XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

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

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)

Код для цитирования: Скопировать