Обзор технологий умного дома и сравнение готовых решений

АННОТАЦИЯ

Цель работы – разработка аппаратно-програмного комплекта для управления электроприборами

Основная цель работы – разработка комплекса который может облегчить способ взаимодействия с бытовыми вещами

Тема работы является актуальной, а сама работа имеет практическую значимость, так как разработанный комплекс будет применим в любом доме

Выпускная квалификационная работа содержит 60 страницы, 25 рисунков, 9 формул и список использованных источников, состоящий из 17 пунктов.

 

ANNOTATION

 

he purpose of the work is to develop a hardware and software kit for controlling electrical appliances.The main goal of the work is the development of a complex that can facilitate the way of interaction with everyday things.The topic of work is relevant, and the work itself has practical significance, since the developed complex will be applicable in any home.The final qualifying paper contains 60 pages, 25 figures, 9 formulas and a list of references used, consisting of 17 items.

.

 

ВВЕДЕНИЕ

Термин «умный дом» или «интеллектуальный дом» используется для обозначения современных домов и зданий, в которых инженерные, информационные системы и системы безопасности объединены в единую и организованную комплексную интеллектуальную систему. Данная интеллектуальная система призвана обеспечивать большую безопасность, а также лучший комфорт жильцам дома. Как правило, основная причина установки систем умного дома заключается в повышении домашнего уюта путем автоматизации рутинных задач, таких как управление освещением, климат-контролем, системами мультимедиа и т.д.

Сегодня, умный дом - это маленькое государство. Как и у государства, у умного дома является административная служба, обслуживающих эту систему автоматически. Также в ней существует большое количество автономных управлений, которые отвечают каждый за свой аспект привнесения пользы к «государства», а именно: система отопления и климата, водоснабжения, контроль входа и выхода, пожарная служба и другие. Очень легко провести параллель с реально существующими службами. Действия этих учреждений часто неэффективны из-за человеческого фактора, ведь часто при экстренных ситуациях принимать решение нужно в считанные секунды. Автоматизация управления различными сферами жизни человека с развитием технологий умного дома все чаще показывает себя эффективнее, чем целая команда операторов, которые круглосуточно следят по показателям каждого отдельного сектора или даже каждого отдельного дома. Нельзя не упомянуть стоимость обучения персонала и его заработную плату. Гораздо дешевле платить счета за электричество, которое потребляют датчики, чем целому персоналу рабочих.

Все острее встает вопрос доступности и легкости мониторинга на управление умным домом. Владелец или пользователь, умным домом должен иметь доступ ко всем системам, иметь возможность управлять ими на расстоянии и получать информацию о состоянии каждой из них круглосуточно. Он должен быть уверен, что никто без его ведома не может получить информацию о его системе умного дома, тем более, иметь возможность как-то на нее повлиять. Крупные компании и сервисы, предоставляющие услуги облачных вычислений все чаще начинают смотреть в сторону Интернету вещей и систем умного дома. Ставя на кон свою репутацию и идя на поводу в конкуренции, они всеми силами пытаются сделать удобный, быстрый и безопасный сервис управления умным домом.

Данная интеллектуальная система призвана обеспечивать большую безопасность, а также лучший комфорт жильцам дома. Как правило, основная причина установки систем умного дома заключается в повышении домашнего уюта путем автоматизации рутинных задач, таких как управление освещением, климат-контролем, системами мультимедиа и т.д.

Цель данной выпускной квалификационной работы заключается в разработке программно-аппаратного комплекса на базе концепции «интернет вещей» для автоматизации управления домашними электроприборами.

Обзор предметной области

1.1 Концепция умного дома

Умные дома, как и большинство достижений современной техники, изначально появились на страницах фантастических рассказов. Но материализовываться идея начала лишь в ХХ-м веке после широкого введения электричества в зданиях и развития информационных технологий. Первое сообщение об отдаленных приборы контроля можно отнести к разработке Николой Тесла дистанционного управления судами и транспортными средствами в 1898 году

Электрические бытовые приборы начали появляться между 1915 и 1920 гг. Сразу продемонстрировали готовность общества заменить работу домашнего персонала дешевыми механизмами. Правда в то время, проблема энергосбережения при использовании новых технологий еще решена не была. Поэтому, некоторое время, новейшие технологии были доступны лишь очень состоятельным людям. Это была экспериментальная система домашней автоматизации - -домашний компьютер Эхо IV‖. Его изобретатель - Джим Сазерленд, инженер компании en: Westinghouse Electric. Его технология была частным, некоммерческим проектом. Первые "проволочные дома" были сведены американскими изобретателями-любителями в 1960-х, но они были существенно ограничены возможностями тогдашних технологий.

