Структури та алгоритми роботи підсистем управління мікрокліматом і освітленням розумного будинку

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структури та алгоритми роботи підсистем управління мікрокліматом і освітленням розумного будинку

Сформовано вимоги до підсистем управління мікрокліматом і освітленням розумного будинку, основними з яких є: забезпечення комфортного мікроклімату проживання, освітлення та зменшення споживання енергоресурсів. Визначено, що забезпечити такі вимоги можна шляхом використання сучасних телекомунікаційних технологій та мікроконтролерних систем управління опаленням, кондиціонуванням, вентиляцією, температурою підлоги, внутрішнім і зовнішнім освітленням. Проаналізовано апаратно-програмні засоби, які пропонує ринок для синтезу систем управління розумним будинком, і показано, що недоліком таких засобів є необхідність їх адаптації до вимог конкретного застосування та відносно висока ціна, яка обмежує їх використання. Запропоновано для синтезу підсистем управління мікрокліматом і освітленням використовувати готові компоненти, які реалізуються у вигляді готових модулів. Показано, що підсистеми управління мікрокліматом і освітленням розумного будинку зв'язують в єдиний комплекс різне обладнання та інженерні системи будинку. Розроблено, з використанням платформи АМшіпо, структури підсистем управління мікрокліматом і освітленням розумного будинку, які адаптуються до вимог конкретного користувача та забезпечують підвищення комфортності проживання, зменшують споживання енергоресурсів і мають невисоку вартість. Основними компонентами розроблених підсистем управління мікрокліматом і освітленням є платформа (плата) АМшіпо, яка складається з мікроконтролера АШеї AVR, елементів обв'язки для програмування та інтеграції з іншими пристроями, давачів освітленості, руху, температури, вологості та сили вітру, засобів забезпечення мікроклімату - обігрівачі, підігрів підлоги, газовий котел, зволожувачі повітря, витяжки та жалюзі. Розроблено блок-схеми алгоритмів роботи підсистем управління мікрокліматом і освітленням розумного будинку. Запропоновано для управління розумним будинком використовувати як дротові (існуючі комунікації), так і бездротові (мережа Шете^ мобільний зв'язок) засоби зв'язку. Показано, що контроль і встановлення необхідних параметрів у розроблених підсистемах управління мікрокліматом і освітленням розумного будинку можна здійснювати за допомогою як сенсорних пультів, так і мобільних додатків.

Ключові слова: розумний будинок; підсистема управління; освітлення; мікроклімат; давачі; платформа АМшіпо; апаратно-програмні засоби.

Вступ. Сучасний будинок - це складний набір різних систем та комунікацій, які управляються з використанням технологій розумного будинку, забезпечують комфортне проживання його мешканців і зменшують енер- говитрати. В основі інтелектуального управління будинком лежить принцип нерозривного зв'язку всіх діючих у приміщенні функціональних систем: управління мікрокліматом, водопостачанням та водовідведенням, газопостачанням, електропостачанням та освітленням. Інформаційні технології розумного будинку повинні зв'язати в єдиний комплекс різне обладнання та інженерні підсистеми житла, керувати ними так, щоб забезпечувати високу енергоефективність і створювали максимально комфортний стан для проживання.

Розвиток телекомунікацій та мікропроцесорної техніки забезпечує вдосконалення роботи засобів управ-ління розумним будинком, які відповідають за підвищення зручності та комфорту проживання. Перспективним є розроблення сучасного розумного будинку, який має вміти розпізнавати конкретні ситуації, що відбуваються у приміщенні та відповідно на них реагувати. Це означає, що більшість процесів у будинку виконує не людина, а інтелектуальні інформаційні компоненти, які є невід'ємними складовими частинами розумного будинку.

Тому актуальною проблемою є розроблення апаратно-програмних засобів управління розумним будинком, які повинні зв'язати в єдиний комплекс різне обладнання та інженерні підсистеми будинку, забезпечити підвищення комфортності проживання та зменшення споживання енергоресурсів. мікропроцесорний розумний будинок телекомунікація

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Аналіз наявних апаратно-програмних засобів, які пропонує ринок для синтезу систем управління розумним будинком, показує, що такі засоби реалізуються у вигляді готових модулів (Kliuiko&Zlotenko, 2015; Tesliuk, et al., 2012; Medykovskyi, et al., 2015). Недоліком таких модулів є відносно висока ціна, яка обмежує їх використання. У роботах (Umnyi Dom, n.d.; Inzhenernyesistemy, n.d.; Obzornaia statia o sisteme "Umnyi dom", n.d.)розглянуто основні інженерні системи розумного будинку та системи управління ними. Визначено можливості інженерних систем, сформовано вимоги до систем управління клімат-контролем, освітленням і безпекою. Показано, що основними недоліками наявних систем управління та їх апаратно-програмних засобів є необхідність їх адаптації до вимог конкретного застосування.

