CC BY
42
УДК 004.415.2
Назим А.Я.
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва, Россия
ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОБИЛЬНОГО ПРИЛОЖЕНИЯ «УПРАВЛЕНИЕ
ОСВЕЩЕНИЕМ»
АННОТАЦИЯ
В статье обсуждаются основные концепции Интернета вещей. Рассматривается реализация аппаратной и программной части системы для управления освещением жилых и нежилых помещений. Приводятся методы разработки мобильного приложения, реализации аппаратной части.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Мобильная разработка; мобильное приложение; программирование; Интернет вещей.
Nazim A.Ya.
THE NATIONAL UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY MISIS, MOSCOW,
RUSSIA
SOFTWARE IMPLEMENTATION OF MOBILE APPLICATION "LIGHT CONTROL" ABSTRACT
The article discusses the basic concepts of Internet of Things. The realization of hardware and software systems for the management of commercial and residential lighting. Presents methods for developing mobile applications, the implementation of the hardware.
KEYWORDS
Mobile development; mobile application; programming; Internet of Things.
В последнее время все большую популярность набирает концепция «Интернет вещеи» (англ. Internet of Things, IoT) [1] и технологии, основанных на даннои концепции. Все больше устроиств подключаются посредством телекоммуникационных сетеи к глобальнои сети Интернета вещеи. Концепция IoT подразумевает организацию вычислительнои сети физических предметов, оснащенных встроенными технологиями для взаимодеиствия друг с другом или с внешнеи средои, и направлена на преобразование экономических и общественных процессов [2]. Уход от традиционных механизмов управлением многих устроиств позволит сократить затраты времени на рутинные задачи. Спектр использования технологии Интернета вещеи безграничен: от домашнеи кофемашины до схем управления интеллектуальных городов. При реализации проектов повсеместного использования IoT возникает задача идентификации каждого устроиства, подключенного к глобальнои сети Интернета вещеи. Бурньш переход на стандарт IPv6 позволяет подключить для каждого жителя Земли до 300 млн. устроиств, что решает указанную проблему.
В даннои статье рассматривается задача построения системы управления освещением жилых и нежилых помещении с помощью мобильного приложения.
Решение даннои задачи направлено на реализацию концепции управления в системах «Умныи дом» (англ. Smart House) - среды, организованнои для комфортного проживания людеи при помощи современных высокотехнологичных устроиств. Данная концепция популярна во всех странах мира. Система «Умныи Дом» является комплекснои системои автоматизации системы управления здании с применением с наличием огромного ряда функции. В систему входят функции управления такими системами как система освещения, вентиляции, охранная система, система противопожарнои безопасности, система защиты от протечек воды, система обогрева и т.д.
При решении вопросов построения системы управления освещением, как правило, главнои целью являются энергоэффективность и сбережение энергии. Обсуждению этих вопросов посвящаются всемирные форумы и конференции [3, 4]. Но помимо этих целеи для владельцев «умных домов» не менее важно наличие возможности создания комфортнои среды с различными сценариями освещения в зависимости от ситуации и обстановки.
В данном исследовании задача построения системы управления освещением делится на 2 подзадачи:
1. Проектирование и реализация аппаратной части;
2. Проектирование и реализация программного обеспечения.
Проектирование и реализация аппаратной части
Для реализации проектов Интернета вещеи необходимо устроиство-посредник. Устроиство служит для получения и обработки полученных команд и управляющих инструкции, а также хранения полученных данных. Этим устроиством, как правило, является сервер. Современные серверные технологии - это так называемые «облачные технологии». Новым поколением облачных технологии являются «туманные вычисления» (англ. Fog computing). Туманные вычисления - это уход от традиционных облачных технологии как простого места хранения данных, это парадигма связи географически отдаленных устроиств для выполнения общих вычислении. Туманные технологии являются современнои платформои для решения проблем Интернета вещеи, которая позволит обрабатывать большие объемы данных и решать множество задач, связанных с Big Data.
В реализованном проекте использовались аппаратные устроиства малых мощностей В больших серверных компонентах не было необходимости в связи с небольшим объемом передаваемых данных. Проект реализовывался для демонстрации модели готового решения.
В качестве аппаратного устроиства был выбран мини-компьютер Raspberry Pi 2 Model B (рис. 1). Данное устроиство обладает малыми техническими характеристиками по сравнению с серверными решениями. Объем оперативнои памяти 1024 Мб, тактовая частота процессора 900 МГц. Данное устроиство было выбрано в связи с низкои стоимостью и достаточными техническими характеристиками для выполнения проекта.
Рис. 1. Мини-компьютер Raspberry Pi 2 Model B
Рис. 2. Плата для подсоединения диодов RGB LED
В проекте использовались RGB LED диоды и плата для подсоединения диодов (рис. 2).
Применялись 3 транзистора с сопротивлением 220 Ом. Использовалось питание со следующими характеристиками:
- сила тока 2А;
- напряжение 12В.
Данное решение является тестовым.
Помимо RGB LED диодов в схему также включалась RGB LED лента. Возможно подключение и других источников света, т.к. данная схема универсальна. В зависимости от количества источников света необходим подбор только различных источников питания.