Впервые термин "умный дом" был предложен Американской Ассоциацией Housebuilders в 1984 году. С изобретением микроконтроллеров, цена на электроприборы быстро падала. Эта же организация отметила, что такое жилье отличное от обычного своей способностью обеспечивать продуктивное и эффективное использование рабочего и жилого среды.

Поэтому, удаленные интеллектуальные технологии управления были приняты строительной промышленностью, которая постепенно начала вводить их не только в бизнес учреждениях, но и в домашних помещениях. Во время активной домашней автоматизации 90-х годов информатика и телевизионные системы были объединены для поддержки интеллектуальных возможностей помещений. В 1995 году изобретатели технологий Java объявили одним из основных назначений данной технологии - увеличение интеллекта бытовых приборов.

Сегодня технологии позволяют собирать домашнюю автоматику покомпонентно: выбирать только те функции умного дома, которые действительно нужны пользователю. Теперь новейшие технологии управления помещением появляются каждый день. Даже вещи, которые ранее рассматривались лишь как красивые предметы интерьера теперь могут выполнять ряд мультимедийных или бытовых функций.

Доступных на рынке

В настоящее время большинство систем умного дома не обладают функцией удаленного управления через Интернет. Между тем мобильные устройства с постоянным доступом к сети стали сегодня обычным явлением, они есть практически у каждого.

В 1999 году основатель исследовательского центра Auto-ID Center в Массачусетском технологическом институте Кевин Эштон предложил термин Internet of Things (Интернет вещей). Его суть заключается в том, что вещи нового поколения будут не только «умными», но и объединенными в сеть - Интернет вещей. [1] Концепция предусматривает, что такие устройства как смартфоны, планшеты, телевизоры, различные датчики и управляемые устройства, имеющие беспроводные модули Wi - Fi и Bluetooth, смогут взаимодействовать между собой и пользователями с помощью этих беспроводных модулей. В связи с массовым распространением мобильных устройств, соответствующих концепции Интернет вещей, стало возможным удаленное управлением своим умным домом. Очевидные преимущества при наличии функции удаленного управления системами умного дома: - Главное преимущество - это конечно же безопасность. При нахождении жителей за пределами своего дома или квартиры возможно удаленное наблюдение с помощью камер за ситуацией или удаленный мониторинг в доме путем отслеживания состояния различных датчиков, которые используются в системах безопасности (пожарные датчики, датчики открытия / закрытия дверей и т.д.). Кроме того, для тех, кто часто забывает выключить свет или какие-то приборы, данная функция будет очень полезной.

Основное же преимущество - это повышение комфорта пользователей умного дома. Часто в управляющих системах умного дома используют сценарии по управлению светом и теплом, когда вся работа осуществляется в автоматическом режиме. Зачастую некоторые пользователи предпочитают обходиться без таких сценариев. И при наличии функции удаленного управления пользователь, например, может сам при подходе к своему дому включить необходимые ему устройства (включить освещение, бытовые приборы, а также заранее включить отопление или кондиционер). Осуществление функции удаленного доступа возможно посредством применения облачных вычислений, когда пользователи обеспечиваются повсеместным доступом к сетевым вычислительных ресурсов, сервисов и приложений. Существует несколько моделей облачных вычислений.

Применительно к рассматриваемому в работе варианта удаленного управления системами умного дома больше подходит модель SaaS (программное обеспечение как услуга). Данная модель подразумевает предоставление клиенту доступа к программному обеспечению через Интернет. Основное преимущество модели SaaS для конечного пользователя заключается в отсутствии необходимости установки и обновления программного обеспечения, также ему не нужно заботиться о работоспособности оборудования, на котором работает приложение.