В роботах (Vozmozhnosti Umnogo Doma, n.d.; HomeSapiens, n.d.; Hrytsiuk, et al., 2010) проаналізовано засоби зв'язку, які використовують для управління розумним будинком, та показано, що для управління можна використовувати як дротові (наявні комунікації), так і бездротові (мережа Internet, мобільний зв'язок).

З аналізу літературних джерел видно, що недоліком наявних систем і апаратно-програмних засобів управління розумним будинком є висока вартість і необхідність їх адаптації до вимог конкретного користувача.

Метою дослідження є розроблення структур та алгоритмів роботи підсистем управління мікрокліматом і освітленням розумного будинку.

Основні результати дослідження. Основними завданнями підсистеми управління мікрокліматом розумного будинку є забезпечення комфортного мікроклімату проживання та зменшення споживання енергоресурсів. Для виконання таких завдань розроблено підсистему управління мікрокліматом будинку, базову структуру якої наведено на рис. 1.

Основними компонентами розробленої підсистеми управління мікрокліматом є платформа (плата) АМиіпо, яка складається з мікроконтролера Atmel AVR і з елементів обв'язки для програмування та інтеграції з іншими пристроями, давачі температури, вологості та сили вітру, засоби забезпечення мікроклімату - обігрівачі, підігрів підлоги, газовий котел, зволожувачі повітря, витяжки та жалюзі.

Основними завданнями підсистеми управління освітленням будинку є забезпечення комфортного освітлення та зменшення споживання електричної енергії. Для виконання завдань, пов'язаних з освітленням, розроблено підсистему управління освітленням будинку, базову структуру якої наведено на рис. 2.

Основними компонентами розробленої підсистеми управління освітленням є плата АМиіпо, давачі освітлення та руху, жалюзі, засоби внутрішнього, зовнішнього та точкового освітлення.

Підсистема управління мікрокліматом будинку. Процес централізованого управління мікрокліматом є одним з найскладніших у системі життєзабезпечення будинку. Підсистема управління мікрокліматом будинку забезпечує управління такими засобами: опаленням; кондиціонуванням; вентиляцією; температурою підлоги.

Під час традиційної побудови господареві доводиться управляти кожним із цих засобів окремо. Причому можливі ситуації, коли в міжсезоння кондиціювання починає "боротися" з вентиляцією. Це призводить до прискореного зносу обладнання і підвищеного енергоспоживання. Щоб уникнути подібного, необхідна єдина підсистема, яка об'єднає управління всіма засобами, які забезпечують мікроклімат будинку. З її допомогою температуру в будь-якій кімнаті можна відрегулювати прямо з настінної панелі або переносного пульта керування.

Початок

Рис. 3. Блок-схема алгоритму роботи підсистеми управління мікрокліматом розумного будинку

Господаря немає вдома, але підсистема повідомить йому про силу вітру, опади, температуру на вулиці і в приміщеннях, отримає і виконає накази - наприклад, відчинити вікна, щоб провітрити кімнати. Розпочнеться сильний вітер або дощ - автоматика їх зачиняє. У спе- котний літній полудень увімкне кондиціонери й опустить жалюзі. У підсистемі мікроклімату також можливе створення різних сценаріїв роботи залежно від зовнішньої та внутрішньої ситуації.

Наприклад, коли необхідно приїхати в заміський будинок, то подають команду з мобільного телефону або з Інтернету, і система "розумний будинок" підготує його до вашого приїзду. Блок-схему алгоритму роботи підсистеми управління мікрокліматом розумного будинку наведено на рис 3.

У кожному приміщенні підсистема підтримує індивідуальні параметри - температуру, вологість, приплив свіжого повітря. Причому залежно від вуличної температури і потрібної швидкості прогріву (або ж за бажанням господарів), вибирає і вмикає на необхідну потужність один або кілька теплових приладів - радіатори опалення, теплі підлоги, тепловентилятори, кондиціонери в режимі обігріву.

