CC BY
1371
Проектирование системы «Умный Дом» Герасимова А. И.
Герасимова Алена Ивановна / Gerasimova Alyona Ivanovna - студент, кафедра информационных технологий и систем, прикладная информатика в экономике, Хакасский государственный университет имени Н. Ф. Катанова, г. Абакан
Аннотация: данная статья содержит описание требований к системе «Умный Дом», сравнительный анализ беспроводных технологий передачи данных и аппаратных характеристик устройств обработки данных. Abstract: this article describes the system requirements SmartHouse, a comparative analysis ofwireless data transmission technologies and hardware characteristics of the processing units.
Ключевые слова: умный дом, проектирование системы, беспроводная передача данных, автоматизированное жилище.
Keywords: smart home system design, wireless data transmission, automated house.
1. Введение
Современный городской житель - очень занятой человек, и он ценит свое время. Его окружают устройства и системы, позволяющие автоматизировать многие рутинные операции [3]. Бортовой компьютер его автомобиля следит за работоспособностью механизмов и систем, сообщает об обнаруженных ошибках, мобильный телефон позволяет всегда « быть на связи», Интернет предоставляет быстрый доступ к необходимой информации в любое время. Главное условие - человек получает необходимую ему информацию, соответствующую его потребностям, при минимальных затратах времени, что способствует повышению уровня комфорта.
Система «Умный Дом» ориентирована на повышение уровня комфорта и безопасности проживания [1]. Как было сказано выше, важным условием комфорта является соответствие системы потребностям человека. Таким образом, при проектировании системы автоматизированного жилища необходимо учесть факторы, формирующие жизненные принципы жителей дома.
2. Определение основных требований к системе
Автоматизированное жилище представляет собой единую систему управления системами жизнеобеспечения В каждой комнате расположены датчики и сенсоры, считывающие информацию о состоянии жилища и формирующие входные данные для вычислительной системы.
Система жизнеобеспечения представляет собой совокупность инженерной системы, системы безо пасности и телекоммуникационной системы.
Инженерная система включает в себя водоснабжение, электроснабжение, газоснабжение и теплоснабжение. Система безопасности представляет собой совокупность систем охраны, видеонаблюдения, контроля доступа. В телекоммуникационные системы входят: телефония, Интернет, телевидение. Автоматизация управления этими системами - основная задача «Умного Дома». Необходимо не только разместить датчики, считывающие информацию, но и автоматизировать процесс решения в случае обнаружения проблемы. Система должна информировать пользователя о проблеме и предложить пути решения. Помимо оповещения пользователя, система может самостоятельно решить возникшую проблему. Так, в случае обнаружения утечки, поступление воды должно прекратиться автоматически. При обнаружении посторонних лиц в отсутствие хозяев - вызов охраны.
Автоматизация контроля систем жизнеобеспечения осуществляется с целью повышения уровня безопасности [1]. Для повышения уровня комфорта необходимо автоматизировать управление подсистемами. В системе «Умный Дом» можно выделить такие подсистемы, как электрообеспечение (бесперебойная работа системы, резервный источник питания), освещение (автовыключение, режимы освещения), управление электроприводами (регулировка жалюзи, штор), развлечения (домашний кинотеатр, аудиосистема), связь (беспроводная передача данных с датчиков, Интернет), климат-контроль (системы отопления, кондиционирования, вентиляции и увлажнения воздуха), система безопасности (система охраны, видеонаблюдения, контроль доступа) и система общего управления (доступ с любого портативного устройства, находящегося в локальной сети или удаленно через Интернет).
Помимо повышения уровня комфорта и безопасности, целью «Умного Дома» является энергосбережение и, следовательно, снижение затрат на содержание дома [2]. Энергосбережение возможно за счет распределения нагрузки в зависимости от времени суток и установленных пользователем параметров. Например, авто выключение света в случае отсутствия жильцов. Уменьшение/увеличение яркости освещения в зависимости от естественного освещения.