Проектирование и реализация программного обеспечения
1. Программирование сервернои части
В качестве операционнои системы для сервера использовалась OC Raspbian. Данная ОС наиболее оптимизированная под аппаратную часть и является базовои для всего модельного ряда Raspberry.
Для назначения переменным номера выходов аппаратного устроиства использован код
Python:
red_gpio = 18 green_gpio = 23 blue_gpio = 24
Пример кода для изменения цвета представлен ниже: def updateHue(R, G, B):
rVal = 100 - (R/255.0)*100 gVal = 100 - (G/255.0)*100 bVal = 100 - (B/255.0)*100 print "rgb(%.2f, %.2f, %.2f)" % (rVal, gVal, bVal) RED.ChangeDutyCycle(rVal) GREEN.ChangeDutyCycle(gVal) BLUE.ChangeDutyCycle(bVal) Данныи код написан специально для диода с общим анодом.
2. Программирование клиентскои части - мобильного приложения
В качестве элемента для управления системои было выбрано мобильное устроиство. Данныи выбор был сделан, поскольку мобильные устроиства повсеместно распространены, и нет необходимости в приобретении дополнительного оборудования.
Было написано мобильное приложение для ОС Android с использованием языка Java[5]. В настоящее время с помощью технологии Xamarin приложение делается кроссплатформенным. Пример кода представлен ниже: <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <!-- colors.xml --> <resources>
<color name="red">#FFFF0000</color> <color name="green">#00FF00</color> <color name="blue">#0000FF</color> </resources>
Основные функции реализованного пользовательского интерфеиса представлены на рис. 3. Функционал приложения
Приложение позволяет создавать различные сценарии освещения в зависимости от настроения и обстановки.
С помощью приложения возможно включение/выключение источников света, изменение цвета источников света, а также уровня цвета.
Также в приложении реализован функционал изменения цвета в зависимости от загруженнои мелодии.
Примеры управления светом представлены на скриншотах на рис. 4.
Рис. 3. Реализация пользовательского интерфейса
||||||||! В ОетоЬЕР
СЮ 15:30
Рис. 4. Скриншоты - примеры управления источниками света
Области использования
Как правило, в систему «Умньш дом» входит полная автоматизация освещения с использованием специального оборудования. Эта система очень удобна, прежде всего, для энергосбережения дома, когда при входе человека в пустое помещение свет включается, а при выходе - свет отключается автоматически либо по специальнои звуковои команде.
Функционал разработанного устроиства ориентирован, прежде всего, на создание комфортнои среды с различными сценариями освещения. Устроиство может быть использовано не только в жилых домах, но и в нежилых помещениях, в том числе общественного назначения (кафе, рестораны, клубы и др.). Удобство предложеннои системы заключается в том, что освещение можно будет настраивать при помощи мобильного приложения через смартфон, планшет, либо любое другое мобильное устроиство.
Для жилых помещении преимуществом является то, что нет необходимости использования специального пульта. Кроме того, в рамках интегрированнои системы управления домом предоставляется возможность удаленного управления светом, что является также элементом системы безопасности.
Проект реализован в рамках включенного образования по программе Erasmus+ во Вроцлавском Техническом Университете (Faculty of Computer Science and Management, Computer Science Department). Исследование выполнено при поддержке руководителя научной работы заведующего кафедрой автоматизации проектирования и дизайна НИТУ МИСиС, профессора, д.т.н. А.В. Горбатова и управления международной академической мобильности НИТУ МИСиС.
Литература
1. Internet Of Things. Gartner IT glossary. Gartner (5 May 2012). URL: http://www.gartner.com/it-glossary/internet-of-things/.
2. Hung LeHong. Hype Cycle for the Internet of Things. - Gartner, 2012. - 71 p.
3. Proceedings of CIE 2010 "Lighting Quality and Energy Efficiency", 14-17 March 2010. - Vienna, 2010.
4. Proceedings of the 3rd Annual Internet of Things Europe 2011: Bridging the divide between policy and reality, 28-29 June 2011. - Brussels, 2011.
5. Rogers R., Lombardo J., Blake M. Android Application Development. - Shroff, 2009. - 354 p.
6. Petzold Ch. Creating Mobile Apps with Xamarin. Forms: Cross-platform C# programming for iOS, Android, and Windows. -Microsoft Press, 2016. - 1187 р.
References
1. Internet Of Things. Gartner IT glossary. Gartner (5 May 2012). URL: http://www.gartner.com/it-glossary/internet-of-things/.
2. Hung LeHong. Hype Cycle for the Internet of Things. - Gartner, 2012. - 71 p.
3. Proceedings of CIE 2010 "Lighting Quality and Energy Efficiency", 14-17 March 2010. - Vienna, 2010.
4. Proceedings of the 3rd Annual Internet of Things Europe 2011: Bridging the divide between policy and reality, 28-29 June 2011. - Brussels, 2011.
5. Rogers R., Lombardo J., Blake M. Android Application Development. - Shroff, 2009. - 354 p.
6. Petzold Ch. Creating Mobile Apps with Xamarin. Forms: Cross-platform C# programming for iOS, Android, and Windows. -Microsoft Press, 2016. - 1187 р.
Поступила 15.10.2016
Об авторах:
Назим Андрей Ярославович, студент института информационных технологий и автоматизированных систем управления (ИТАСУ) Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательски технологически университет «МИСиС», [email protected].
