Пример практической реализации проекта «умный дом»

Пример практической реализации представлен на «Рисунок 1.1».

Рисунок 1.1 – Пример практической реализации проекта «умный дом»

На «Рисунок 1.1» представленны следующие элементы:

a) Система защиты от протечек — автоматическая блокировка водоснабжения при протечке и заливе помещения. Состоит из контролирующего устройства, специальных кранов и датчиков, определяющих затопление.

b)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

GSM-модуль — удалённое информирование об инцидентах в доме и управление системами дома через телефон.

c) Защита от пожара — система датчиков, реагирующих на появление в воздухе угарного газа. В случае возгорания, будет включена противопожарная система, прекращен доступ свежего воздуха, перекрыт газ, отключено электричество.

d) Защита от вторжения и охранная сигнализация — комплекс систем и устройств, защищающих от проникновения на территорию посторонних лиц. При попытке проникновения через дверь или окно, срабатывают системы звукового и светового оповещения. На телефон владельца поступает оповещение, кроме того, параллельно происходит оповещение служб безопасности.

e) Управление освещением — система, состоящая из различных датчиков и устройств, позволяющая регулировать яркость освещения, включение освещения при приближении и выключение света при уходе.

f) Отопление и кондиционирование — позволяют сохранять в доме заданную температуру и изменять её в зависимости от владельца. Также обеспечивает дом свежим и чистым воздухом и сохраняет оптимальную влажность.

g) Управление шторами — позволяет открывать и закрывать шторы автоматически в соответствии с уровнем уличной освещённости.

h) Управление питанием розеток — позволяет управлять включенным в розетки электроприбором на расстоянии.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Практическая часть

 

2.1

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Разработал

Проверил

Утвердил

Практическая часть

Лит.

Листов

ГПОУ «СЦБТ» гр.ТО-41

Описание основных элементов прототипа «умного дома»

 

 

a) Raspberry Pi 3 Model B (представлена на «Рисунок 2.1»)

Рисунок 2.1 – Raspberry Pi 3 Model B

 

Raspberry Pi — одноплатный компьютер, изначально разработанный как бюджетная система для обучения информатике, впоследствии получивший намного более широкое применение. За три года было продано более 4,5 миллионов устройств Raspberry Pi. Компьютер распространяется полностью собранным на четырёхслойной печатной плате. В стандартный комплект поставки входит только сама плата. Корпус, блок питания, флеш-карту необходимо заказывать отдельно.

 

Raspberry Pi выпускается в нескольких комплектациях: модель «A», модель «B», модель «B+», модель «2 B», «Zero» и «3B». Первые три версии оснащены ARM11 процессором Broadcom BCM2835 с тактовой частотой 700 МГц и модулем оперативной памяти на 256МБ/512МБ, размещенными непосредственно на процессоре. Модель «2 B» оснащается процессором с 4 ядрами Cortex-A7 с частотой 1ГГц и оперативной памятью размером 1ГБ. Модель «A» оснащается одним USB 2.0 портом, модель «B» двумя, а модели «B+» и «2 B» — четырьмя. Также в моделях «B», «B+» и «2 B» присутствует порт Ethernet.

Вывод видеосигнала возможен через разъём RCA или через HDMI-интерфейс. Корневая файловая система, образ ядра и пользовательские файлы размещаются на карте памяти SD, MMC, microSD (только в модели «B+») или SDIO.

Одной из самых интересных особенностей Raspberry Pi является наличие портов GPIO. Благодаря этому компьютер можно использовать для управления различными устройствами. В модели «B» платы присутствует 26-пиновый, а в модели «B+» и «2 B» — 40-пиновый разъем GPIO.

