XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

В настоящее время концепция “Интернет вещей” получает всё большее распространение. На кафедре ИСУиА ведётся активная научная работа в разных направлениях интеллектуальной автоматизации, в том числе исследуются методы машинного обучения с применением нейронных сетей[1], разрабатываются медицинские предложения с интеллектуальными элементами[2,3] и лабораторные практикумы для изучения интернета вещей[4].

Одной из самых популярных технологий IoT на сегодняшний день является технология “Умного дома”. “Умным” называют такой дом или квартиру, в которой все коммуникации связаны между собой при помощи электронных устройств. Они позволяют облегчить человеческую жизнь забрав на себя часть обязанностей.

В помещении устанавливаются датчики, которые собирают необходимую информацию для работы контроллера. Собранные данные попадают на центральный контроллер, который в свою очередь их обрабатывает. После завершения анализа информации, контроллер отправляет сигнал на исполнительные устройства. В работе будет представлена модель освещения помещения.

Разработка подсистемы освещения

Подсистема освещения будет реализована при помощи микроконтроллеров Arduino. Выбор данного типа контроллеров обусловлен простотой программирования. Устройство программируется посредством подключения кабеля USB без использования дополнительных программаторов. Для создания макета подобной подсистемы необходимо разработать программную часть и спроектировать отдельное устройство системы автоматизации и управления.

Для изучения данной подсистемы разработан прототип программно-аппаратного комплекса в основу которого входит платформа Arduino UNO. С основным контроллером будут использоваться следующие компоненты: светодиод, датчик движения, фоторезистор, кнопка.

Платформа Arduino UNO — это аппаратно-программное средство для построения простых систем автоматики и робототехники. На базе контроллера Arduino UNO разработан прототип программно-аппаратного комплекса подсистемы освещения умного дома. Модули Arduino включают в себя несколько вариантов исполнения, которые различаются количеством вводов-выводов, внутренней памятью и так далее. В работе контроллер используется для прототипирования самого проекта. На платформу загружается программный код, который приведёт разрабатываемую подсистемы в действие. В рамках данной работы используется платформа Arduino Uno, вид и устройство платы показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Устройство платформы Arduino Uno [5]

Для построения прототипа подсистемы освещения необходимо подключить другие элементы к микроконтроллеру Arduino. Для общего понимания принципов работы подсистемы в таблице представлены характеристики отдельных элементов:

Наименование элемента

Внешний вид устройства

Количество устройств

В ходе выполнения работы использовано оборудование, представленное в таблице 1.

Таблица 1 - Лабораторное оборудование

№ п/п	Наименование элемента	Внешний вид устройства	Кол-во
	Светодиод		1
	Фоторезистор [6]		1
	Датчик движения [7]		1
	Кнопка [8]		2
	Резистор (10 кОм)		4

Более подробно рассмотрим подключение каждого элемента программно-аппаратного комплекса. Для создания монтажной схемы была использована программа, которая предназначена для разработки моделей электросхем и их дальнейшего использования – Fritzing[9]. Монтажная схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Монтажная схема системы «Освещение»

Реализация базы данных

Взаимодействие Arduino с базой данных происходит следующим образом: первоначально Arduino подключается через USB кабель к компьютеру. На компьютере работает программа, написанная на языке Java (рис.5), которая ждёт входящих данные через USB и при получении переправляет их в базу данных.

Рисунок 3 – Программа, написанная на языке Java

С помощью SQL создана база данных smart home, содержащая таблицу «освещение», с атрибутами, приведенными на рис. 4.

Рисунок 4 – Таблица «освещения» базы данных smart home

Ниже приведена смысловая нагрузка атрибутов:

Номер – автоматический номер события (тип данных number),

Сост.Системы – информация о действиях с системой (тип данных varchar),

Время События – проставленное время произошедшего события (тип данных timestamp),

Ист.Сигнала – информация о том, какой датчик подал сигнал (типом данных varchar).

Выводы

В статье описана разработка лабораторной работы, входящей в цикл работ по дисциплине SCADA-системы. Представлен один из примеров применения микроконтроллера Arduino UNO в учебном процессе для студентов технического вуза.

При создании прототипов такого рода студенты получают навыки работы в области автоматизации и управления в технических системах, развивают навыки программирования интеллектуальных систем. В будущем появится возможность создавать более сложные системы и ПАК.

Литература

Ежов А.А., Воронова Л.И., Воронов В.И., Гончаренко А.А., Артемов М.Д. “ПРОГРАММА ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ НЕВЕРБАЛЬНОГО ОБЩЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ НА ОСНОВЕ СВЕРТОЧНОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ” Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019610179, 09.01.2019.

Ван Юе., Воронова Л.И. “КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДА БОЛЕЗНИ ПОЗВОНОЧНИКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОСЕТИ” В сборнике: ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА Материалы XIII Международной отраслевой научно-технической конференции. 2019. С. 407-410.

Кесян Г.Р., Воронова Л.И., Трунов А.С. “ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАЛИЧИЯ САХАРНОГО ДИАБЕТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ” В сборнике: ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА Материалы XIII Международной отраслевой научно-технической конференции. 2019. С. 438-440.

Воронов В.И., Воронова Л.И., Усачев В.А. “Разработка лабораторного практикума для обработки больших данных с использованием hadoop” В сборнике: Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2018) VII Международная научнотехническая и научно-методическая конференция. 2018. С. 558-563.

Arduinomaster [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://arduinomaster.ru/platy-arduino/plata-arduino-uno/, свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 24.01.2020)

Arduinomaster [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/photorezistor-arduino-datchik-sveta/, свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 23.01.2020)

Сервопривод [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/arduino-datchik-dvizheniya/, свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 23.01.2020)

Сервопривод [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://robo02.ru/2018/03/22/connecting-the-arduino-button/, свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 22.01.2020)

Fritzing [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://fritzing.org/home/свободный. – Загл. с экрана.– (Дата обращения 24.01.2020)

Код для цитирования: Скопировать