Щоб створити комфортні умови для сну, до ночі температура знизиться, а вранці - підвищиться. Якщо надовго їдете з дому, то в ньому встановлюється економічний режим (+15-16 °С). За три-чотири години до повернення можна дати команду телефоном або через Ін- тернет, і до потрібного моменту автоматика встановить у приміщеннях задані кліматичні параметри.

Рис. 4. Блок-схема алгоритму роботи підсистеми освітленням будинку

Підсистема управління освітленням. Управління освітленням - одна з найважливіших функцій розумного будинку, завдяки якій забезпечується не тільки особливий комфорт, а й значна економія споживаної електроенергії. У підсистемі управління освітленням за допомогою платформи Arduino, сенсорних пультів та інших засобів формуються сигнали управління настінними панелями та джерелами світла в різних приміщеннях (зонах), а також створюються світлові картини в окремій кімнаті. Для цього у пам'ять системи завантажуються готові світлові сценарії, вибір одного з яких дає змогу ввімкнути світильники, встановлені в різних частинах кімнати чи будинку. Основними завданнями підсистеми управління освітленням є формування сигналів управління: внутрішнім освітленням; зовнішнім освітленням; точковим освітленням; жалюзі; яскравістю освітлення.

Підсистеми управління освітленням працюють за алгоритмом, блок-схему якого наведено на рис. 4. У випадку, коли відбувся рух (наприклад, у разі входу в будинок або до ванної кімнати) - давач активізується і передає сигнал на плату Arduino, яка формує сигнал увімкнення точкового освітлення.

Висновки

Показано, що апаратно-програмні засоби підсистем управління розумним будинком повинні зв'язати в єдиний комплекс різне обладнання, інженерні підсистеми будинку та забезпечувати адаптацію до вимог конкретного користувача.

Розроблено на базі платформи Arduinoнадійні та дешеві підсистеми управління мікрокліматом і освітленням, які управляються як за допомогою пультів, так із використанням Інтернету та забезпечують цілодобовий моніторинг будинку.

Використання розроблених підсистем управління мікрокліматом і освітленням забезпечує підвищення комфортності проживання мешканців і значне зменшення споживання енергоресурсів.

Перелік використаних джерел

1. HomeSapiens. (n.d.). Home Sapiens - programmnoe obespechenie umnogo doma. Retrieved from: http://techvesti.ru/node/4627. [In Russian].

2. Hrytsiuk, Yu. I., Nazar, M. B., & Polishchuk, M. O. (2010). Al- horytmy ta metody styskannia danykh. VisnykLvivskohoderzhav- nohouniversytetubezpekyzhyttiediialnosti: zb. nauk. prats, 4( 1), 7-13. Lviv: Vyd-vo LDU BZhD. [In Ukrainian].

3. Inzhenernye sistemy. (n.d.). Inzhenernye sistemy vashei kvartiry i doma. Retrieved from: http://ingsvd.ru/main/smarthome. [In Russian]. Kliuiko, Yu. I., & Zlotenko, B. M. (2015). Rozrobka intelektualnoi systemy keruvannia osvitlenniam "rozumnoho budynku". Tekhno- lohii ta dyzain, 2(15). Retrieved from: http://nbuv.gov.ua/ UJRN/td_2015_2_8. [In Ukrainian].

4. Medykovskyi, M. O., Tkachenko, R. O., Tsmots, I. H., Tsymbal, Yu. V., Doroshenko, A. V., & Skorokhoda, O. V. (2015). Intelektu- alni komponenty intehrovanykh avtomatyzovanykh system upravlin- nia. Lviv: Vydavnytstvo Lvivskoi politekhniky. 315 p. [In Ukrainian]. Obzornaia statia o sisteme "Umnyi dom". (n.d.). Retrieved from: http://portfolio.textsale.ru/10/12343. [In Russian].

5. Tesliuk, V. M., Berezkyi, O. M., Berehovskyi, V. V., & Tesliuk, T. V. (2012). Rozroblennia neirokontrolera dlia upravlinnia pidsystemoiu osvitlennia intelektualnoho budynku. Zbirnyk naukovykh prats IP- ME im H. Ye. Pukhova NAN Ukrainy, 64, 137-143. [In Ukrainian]. Umnyi Dom. (n.d.). Retrieved from: http://electronic-home.com.ua/. [In Russian].

6. Vozmozhnosti Umnogo Doma. (n.d.). URL: http://www.bau.ua/lib- rary/art-vozmozhnosti_umnogo_doma. [InRussian].

Размещено на Allbest.ru