по принципу общей шины (BUS). В отличие от интерфейса 1-wire, в таких системах не требуется наличие ведущего (мастера) сети, т.е. все элемен- ты могут поддерживать связь друг с другом напрямую. Благодаря такому подходу в несколько раз возрастает надежность и скорость работы систе- мы. С другой стороны, это влечет усложнение схемотехники, увеличение стоимости модуля и затруднение построения программного управления си- стемы. Примерами существующих систем, построенных на промышленных шинах, могут служить: INSYTE (серия LanDrive, RS485), контроллеры, ИК-трансиверы, дим- меры, релейные модули и т.д. iNELS (CAN) Использование промышленных стандартов не ограничивается их при- менением только в промышленных системах, они имеют место быть и в системах домашней автоматизации. Ярким примером подобного примене- ния могут служить микросхемы ATMEGA88/ATMEGA168, которые снаб- жены драйвером промышленной шины LIN, для шины CAN – AT90CAN / ATmega48 / PIC18F2580, трансивер MCP2510. Можно выделить следующие преимущества таких шин: наличие хорошо документированных спецификаций; поддержка этих решений во многих устройствах, микросхемах и го- товых модулях; помехозащищенность шины, в следствие стандарта RS-485, который использует балансный метод для передачи данных; Данные преимущества влекут за собой следующие недостатки: высокая стоимость модулей системы; сложность проектирования архитектуры системы; для программирования микроконтроллеров необходимо обладать зна- чительным запасом узкоспециализированных знаний и опытом. |