3. Основные узлы системы
Система «Умный Дом» предоставляет возможность управления в режиме реального времени при помощи любого мобильного устройства или ПК, расположенного в локальной сети или имеющего доступ в Интернет [2].
Монтаж структурированных кабельных систем - довольно сложный и дорогостоящий процесс, поэтому передача данных от пользователя и датчиков к системе осуществляется посредством беспроводных технологий (табл. 1).
Wi-Fi Bluetooth ZigBee
Диапазон (м) 50-100 10-100 10-100
Частота (ГГц) 2,4 2,4 2,4
Потребление мощности Высокий уров ень Низкий уровень Очень низкий уровень
Предполагаемая область применения Передача видеопотока с камер Передача аудио сигнала (домашний кинотеатр, аудиосистема) Беспроводное соединение между датчиками и вычислительной системой
Вычислительная часть системы «Умный Дом» представлена микрокомпьютером, принимающим сигналы датчиков и сенсоров, и реагирующим на них соответствующим образом, путем передачи сигналов исполняющим модулям. Так, например, при получении микрокомпьютером сигнала от датчика утечки воды, он должен передать команду микроконтроллеру -исполнителю системы водоснабжения о перекрытии поступления воды.
Сравнение наиболее популярных устройств обработки данных представлено в таблице 2.
Таблица 2. Сравнение аппаратных характеристик устройств обработки данных
Coubietruck Raspberry Pi
Стоимость от 3100 руб. от 1300 руб.
Процессор CPU: 1G ARM Cortex-A7 Dual Core CPU 0.7 Ghz ARM 1176JZF-S
Видеокарта GPU: Mali400MP2 GPU Broadcom VideoCore IV
Оперативная память RAM 2GB DDR3 RAM 512 MB
Поддерживаемые интерфейсы Ethernet 1000M, 2USB,SATA 2USB
Встроенная память 4 Гб NAND Flash нет
Входы-выходы для подключения датчиков 54 контакта 26 контактов
Максимальная потребляемая мощность 9 Вт 3,5 Вт
При анализе данных таблицы становятся очевидными преимущества Coubietruck: мощность процессора, поддержка Gigabit Ethernet, большое количество периферийных контактов для подключения устройств. Raspberry Pi более дешевое и экономичное устройство, но менее производительное, следовательно, Coubietruck - наиболее подходящее устройство для обработки данных системы.
4. Выводы
Основная цель системы «Умный Дом» - повышение уровня безопасности и комфорта проживания, что достигается посредством автоматизации управления системами жизнеобеспечения. Рациональное использование ресурсов способствует энергосбережению и уменьшению затрат на содержание дома. Управление «Умным Домом» может осуществляться с любого мобильного устройства или ПК, находящегося в локальной сети или через Интернет. Связь между узлами системы и устройством обработки данных основана на беспроводных технологиях Wi-Fi (передача видеопотока), Bluetooth (связь элементов аудиосистемы), ZigBee (передача данных с датчиков). Для выбора наиболее подходящего из популярных вычислительных устройств Coubietruck и Raspberry Pi был проведен сравнительный анализ их характеристик, в результате которого было установлено, что наиболее рационально использовать Coubietruck, поскольку для системы необходимо мгновенное реагирование на сигналы с датчиков, следовательно, необходима максимальная производительность процессора.
Литература
1. Авдеев А. С. Разработка систем автоматизации жилых и офисных помещений «Умный Дом» // Сборник
научных трудов студентов «Катановские чтения» - 2014». - 2014. - С. 142-143.
2. Авдеев А. С., Герасимова А. И. Основные проблемы программирования систем «Умного Дома» // Перспективы науки. -2014. - С. 62-65.
3. Кадырова Л. Ш. УМНЫЙ ДОМ: идеология или технология. [Электронный ресурс]: Международный научно-исследовательский журнал. Режим доступа: http://research-joumal.org/featured/arch/umnyj-dom-ideologiya-ili-texnologiya/ (дата обращения: 10.12.2014 г.).
