Принцип работы системы «умный дом»

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Сыктывкарский целлюлозно-бумажный техникум»

 

Специальность: 090201 «Компьютерные системы и комплексы»

 

 

К защите допущен

Зам. директора по УПР

__________ Е.В.Соколова

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

 

 

на тему: «Настройка оборудования и установка программного обеспечения для прототипов управляющего элемента системы «умный дом»»

 

Студент группы ТО-41

Клочков Евгений Станиславович

Работа выполнена:

«___»________201_ г.

Руководитель работы:

Антонов И.В.

________________

«__»_________ 201_г.

 

 

Сыктывкар 2017г.

Коми Республикаса йöзöс велöдан, да наука том йöз политика министерство

Министерство образования, науки и молодежной политики Республики Коми

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Сыктывкарский целлюлозно-бумажный техникум»

Согласовано

Зам. директора по УПР

___________ Е.В.Соколова

«__» ____________ 2017 г.

Задание

для выполнения дипломного проекта

по специальности 090201 «Компьютерные системы и комплексы»

квалификация: Техник по компьютерным системам

Студенту: Клочкову Евгению Станиславовичу

Группа: ТО-41

 

 

Тема работы

Настройка оборудования и установка программного обеспечения для прототипов управляющего элемента системы «умный дом»

Рассмотрено на заседании ПЦК

Информационных дисциплин

Председатель ПЦК

Шулепов Виктор Алексеевич _____

 

Сыктывкар 2017

Перечень вопросов, подлежащих разработке:

Пояснительная записка

Теоретическая часть

1.1 Понятие - «умный дом»

1.2 Принцип работы системы «умный дом»

1.3 Элементы системы «умный дом»

1.4 Протоколы обмена данными

1.5 Передающие среды

1.6 Пример практической реализации

Практическая часть

2.1 Описание элементов прототипа «умного дома»

2.2 Описание возможных проблем

2.3 Описание выполненных работ

Экономическая часть

Охрана труда

Заключение

Список источников и литературы

Дата выдачи дипломного задания: 06.04.2017

Срок окончания дипломного проектирования: 14.06.2017

Руководитель дипломного проектирования Антонов И.В.

Председатель предметной комиссии: Шулепов В.А.

Содержание

 

Введение. 5

1 Теоретическая часть. 8

1.1 Понятие - «умный дом». 8

1.2 Принцип работы системы «умный дом». 11

1.3 Элементы системы «умный дом». 12

1.4 Протоколы обмена данными. 15

1.5 Передающие среды.. 22

1.6 Пример практической реализации проекта «умный дом». 23

2 Практическая часть. 25

2.1 Описание основных элементов прототипа «умного дома». 25

2.2 Описание возможных проблем.. 34

2.3 Описание выполненных работ. 35

3 Экономическая часть. 39

4 Охрана труда. 41

5 Заключение. 45

Список источников и литературы.. 46

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Разработал

Проверил

Утвердил

Введение

Лит.

Листов

ГПОУ «СЦБТ» гр.ТО-41

Введение

 

 

О существовании умных домов знает сегодня, наверное, каждый, однако, до сих пор далеко не все понимают, что собой представляют данные системы и какие возможности открывают своим жителям. Существует множество толкований понятия «умный дом», в чем-то похожих, а в чем-то отличающихся друг от друга. Но по существу далеко не все они дают полную информацию.

В настоящее время «умные дома» в России не распространены широко и чаще всего являются достаточно дорогостоящими. Это связано с отсутствием объективной потребности в «умном доме» как системе, предназначенной для городской квартиры.

В нашем понимании «умный дом» — это единая система управления, совмещающая в себе, во-первых, органы чувств, позволяющие воспринимать различные параметры окружающей среды, такие как влажность воздуха, освещенность, присутствие человека, температуру, качество воздуха, давление, возникновение протечек воды и утечек газа.

Во-вторых, управляющие элементы, своего рода руки и ноги дома, позволяющие управлять освещением и бытовой техникой, воротами и рольставнями, водоснабжением и канализацией, вентиляцией и отоплением.

Кроме этого «умные дома» оснащаются широким спектром устройств обратной связи, позволяющих человеку общаться с домом, начиная от простых кнопок, выключателей и светодиодных индикаторов до возможности управления, используя все современные способы и протоколы проводной и беспроводной связи.

 

Ну и конечно, главной составляющей «умного дома» является устройство, модуль или просто центр обработки информации и управления. Благодаря этому, своего рода, мозгу подобные дома и назвали умными.

Таким образом, «умный дом» может быть запрограммирован на выполнение определенных задач, называемых сценариями. Это могут быть простые реакции на воздействия, например, включение обогревателя при определенном уровне температуры в помещении, или сложное комплексное управление.

Выделение типовых сценариев позволяет разделить «умный дом» на подсистемы. Обычно выделяют такие подсистемы, как:

· охрана и контроль;

· климат и отопление;

· управление светом;

· управление бытовыми электроприборами.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

В целом, любой «умный дом» выполняет не только функциональные задачи управления, контроля, осуществления безопасности и энергосбережения, но и эмоциональные, сближая человека и его жилище.