При применении облачных вычислений в системах умного дома возможны два варианта. В первом случае контроллер (сервер) для управления устройствами умного дома может быть расположен не в самом доме (эту функцию возьмет на себя облако), благодаря чему управление системами умного дома может осуществляться откуда угодно при наличии доступа к Интернету. При втором варианте (рис. 1) контроллер может располагаться в доме, но при этом через облако будет обеспечиваться только удаленное управление - все программное обеспечение будет установлено на облачном сервере.

 

Рис. 1.1 - Контроллер размещаемый в доме

 

Аппаратный инструментарий  

Arduino – это печатная плата с собственным процессором и памятью(микроконттроллер). Также на ней имеется с десяток контактов, к которым можно подключать всевозможные датчики, сенсоры. Все это управляют посредством алгоритма, написанного разработчиком. Существует специальна IDE, которая поставляется в комплекте с аппаратной частью. Хорош тем, что можно беспрепятственно добавлять новые компоненты, при этом расширяя устройство. Производится несколько вариантов: Uno – стандартный тип, подходит почти для всего, Leonardo - Аналог Arduino Uno с изменённым USB-UART интерфейсом, Yun - Платформа объединяющая Arduino и неограниченные возможности Linux для работы с интернетом, Mega - Расширенная версия Arduino с гораздо большим количеством контактов, памяти и serial-портов, mini - Компактная модификация Arduino Uno без собственного USB-порта, micro - Эквивалент Arduino Leonardo в компактном корпусе и другие. Микроконтроллеры для Arduino отличаются наличием предварительно прошитого в них загрузчика. С помощью этого загрузчика пользователь загружает свою программу в микроконтроллер без использования традиционных отдельных аппаратных программаторов. Загрузчик соединяется с компьютером через интерфейс USB (если он есть на плате) или с помощью отдельного переходника UART-USB. По умолчанию — языком программирования является C++ с некоторыми особенностями, помогающими в разработке. Но также существует множество прошивок, которые решают этот вопрос. вышеупомянутая Arduino, привлекательная своей ценой, соотношением компактности к количеству выходов/выходов, отсутствием лишних датчиков типа wi-fi. Arduino Uno построена на базе микроконтроллера Atmega328.

Платформа имеет 14 цифровых ввода/ выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB или подать питание при помощи адаптера AC/DC, или аккумуляторной батареей.

Raspberry Pi

Raspberry – в отличие от Arduino, носит гордое имя микрокомпьютера, то есть имеет на себе уже полноценную операционную систему, обладает более высокими техническими характеристиками. Вопреки ожиданиям автором, Pi создавался как обучающий инструмент для уроков информатики, возымел колоссальный успех в сообществе, всего за 3 года было продано более 4.5 миллионов устройств.Насчитывает в своем арсенале множество моделей: A, A+, B, B+, 2B, Zero, 3B, Zero W, отличающихся между собой техническими характеристиками. Выпущено несколько поколений Raspberry-Pis. Первое поколение (Raspberry Pi 1 Model B) было выпущено в феврале 2012 года. За ним последовала более простая и недорогая модель A. В 2014 году было представлено на обозрение устройство с улучшенным дизайном в Raspberry Pi 1 Model B +. Эти платы имеют размеры приблизительно с кредитной карточкой и представляют собой стандартный форм-фактор. Год спустя были выпущены улучшенные модели A + и B +. В апреле 2014 года для встроенных приложений был выпущен «вычислительный модуль», а в ноябре 2015 года для США был выпущен Raspberry Pi Zero с меньшими размерами и ограниченными возможностями ввода / вывода (I / O) и общего назначения ввода / вывода (GPIO). $ 5. Raspberry Pi 2, в который добавили больше оперативной памяти, был произведен в феврале 2015 года. Raspberry Pi 3 Model B, представленный в феврале 2016 года, комплектуется встроенными WiFi, Bluetooth и USB. По состоянию на январь 2017 года Raspberry Pi 3 Model B является новейшей моделью Raspberry Pi. Цена на Pi варьируется от 5 до 35 долларов США. По состоянию на 28 февраля 2017 года был запущен Raspberry Pi Zero W, идентичный Raspberry Pi Zero, но имееющий функции Wi-Fi и Bluetooth Raspberry Pi 3 за 10 долларов США.

Все модели оснащены системой Broadcom на чипе (SoC), которая включает в себя ARM-совместимый центральный процессор (CPU) и встроенный графический процессор (GPU, VideoCore IV). Частота процессора варьируется от 700 МГц до 1,2 ГГц для Pi 3 и памяти на борту от 256 МБ до 1 ГБ ОЗУ. Карты Secure Digital (SD) используются для хранения операционной системы и программной памяти в форматах SDHC или MicroSDHC. Большинство плат имеют от одного до четырех разъемов USB, HDMI и композитный видеовыход, а также 3,5-мм разъем для аудио. Выход более низкого уровня обеспечивается несколькими выводами GPIO, которые поддерживают общие протоколы, такие как I2C. У B-моделей есть 8P8C Ethernet-порт, а у Pi 3 и Pi Zero W есть Wi-Fi 802.11n и Bluetooth. Фонд предоставляет Raspbian, дистрибутив Linux для Debian, для загрузки, а также сторонние Ubuntu, Windows 10 IOT Core, RISC OS и специализированные медиацентры. Он поддерживает Python и Scratch в качестве основного языка программирования с поддержкой многих других языков.

Обоснование выбора

Arduino - это материнская плата микроконтроллера. Микроконтроллер - это простой компьютер, который может запускать одну программу за раз, снова и снова. Он очень прост в использовании. Плата Arduino лучше всего подходит для простых повторяющихся задач: открытие и закрытие двери гаража, чтение температуры наружного воздуха и отчетность в Twitter. Платы Arduino представляют собой микроконтроллеры, а не полные компьютеры. Они не запускают полную операционную систему, а просто выполняют написанный код, поскольку их прошивка интерпретирует его. Вы теряете доступ к базовым инструментам, предоставляемым операционной системой, но, с другой стороны, проще выполнять простой код проще, и это достигается без накладных расходов операционной системы. Главная цель платы Arduino - это взаимодействие с датчиками и устройствами, поэтому она отлично подходит для аппаратных проектов, в которых вы просто хотите, чтобы вещи реагировали на различные показания датчиков и ручной ввод. Это может показаться не таким уж большим, но на самом деле это очень сложная система, которая позволяет лучше управлять вашими устройствами. Это отлично подходит для взаимодействия с другими устройствами и приводами, где полная операционная система будет избыточной для обработки простых операций чтения и ответа.

Raspberry Pi - компьютер общего назначения, обычно с операционной системой Linux, и возможность запускать несколько программ. Его сложнее использовать, чем Arduino. Для всех целей и задач, Малина Pi является полностью функциональным компьютером. Он имеет все атрибуты компьютера, с выделенным процессором, памятью и графическим драйвером для вывода через HDMI. Он даже запускает специально разработанную версию операционной системы Linux. Это упрощает установку большинства программ для Linux и позволяет с легкостью использовать Pi в качестве работающего медиа-стримера или эмулятора видеоигр. Хотя Pi не предлагает внутреннее хранилище, вы можете использовать карты SD в качестве флэш-памяти для всей системы, что позволяет вам быстро заменять различные версии операционной системы или обновления программного обеспечения для отладки. Из-за независимого сетевого подключения устройства вы также можете настроить его для доступа через SSH или передать файлы на него с помощью FTP. Raspberry Pi лучше всего использовать, когда вам нужен полноценный компьютер: вождение более сложного робота, выполнение множества задач, интенсивные вычисления (как для биткойна или шифрования).

Питание

Эти две системы имеют очень разные требования к питанию. Pi требует постоянной мощности 5 В, чтобы оставаться включенной, и, кроме того, ее необходимо отключить с помощью программного процесса, такого как традиционный компьютер. Arduino, с другой стороны, начинает выполнять код при включении и останавливается, когда вы вытаскиваете вилку. Чтобы добавить функциональность, вы либо подключаетесь непосредственно к контактам на плате Arduino, либо называете «экраны» на верхней части базового блока. Существуют сотни экранов, каждый из которых предназначен для выполнения другой задачи, сопряжения с определенными датчиками и работы друг с другом для создания полного блока управления. Портативность - проблема с Pi, поскольку для этого требуется больше, чем просто подключение нескольких батарей типа AA. Устройство требует, чтобы вы установили источник питания и некоторое дополнительное оборудование, чтобы обеспечить его постоянной потребляемой мощностью. Процесс на Arduino немного проще, так как вам просто необходим аккумулятор, который поддерживает напряжение выше определенного уровня, а также базовый экран для управления питанием.

Даже если питание падает на Arduino, вы не получите поврежденную операционную систему или другие ошибки программного обеспечения. Он просто начнет запускать код, когда он снова подключится.

Сеть

Pi имеет встроенный Ethernet-порт, который обеспечивает легкий доступ к любой сети с небольшими настройками. Также нетрудно достичь беспроводного Интернета на Pi, вам просто нужно купить USB Wi-Fi и установить драйвер. После подключения вы можете использовать ОС для подключения к веб-серверам, обработки HTML-кода или публикации в Интернете. Вы даже можете использовать его как VPN или сервер печати.

К сожалению, Arduino не построен для подключения к сети непосредственно из коробки. Для налаживания правильного соединения требуется немного больше усилий, хотя это возможно. Вам понадобится дополнительный чип, оснащенный Ethernet-портом, и вам нужно будет запаять и запрограммировать плату, чтобы все было запущено.

Датчики

Хотя у Pi и Arduino есть несколько интерфейсных портов, гораздо проще подключить аналоговые датчики к Arduino. Микроконтроллер может легко интерпретировать и реагировать на широкий диапазон данных датчиков, используя код, который вы им положили, что делает его отличным, если вы намереваетесь повторить серию команд или откликаться на данные датчиков в качестве средства настройки сервоприводов и устройств. С другой стороны, Pi требует, чтобы программное обеспечение эффективно взаимодействовало с такими устройствами, и это не всегда то, что вам нужно, если вы просто пытаетесь поливать растения.

Основываясь на всем вышесказанном выбор делается в пользу Arduino, которая обладает более гибкой настройкой и совмещением сенсоров, меньшими размерами, экономичной тратой энергии. В Raspberry-Pi присутствуют слишком много ненужных деталей, которые только усложнят разработку.

3.2Программный инструментарий

Для выполнения поставленных задач нам подойдут несколько языков программирования низкого уровня. Для примера были взяты языки «С» и «Lua»

Язык программирования С

Язык «С» очень прочно укрепил свое положение в мире программирования за последние годы. «С» – компилируемый язык, который в 1969-1973 годах разработал Деннис Ричи. Изначально он разрабатывался для того чтобы реализовать операционную систему Unix, но позже его перенесли и на другие платформы. Успеху языка «С» способствовало в значительной мере то, что его конструкции очень близки к типичным машинным инструкциям, а это делает возможным его применение во многих проектах – начиная от операционных систем и заканчивая прикладным программным обеспечением для множества устройств и встраиваемых систем.

Самое главное отличие языка «С» — это его минимализм. Это является следствием цели, с которой он создавался: облегчить написание больших программ и уменьшить количество допускаемых ошибок. Уникальность его в том, что это стал первый язык высокого уровня, который потеснил ассемблер в разработке системного программного обеспечения. Есть довольно распространенное ошибочное мнение, что «С» — язык низкого уровня из-за близости его работы к реальным устройствам. Но это не так – в строгой классификации это высокоуровневый язык. Он является одним их самых популярных и привлекательных языков. В мире свободного программирования его реализации можно найти на огромном количестве аппаратных платформ.

Однако, у него есть и ряд недостатков. Для начала, у него довольно высокий порог вхождения – данный язык будет труден для изучения новичкам, начинающим программировать с нуля. Так же, разработанный в среде хакеров, он порождает аналогичный стиль программирования – небезопасный, стимулирующий написание запутанного кода, как его еще называют в среде программистов — write-only language.

Синтаксис «С» оказал значительное влияния на появление других языков, таких как Objective-C, «C++», Java и «C#». Так, «С++» напрямую произошел от «С», но дальше они стали развиваться независимо друг от друга. Этим можно объяснить их некоторую несовместимость.

«С» так же является языком компилируемым и статически-типизированным. Автором языка является Бьерн Страуструп, который в 1980 усовершенствовал язык «С» под собственные нужды, а в 1985 увидело свет его первое издание.

Основное отличие от «С» — в нем реализуется поддержка объектно-ориентированного и обобщенного программирования. Помимо этого, обеспечиваются самые важные свойства объектно-ориентированного программирования. Это инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Произошло это за счет добавления новых возможностей – классов. Так же в «С» еще появились перезагрузка функций и операторов, наследование классов и пользовательский контроль над управлением памятью.

Главные достоинства языка «С» — высокая вычислительная производительность, возможность расширения языка, наличие шаблонов, которые дают возможность построения обобщенных алгоритмов и контейнеров, а самое основное – доступность. Существует большое количество разнообразной учебной литературы по «С++»на различных языках. Он, как и «С» имеет высокий порог вхождения, но по сравнению с другими языками подобного типа обладает наиболее широкими возможностями.

Обоснование выбора    

Большие приложения, использующее Lua в своем ядре (например, Adobe Photoshop Lightroom), имеет внешнюю программу C/С++, на которой размещен интерпретатор Lua, и предоставляет доступ к его основным функциям, регистрируя функции C с этим интерпретатором. Обычно он реализует основные функции, связанные с вычислением, в функциях C, но оставляет общий поток, работу и даже макет графического интерфейса для сценариев Lua.

Важные моменты для проектов включают:

1. Истинные хвостовые вызовы позволяют легко выражать конечные конечные машины.

2. Управление памятью, собранной с помощью мусора.

3. Анонимные функции, замыкания, значения функций первого класса.

4. Хэш-таблицы.

5. Богатая библиотека строк.

6. Userdata расширяет сборщик мусора до распределения сторон C.

7. Metatables позволяют использовать разнообразные объектно-ориентированные и функциональные методы.

8. Небольшой, но достаточно мощный API C.

9. Хорошая документация с открытым исходным кодом в качестве резервной копии.

10. Хороший пользователь для поддержки пользователей через список рассылки и wiki.

11. Мощные модули, такие как PEG парсер, доступный от авторов и.

Основываясь на всем вышесказанном, был сделан выбор в пользу lua. Ключевые факторы: быстрая разработка, предпочтительный язык, множество готовых решений, чтобы не изобретать велосипед.

 

 

Связь

Передача данных происходит таким образом: сначала необработанные данные полученные с датчиков и обрабатываются на Arduino, преобразуя аналоговый сигнал в цифровой посредством формул. Далее, каждую минуту отправляется сигнал на балансир, находящийся на платформе там сигнал фильтруется и доставляется до web-части, также находящейся на платформе

 

Вывод

В данной главе были рассмотрены методы, используемые в разработке устройства. Так же проанализированы датчики для снятия показаний, выбор сделан на основе эмпирического опыта. Схема работы комплекса отражает его суть. Описаны действия, совершенные для создания прототипа. В итоге на выходе имеется: Плата+датчики, что получают и преобразую сырую информацию из аналоговых в цифровые сигналы, имеет логику обработки и прерывания, и так же метод отправки данных. 

– Рассмотрены и проанализированы подходящие под выполнение задачи

– Разработан программный комплекс

Заключение

В результате дипломной работы были разработаны и спроектирована архитектура аппаратного и программного комплекса под название «Smartrelay». Устройство, позволяющее автоматизировать и сократить временные издержки использования бытовыми приборами в домашних условиях В процессе выполнения дипломной работы были решены следующие задачи:

– Проанализированы существующие решения проблемы и предложено свое

– Спроектирована архитектура аппаратной части
– Проведен обзор подходящих технологий и печатных плат
– Разработана аппаратная часть, включая программу на языке

Lua

– Объединено в одно устройство под названием «Smartrelay»
– Улучшение форм-фактора, промышленный дизайн
– Переход от готовых плат к собственной сборкa

Организация рабочего места

На рабочем месте c ПК параметры рабочего стола соответствуют нормам, стул регулируется по высоте в соответствии ростом работника, согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03

Микроклимат

Рабочее место пользователя ПК относится к категории работ 1. Нормы производственного микроклимата, установленные для данной категории работ, ГОСТ 12.1.005-88

Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютеры, согласно ГОСТ 12.1.005-88

На рабочем месте пользователя ПК температура воздуха в течение всего года держится в допустимых пределах. Относительная влажность воздуха в теплый период находится в пределах 45-50%, в холодный - 55-60%. Объем помещения составляет 32 м³/человека. Действует естественная вентиляция, обеспечивающая более 30 м³ воздуха на человека в час.

Освещение

Необходимо рассчитать необходимый световой поток, согласно СНиП 23.05-95.

В помещении, где находится рабочее место пользователя, используется смешанное освещение. В качестве естественного - боковое освещение через окна. Нормами для данных работ установлена необходимая освещенность рабочего места Ен=300лк (средняя точность работы по различению деталей размером от 1 до 10 мм).

Общий световой поток определяется по формуле

где  - нормированная освещенность (  = 300лк);

- площадь помещения;

- коэффициент, учитывающий старение светодиодов и загрязнение светильников (= 1,5);

Z- коэффициент, учитывающий неравномерность освещения помещения (Z = 1,1);

 - коэффициент использования светового потока; определяется в зависимости от коэффициентов отражения от стен, потолка, рабочих поверхностей, типов светильников и геометрии помещения.(?=0,26)

Площадь помещения

Определяем общий световой поток:

Для организации общего искусственного освещения выбраны светодиодные матрицы на базе светодиода osram.

Световой поток одного светильника составляет не менее = 4600 лм.

Число N светильников, необходимых для организации общего освещения определяется по формуле:

В качестве светильников выбираем ЛСП 22-2х65-002, габариты которого равны 1625х148х220. Отсюда следует, что для обеспечения светового потока  =53307 лм надо использовать 6 светильников по лампы.

Электрическая мощность одного свктильника =20 Вт.

Мощность всей осветительной системы:

Расчет автоматов защиты

Те времена, когда на электрических щитках квартир или частных домов можно было встретить традиционные керамические пробки, уже давно прошли. Сейчас повсеместно применяются автоматические выключатели новой конструкции – так называемые автоматы защиты.

Для чего предназначены эти устройства? Как правильно произвести расчет автоматического выключателя в каждом конкретном случае? Конечно, основная функция этих устройств заключается в защите электросети от коротких замыканий и перегрузок.

Автомат должен отключаться, когда нагрузка существенно превышает допустимую норму или при возникновении короткого замыкания, когда значительно возрастает электрический ток. Однако он должен пропускать ток и работать в нормальном режиме, если вы, например, одновременно включили стиральную машинку и электроутюг.

Прежде чем подбирать автомат, стоит разобраться, как он работает и что он защищает. Многие люди считают, что автомат защищает бытовые приборы. Однако это абсолютно не так. Автомату нет никакого дела до приборов, которые вы подключаете к сети – он защищает электропроводку от перегрузки.

Ведь при перегрузке кабеля или возникновении короткого замыкания возрастает сила тока, что приводит к перегреву кабеля и даже возгоранию проводки.

Особенно сильно возрастает сила тока при коротком замыкании. Величина силы тока может возрасти до нескольких тысяч ампер. Конечно, никакой кабель не способен долго продержаться при такой нагрузке. Тем более, кабель сечением 2,5 кв. мм, который часто используют для прокладки электропроводки в частных домовладениях и квартирах. Он попросту загорится, как бенгальский огонь. А открытый огонь в помещении может привести к пожару.

Поэтому правильный расчет автоматического выключателя играет очень большую роль. Аналогичная ситуация возникает при перегрузках - автоматический выключатель защищает именно электропроводку.

Когда нагрузка превышает допустимое значение, сила тока резко возрастает, что приводит к нагреванию провода и оплавлению изоляции. В свою очередь, это может привести к возникновению короткого замыкания. А последствия такой ситуации предсказуемы – открытый огонь и пожар!