Raspberry Pi работает в основном на операционных системах, основанных на Linux ядре. Также возможна установка Windows 10 IOT. ARM11 основан на 6 версии ARM, который поддерживает не все версии Linux.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Официально поддерживаемые операционные системы:

· Raspbian — бесплатная операционная система на основе Debian, оптимизированная для оборудования Raspberry Pi. рекомендуется для всех тех, кто только начинает знакомиться с Raspberry Pi;

· Pidora — операционная система Fedora оптимизированная для Raspberry Pi. Fedora — дистрибутив операционной системы GNU/Linux. Цель проекта Fedora — построение целостной операционной системы из свободного программного обеспечения;

·

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

OpenELEC — медиапроигрыватель Kodi с открытым исходным кодом на базе Linux. Kodi — бесплатный кроссплатформенный медиаплеер и программное обеспечение для организации персональго компьютера с использованием его в качестве домашнего кинотеатра с открытым исходным кодом;

· поддержка Windows 10 для Raspberry Pi 2B.

Для установки операционной системы используется образ операционной системы, который можно развернуть на SD-карту.

Технические характеристики Raspberry 3 Model B:

· 64-битный четырехядерный процессор ARMv8 с тактовой частотой 1,2 ГГц;

· Wi-Fi интерфейс 802.11n;

· Bluetooth 4.1;

· Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE).

· 1GB RAM;

· 4 USB порта;

· 40 входных/выходных выводов общего назначения (GPIO);

· HDMI порт;

· порт Ethernet;

· комбинированный разъем 3,5 мм для аудио и видео;

· последовательный интерфейс камеры (CSI);

· последовательный интерфейс дисплея (DSI);

· слот карты памяти microSD;

· графическое ядро VideoCore IV 3D.

b)
Arduino Uno

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

R3 (представлена на «Рисунок 2.2»)

 

Рисунок 2.2 – Arduino Uno R3

Arduino — торговая марка аппаратно-программных средств для построения простых систем автоматики и робототехники, ориентированная на непрофессиональных пользователей. Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры. Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат, продающихся как официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции Arduino.

Технические характеристики:

· Микроконтроллер: ATmega328

· Тактовая частота: 16 МГц

· Напряжение логических уровней: 5 В

· Входное напряжение питания: 7–12 В

· Портов ввода-вывода общего назначения: 20

· Максимальный ток с пина ввода-вывода: 40 мА

· Максимальный выходной ток пина 3.3V: 50 мА

· Максимальный выходной ток пина 5V: 800 мА

· Портов с поддержкой ШИМ: 6

· Портов, подключённых к АЦП: 6

· Разрядность АЦП: 10 бит

· Flash-память: 32 КБ

· EEPROM-память: 1 КБ

· Оперативная память: 2 КБ

· Габариты: 69×53 мм

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Сердцем платформы Arduino Uno является 8-битный микроконтроллер семейства AVR - ATmega328P.

Микроконтроллер ATmega16U2 обеспечивает связь микроконтроллера ATmega328P с USB-портом компьютера. При подключении к ПК Arduino Uno определяется как виртуальный COM-порт. Прошивка микросхемы 16U2 использует стандартные драйвера USB-COM, поэтому установка внешних драйверов не требуется.

Пины питания: VIN - напряжение от внешнего источника питания (не связано с 5 В от USB или другим стабилизированным напряжением). Через этот вывод можно как подавать внешнее питание, так и потреблять ток, если к устройству подключён внешний адаптер. 5V - на вывод поступает напряжение 5 В от стабилизатора платы. Данный стабилизатор обеспечивает питание микроконтроллера ATmega328. 3.3V - 3,3 В от стабилизатора платы. Максимальный ток вывода - 50 мА. GND - выводы земли. IOREF - вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера. В зависимости от напряжения, плата расширения может переключиться на соответствующий источник питания либо задействовать преобразователи уровней, что позволит ей работать как с 5 В, так и с 3,3 В устройствами.

