Библиографическое описание:

Кузин Д. А. Создание модульной системы умного дома на базе аппаратного комплекса National Instruments // Молодой ученый. — 2016. — №19. — С. 87-90.



В настоящее время различные компании создают множество предметов “умного дома”. Например, стиральные машины или чайники, которыми можно управлять со смартфона. Крупные компании уже принимаются за создание более комплексных решений — создают системы управления сразу несколькими предметами в доме через единый интерфейс (например, HomeKit от компании Apple). Второй вариант считается более перспективным, т. к. сети пятого поколения предполагают возможность обмена данными между множеством различных датчиков и устройств для упрощения жизни пользователей. Сбор данных и вычислительные процессы систем Интернета вещей (Internet of Things — IoT) позволят автоматизировать многие ежедневные задачи.

Ключевые слова: умный дом, модульная система, датчики, схемотехника, автоматизация, разработка интерфейса, удаленное управление

Цели

Создание управляемого модуля, который отвечает за включение или выключение света в помещении. Написание кода, который возможно будет добавить к коду основной системы при подключении модуля. Создание модульной системы “умный дом”.

Введение

В данной статье рассматривается создание модуля расширения для комплексной системы “умного дома”. Комплексная система предполагает возможность расширения для выполнения большего количества задач. Элементами расширения системы являются модули, состоящие из датчиков и программного обеспечения (кода). Предполагается создание универсальной расширяемой системы, где при подключении дополнительного датчика в систему будет добавляться необходимый дополнительный код, также выполненный в виде модуля, что облегчит его подключение к центральной системе управления. Если выражаться более просто, то присоединив датчик в доме, пользователю придется только включить исполнение кода для этого модуля в удобном интерфейсе программы, например, поставив галочку в необходимом поле.

Описание физического модуля

Как писалось выше, модуль расширения будет состоять из физического модуля и кода. В начале разберем физический модуль, состоящий из датчика освещения и осветительного элемента. На рисунке 1 изображен сам модуль. Цифрой “1” обозначен световой элемент. В данном примере он выполнен с помощью зеленого диода. В масштабе квартиры или другого помещения этот элемент замещается лампой или другим осветительным прибором. Оценка освещенности комнаты осуществляется с помощью фотоэлемента (цифра “2”). Его сопротивление меняется в зависимости от интенсивности света (видимый спектр, длина волны 400–700 нм) в пределах от 100 Ом при высокой освещенности до 10 МОм в условиях темноты. Диапазон измерения, а также чувствительность этого элемента довольно высоки, что позволяет предоставить пользователю возможность настраивать включение света именно для того уровня освещения, который он считает недостаточным. Настройка параметров модуля осуществляется через удобный пользовательский интерфейс (рисунок 3).

Рис. 1. Модуль включения света при недостаточном освещении

Рис. 2. Модуль включения света при недостаточном освещении. Лампочка горит при помещении датчика в темноту

Описание программы ипользовательского интерфейса

На данный момент пользователю предлагается настройка порога освещенности при котором модуль будет включать свет. Выполнено программное обеспечение в минималистичном стиле с использованием основных индикаторов и элементов управления, чтобы сделать весь интерфейс максимально удобным для конечного пользователя продукта.

Рис. 3. Упрощенный интерфейс пользователя для модуля Включение света при недостаточной освещенности

Процесс настройки приложения происходит следующим образом: пользователь помещает датчик в те условия освещения, которые он считает недостаточными, и вращая ручку на виртуальном приборе, он подбирает предел включения света соотнося его с индикатором интенсивности света в данном моменте в данном помещении. Таким образом пользователь сам определяет комфортное время включения дополнительного освещения помещения. Рекомендованные настройки указаны в справке к модулю. Доступ к пользовательскому интерфейсу осуществляется через домашнюю сеть Wi-Fi.

Описание электрических схем

На рисунке 4 (а, б) изображены электрические схемы, которые используются в модуле. Разберем элементы именно этого модуля, который используется для примера. Для питания схемы с датчиком (рис.4, а) используется напряжение 5 В. Далее располагается фотоэлемент API PDV P9203, сопротивление которого изменяется в зависимости от освещенности (рис. 5). Провод потом идет на контроллер myRIO, соединяясь с аналоговым входом AI 1 (Analog Input). Через программное обеспечение LabVIEW мы можем получить данные с этого входа. Далее находится резистор 10 кОм и заземление.

Схема с элементом освещения (рисунок 4, б) в данном случае питается напряжением 3.3 В, далее расположен светодиод и предохранительный резистор. Сопротивление резистора рассчитывается в зависимости от питания схемы и сопротивления осветительного элемента.

Рис. 4. Электрические схемы, используемые в модуле (а — определение освещенности помещения, б — осветительный элемент)

Рис. 5. Зависимость сопротивления фотоэлемента от освещения

Заключение

Данный модуль имеет очень компактные размеры, может быть размещен в любом удобном пользователю месте. Он прост в подключении к общей системе “умного дома”, что облегчает пользователю первичную настройку и положительно располагает к себе (комплексу в целом) при первом знакомстве с устройством. Наличие удаленного доступа по Wi-Fi позволяет включить свет в любом помещении, где установлен данный модуль, без необходимости присутствия в этой комнате, что при дальнейшем развитии системы позволит удобно управлять освещением целого дома с любой его точки. Возможность использования любого осветительного прибора уже в настоящее время реализуется в процессе создания этого модуля, таким образом позволяя пользователю взаимодействовать с уже установленным в его доме освещении, избавляя его от необходимости полной замены осветительных приборов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle