РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ «ПОДСИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ДЫМА В ПОМЕЩЕНИИ» ДЛЯ ДИСЦИПЛИНЫ «SCADA-СИСТЕМЫ» - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ «ПОДСИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ДЫМА В ПОМЕЩЕНИИ» ДЛЯ ДИСЦИПЛИНЫ «SCADA-СИСТЕМЫ»

Лукманов Комьёрбек Дониёрбекович 1, Скрябин В.И. 1, Белов Н.В. 1, Вовик А.Г. 1
1МТУСИ
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

С каждым годом интеллектуальные автоматизированные системы набирают всё большую популярность, в том числе системы умного дома. Многие современные компании занимаются разработкой отдельных модулей умного дома, и/или их интеграцией в полноценную систему управления с возможностью удаленного доступа, например при помощи веб-программ. В работе предоставлена упрощенная модель мониторинга состояния системы обнаружения дыма в помещении при помощи модуля WiFi и платформы Arduino UNO. Прототип ПАК разработан в рамках лабораторного практикума кафедры «Интеллектуальные системы в управлении и автоматизации» МТУСИ для подготовки специалистов в области автоматизации.

На кафедре ИСУиА проводится активная научная работа в разных направлениях интеллектуальной автоматизации, в том числе разрабатываются программы: интеграции унаследованных приложений для поддержки высокопроизводительных вычислений [1], автоматизации процесса прототипирования распределённых систем [2], компьютерного зрения [3].

Разработка подсистемы обнаружения дыма

Система обнаружения дыма способна отправить информацию об обнаружении дыма в помещении по беспроводной сети WiFi, например в случае возгорания. Для изучения данной подсистемы разработан прототип программно-аппаратного комплекса в основу которого входит платформа Arduino[1].

С основным контроллером использовано следующее оборудование:

Пьезодинамик

WiFi модуль

Адаптер для WiFi-модуля

Датчик дыма

Светодиод

Резистор

На базе контроллера Arduino UNOR3 разработан прототип программно-аппаратного комплекса подсистемы обнаружения дыма умного дома.Семейство модулей Arduino включает в себя несколько вариантов исполнения, которые различаются количеством вводов-выводов, внутренней памятью и так далее. В рамках данной работы используется платформа Arduino Uno, вид и устройство платы показано ниже (рис. 1).

Рисунок 1 – Устройство платформы Arduino Uno [4]

Для построения прототипа подсистемы климат-контроля необходимо подключить к микроконтроллеру Arduino другие элементы. Для общего понимания принципов работы подсистемы сделана таблица, в которой представлены следующие характеристики отдельных элементов:

Номер подпункта

Наименование оборудования

Внешний вид

Количество

Таблица 1 - Описание отдельных элементов ПАК

Наименование оборудования

Внешний вид

Кол-во

 

Пьезодинамик (зуммер)[5]

 

1

 

Wi-Fi модуль ESP8266 [6]

 

1

 

Адаптер SP-01 для Wi-Fi модуля ESP8266 [7]

 

1

 

Датчик дыма MQ-2 [8]

 

1

 

Светодиод [9]

 

2

 

Резистор, 150 Ом [10]

 

2

Более детально рассмотрим подключение каждого из элементов ПАК. Для этого была создана принципиальная схема системы «обнаружения дыма». Для её создания потребовалась программа, которая предназначена для разработки моделей электросхем и их дальнейшего использования – Fritzing [11]. Монтажная же схема разработанной системы представлена ниже (рис. 2).

Рисунок 2 - Монтажная схема

Полностью готовый прототип ПАК приведен ниже (рис. 3)

Рисунок 3 - Разработанный прототип ПАК

Фрагмент кода программы

Ниже приведена выдержка из листинга программного кода подсистемы (листинг 1), где показаны команды, которые будут отвечать за формирование веб-страницы:

а) заголовок «Smoke Detection System»;

б) значение уровня дыма;

в) состояние системы: «Everything Normal» при уровне дыма < 400 или «DANGEROUS» при уровне дыма > 400.