Порты ввода – вывода: цифровые входы/выходы: пины 0 - 13, логический уровень единицы - 5 В, нуля - 0 В. Максимальный ток выхода - 40 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

ШИМ: пины 3,5,6,9,10 и 11, позволяют выводить 8-битные аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала. АЦП: пины A0–A5, 6 аналоговых входов, каждый из которых может представить аналоговое напряжение в виде 10-битного числа (1024 значений). Разрядность АЦП - 10 бит. TWI/I²C: пины SDA и SCL, для общения с периферией по синхронному протоколу, через 2 провода. SPI: пины 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK), через эти пины осуществляется связь по интерфейсу SPI. UART: пины 0(RX) и 1(TX), эти выводы соединены с соответствующими выводами микроконтроллера ATmega16U2, выполняющей роль преобразователя USB-UART. Используется для коммуникации платы Arduino с компьютером или другими устройствами через класс Serial.

Светодиодная индикация: RX и TX, мигают при обмене данными между Arduino Uno и ПК. L - Светодиод вывода 13. При отправке значения HIGH светодиод включается, при отправке LOW выключается. ON – индикатор питания на плате.

Разъём USB Type-B предназначен для прошивки платформы Arduino Uno с помощью компьютера.

Разъём для подключения внешнего питания от 7 В до 12 В.

ICSP-разъём предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера ATmega328P. С использованием библиотеки SPI данные выводы могут осуществлять связь с платами расширения по интерфейсу SPI. Линии SPI выведены на 6-контактный разъём, а также продублированы на цифровых пинах 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO) и 13(SCK).

c)
Твердотельное реле SSR - 25DA (представлена на «Рисунок 2.3»)

Рисунок 2.3 - Твердотельное реле SSR - 25D

Твердотельное реле (ТТР)— электронное устройство, являющееся типом реле без механических движущихся частей, служащее для включения и выключения высокомощностной цепи с помощью низких напряжений. ТТР содержит датчик, который реагирует на вход (управляющий сигнал) и твердотельную электронику, включающую высокомощностную цепь. Этот тип реле может использоваться в сетях постоянного и переменного тока.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Серийные твердотельные реле используют технологии полупроводниковых устройств, таких как тиристоры и транзисторы, чтобы переключать токи до сотен ампер. ТТР имеют более высокую скорость переключения, чем электромеханические реле. Твердотельные реле менее приспособлены к выдерживанию кратковременных перегрузок, чем их электромеханические аналоги, и имеют чуть большее сопротивление в замкнутом состоянии.

Твердотельное реле SSR - 25DA – это однофазное реле DC-AC типа.

Технические характеристики:

· Номинальное управляющее напряжение – от 3 до 32 B постоянного тока;

· Напряжение включения/выключения – включение более 2,4 B / выключение менее 1 B;

· Ток срабатывания – 7,5 мА / 12 B;

· Номинальное напряжение нагрузки – от 24 до 380 B переменного тока;

· Падение напряжения 1,6 B / 25 °C;

· Время отклика на входной сигнал – менее 10 мс;

·

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Диапазон рабочих температур – от -20 до 80 °C;

· Номинальный ток нагрузки – 25 A.

d) Датчик температуры и влажности DHT11(представлен на «Рисунок 2.4»)

Рисунок 2.4 - Датчик температуры и влажности DHT11

Датчики DHT состоят из двух основных частей: ёмкостный датчик влажности и термистор. Также в корпусе установлен чип для преобразования аналогового сигнала в цифровой.

Технические характеристики:

· Питание – от 3 до 5 B;

· Максимально потребляемый ток – 2.5 мА при запросе данных;

· Рассчитан на измерение уровня влажности в диапазоне от 20% до 80%. При этом точность измерений находится в диапазоне 5%;

· Измеряет температуру в диапазоне от 0 до 50 градусов с точностью плюс-минус 2%;

· Частота измерений не более 1 Гц (одно измерение в секунду);

·

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 09.02.01. 17 ПЗ

Размер корпуса: 15.5 мм x 12 мм x 5.5 мм.