Целью дипломного проекта является практическая реализация прототипа системы «умный дом».

Исходя из поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

· Провести исследование возможных методов сбора данных с внешних датчиков;

· Провести сравнительный анализ существующих на рынке систем «умный дом»;

· Изучить операционную систему Raspbian, использующуюся на оборудовании Raspberry Pi 3 Model B;

· Подобрать необходимые аппаратные и программные компоненты и собрать единую систему, отвечающую заявленной задаче.

В первом разделе дипломной работы будут рассмотрены теоретические аспекты, сопутствующие практической реализации проекта.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Во втором будет сделана попытка практической реализации проекта. Для чего будет произведен ряд работ с аппаратным обеспечением, установка и тонкая настройка целого комплекса программного обеспечения. Всем выполненным работам будет дано описание и приведены конфигурационные файлы.

В третьей части дипломного проекта будет рассмотрена экономическая сторона вопроса, а именно какие компоненты были приобретены для создания проекта «Умный дом», количество часов затраченных на выполнение проекта и сравнение стоимости с готовыми аналогами.

1

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Разработал

Проверил

Утвердил

Теоретическая часть

Лит.

Листов

ГПОУ «СЦБТ» гр.ТО-41

Теоретическая часть

 

Понятие - «умный дом»

 

 

«Умный дом» - система высокотехнологичных устройств в жилом доме современного типа, организованная для наиболее комфортного проживания или работы людей.

Под «умным домом» следует понимать систему, которая обеспечивает безопасность и ресурсосбережение для всех пользователей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам.

Например, система отопления никогда не сможет работать против системы кондиционирования. А отопление осуществляется не только по погоде, но и с учётом целого ряда других факторов. От силы ветра, по предсказанию, от времени суток.

Можно считать, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека с жилым пространством, когда в автоматизированном режиме в соответствии с внешними и внутренними условиями задаются и отслеживаются режимы работы всех инженерных систем и электроприборов.

Технической основой умных зданий является Автоматизированная система управления зданием (сокращенно АСУЗ).

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Она предназначена для автоматизации процессов и операций, которые реализуются в современных зданиях. Достаточно часто в литературе встречается употребление термина АСУЗ, как системы для автоматизации инженерных систем (или систем жизнеобеспечения) здания: вентиляции, отопления и кондиционирования, водоснабжения и канализации, электроснабжения и освещения, и т. д. В больших и сложных зданиях можно выделить несколько десятков инженерных систем.

Основными целями создания АСУЗ являются повышение безопасности, улучшение комфорта и обеспечение эффективности ресурсопотребления. Результат достигается за счет лучшего качества работы систем жизнеобеспечения здания при сокращении расходов на обслуживающий персонал.

Бытует мнение, что АСУЗ следует различать на системы для коммерческих объектов недвижимости и на системы для коттеджей, дач и отдельных квартир. Таким образом, как бы определяя два сектора рынка: автоматизация зданий и домашняя автоматизация.

При построении АСУЗ, как правило, реализуется три уровня автоматизации:

· Верхний — уровень диспетчеризации и администрирования с базами данных, на котором осуществляется взаимодействие между персоналом (операторами, диспетчерами) и системой через человеко-машинный интерфейс, реализованный в основном на базе компьютерных средств. Этот же уровень должен отвечать за информационное взаимодействие с уровнем предприятия.

· Средний — уровень автоматического (автоматизированного) управления функциональными процессами, основными компонентами которого являются контроллеры управления, модули ввода-вывода сигналов и различное коммутационное оборудование.

·

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Нижний — «полевой» уровень (уровень конечных устройств) с функциями входа/выхода, включающий в себя датчики и исполнительные механизмы, а также кабельные соединения между устройствами и нижним-средним уровнями.

 

Принцип работы системы «умный дом»

 

 

Для автоматизации и контроля жилища используются датчики и сопутствующее оборудование. Все сенсоры подключаются к единой системе управления, при помощи которой производится их контроль. Рассмотрим принцип действия на примере контроля освещения и отопления.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

В зависимости от выбранной технологии, свет может включаться при помощи датчиков освещенности, которые реагируют на снижение солнечной активности или в определенное время суток. Первый вариант используется в основном для уличного освещения, второй – для домашнего. Помимо этого, квартира дополнительно оборудуется датчиками присутствия, т. е., при нахождении хозяина в доме свет не горит во всех комнатах, а только в тех, где находится человек.

Аналогично работает и система отопления. Её контролирует термостат, который дополнительно подключен к микроконтроллеру. При снижении температуры на улице или при наступлении определенного времени года (большинство современных технологий позволяют установить даты на несколько лет вперед), включается система отопления. Её можно выключить вручную или перенастроить в зависимости от климатических особенностей года.

Конечно, проектирование умного дома не ограничивается монтажом датчиков света и температуры. Дополнительно могут устанавливаться сенсоры температуры и потока воды, охраны (на двери и окна) и даже некоторой домашней техники (например, это пылесос, телевизор, аудиоустановки и т. д.).