Листинг 1

if(wifi_module.available()){

if(wifi_module.find("+IPD,"))

{

delay(1000);

int connectionId = wifi_module.read()-48;

String webpage = "<h1>Система обнаружения дыма</h1>";

webpage +="<p>Величина дыма ";

webpage += analogSensor;

webpage +="</p>";

if (analogSensor > 400)

{

webpage +="<h5>ОПАСНОСТЬ! Покиньтепомещение</h5>";

}

else{

webpage +="<h4>Всёвпорядке</h4>";

}

String cipSend = "AT+CIPSEND=";

cipSend += connectionId;

cipSend += ",";

cipSend +=webpage.length();

cipSend +="\r\n";

esp8266_command(cipSend,1000,DEBUG);

esp8266_command(webpage,1000,DEBUG);

String closeCommand = "AT+CIPCLOSE=";

closeCommand+=connectionId; // добавитьидентификаторсоединения

closeCommand+="\r\n";

esp8266_command(closeCommand,3000,DEBUG);

}

}

}

Мониторинг состояния системы

Для взаимодействия страницы мониторинга следует:

открыть браузер на любом устройстве, подключенном к тому же роутеру, что и WiFi модуль системы.

Ввести IP-адрес Wi-Fi модуля и нажмите Enter.

В браузере отображается веб-страница с уровнем дыма и оповещением от разработанной системы (рис. 4).

Рисунок 4 - Вывод на веб-странице по IP-адресу

Заключение

В данной статье рассмотрена разработка лабораторного практикума по дисциплине SCADA-системы. Данный лабораторный практикум помогает студентам технических вузов в области автоматизации, получить навыки работы с микроконтроллером Arduino UNO и использовать их для создания прототипа программного комплекса с возможностью беспроводной передачи показаний с различных датчиков, в частности датчиков мониторинга состояния помещения.

Данные навыки могут пригодиться при создании или изучении более сложных систем и ПАК, а также для закрепления навыков программирования и алгоритмизации.

Литература

Трунов А.С., Сухачев Д.И., Воронова Л.И., Стрельников В.Г. «ПРОГРАММА ИНТЕГРАЦИИ УНАСЛЕДОВАННЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ» Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019610042, 09.01.2019.

Безумнов Д.Н., Воронова Л.И., Варганова Е.Э. «ПРОГРАММА ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПРОТОТИПИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ СИСТЕМ СБОРА И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ» Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019610043, 09.01.2019.

Voronov V., Strelnikov V., Voronova L., Trunov A., Vovik A. «FACES 2D-RECOGNITION АND IDENTIFICATION USING THE HOG DESCRIPTORS METHOD» Conference of Open Innovations Association, FRUCT. 2019. № 24. С. 783-789.

Учебно-методическое пособие киберфизические системы и интернет вещей для бакалавров по направлениям: 15.03.04 – Автоматизация технологических процессов и производств, 27.03.04 – Управление в технических системах» / составители Воронова Л.И. [и др.] - Москва: МТУСИ, 2019. - 33 с.

Пьезодинамик [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://arduinomaster.ru/uroki-arduino/pishhalka-pezodinamik-arduino/ свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 28.01.2020)

Wi-Fi модуль ESP8266 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://iarduino.ru/shop/Expansion-payments/esp8266-serial-wifi.html свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 28.01.2020)

Wi-Fi-адаптер [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://robotchip.ru/wp-content/uploads/2017/05/obzor-usb-adaptera-dlya-esp-01-na-ch340g-2.jpg свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 28.01.2020)

MQ-2 датчик углеводородных газов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://radioprog.ru/shop/merch/70 свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 28.01.2020)

Устройство светодиода [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://robotclass.ru/tutorials/arduino-led/свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 28.01.2020)

Резистор 150 Ом [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ardu.net/ru/rezistory/226-rezistor-150-om-025vt-5-125331137.htmlсвободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 28.01.2020)

Fritzing [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://fritzing.org/home/свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 29.01.2020)

Просмотров работы: 49