Функция автоматического выключателя состоит в защите электропроводки, подключенной после него. Основным параметром, по которому производят расчет автоматов, является номинальный ток. Но номинальный ток чего, нагрузки или провода?

Исходя из требований ПУЭ 3.1.4, токи уставок автоматических выключателей которые служат для защиты отдельных участков сети, выбираются по возможности меньше расчетных токов этих участков или по номинальному току приемника.

Исходя из требований ПУЭ 3.1.4, токи уставок автоматических выключателей которые служат для защиты отдельных участков сети, выбираются по возможности меньше расчетных токов этих участков или по номинальному току приемника.

Расчет автомата по мощности (по номинальному току электроприемника) производят, если провода по всей длине на всех участках электропроводки рассчитаны на такую нагрузку. То есть допустимый ток электропроводки больше номинала автомата.

Например, на участке, где используется провод сечением 1 кв. мм, величина нагрузки составляет 10 кВт. Выбираем автомат по номинальному току нагрузки - устанавливаем автомат на 40 А. Что произойдет в этом случае? Провод начнет греться и плавиться, поскольку он рассчитан на номинальный ток 10-12 ампер, а сквозь него проходит ток в 40 ампер. Автомат отключится лишь тогда, когда произойдет короткое замыкание. В результате может выйти из строя проводка и даже случиться пожар.

Поэтому определяющей величиной для выбора номинального тока автомата является сечение токопроводящего провода. Величина нагрузки учитывается лишь после выбора сечения провода. Номинальный ток, указанный на автомате, должен быть меньше максимального тока, допустимого для провода данного сечения.

Таким образом, выбор автомата производят по минимальному сечению провода, который используется в проводке.

Например, допустимый ток для медного провода сечением 1,5 кв. мм, составляет 19 ампер. Значит, для данного провода выбираем ближайшее значение номинального тока автомата в меньшую сторону, составляющее 16 ампер. Если выбрать автомат со значением 25 ампер, то проводка будет греться, так как провод данного сечения не предназначен для такого тока. Чтобы правильно произвести расчет автоматического выключателя, необходимо, в первую очередь, учитывать сечение провода.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Управление

wifi.setmode(wifi.STATION)

wifi.sta.config

print(wifi.sta.getip())

led1 = 3

led2 = 4

gpio.mode(led1, gpio.OUTPUT)

gpio.mode(led2, gpio.OUTPUT)

srv=net.createServer(net.TCP)

srv:listen(80,function(conn)

conn:on("receive", function(client,request)

   local buf = "";

   local _, _, method, path, vars = string.find(request, "([A-Z]+) (.+)?(.+) HTTP");

   if(method == nil)then

       _, _, method, path = string.find(request, "([A-Z]+) (.+) HTTP");

   end

   local _GET = {}

   if (vars ~= nil)then

       for k, v in string.gmatch(vars, "(%w+)=(%w+)&*") do

           _GET[k] = v

       end

   end

     buf = buf.."<h1> ESP8266 Web Server</h1>";

   buf = buf.."<p>GPIO0 <a href=\"?pin=ON1\"><button>ON</button></a>&nbsp;<a href=\"?pin=OFF1\"><button>OFF</button></a></p>";

   buf = buf.."<p>GPIO2 <a href=\"?pin=ON2\"><button>ON</button></a>&nbsp;<a href=\"?pin=OFF2\"><button>OFF</button></a></p>";

   local _on,_off = "",""

   if(_GET.pin == "ON1")then

         gpio.write(led1, gpio.HIGH);

   elseif(_GET.pin == "OFF1")then

         gpio.write(led1, gpio.LOW);

   elseif(_GET.pin == "ON2")then

         gpio.write(led2, gpio.HIGH);

   elseif(_GET.pin == "OFF2")then

         gpio.write(led2, gpio.LOW);

   end

   client:send(buf);

   client:close();

   collectgarbage();

end)

end)

 

 

АННОТАЦИЯ

Цель работы – разработка аппаратно-програмного комплекта для управления электроприборами

Основная цель работы – разработка комплекса который может облегчить способ взаимодействия с бытовыми вещами