CC BY
13УДК 004.3
РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО УЧЕБНОГО СТЕНДА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ДОМ»
Попов А.А., студент, направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: popovanton95@mail.ru
Шелихов Е.С., кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированного электропривода, электромеханики и электротехники, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: shelevgen@mail.ru
Греков Э.Л., кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автоматизированного электропривода, электромеханики и электротехники, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: aep@unpk.osu.ru
Аннотация. В настоящее время установка автоматизированных систем бытового назначения, например, пожарной и охранной сигнализаций, регулировки освещения и теплоснабжения становятся повсеместно востребованными. Таким образом, вопрос подготовки специалистов, способных осуществлять их проектирование, установку и обслуживание актуален и со стороны работодателей и учебных учреждений. Целью данной статьи является представление разработки мобильного учебного стенда для проектирования автоматизированной системы «Умный дом». В качестве основных задач выделим выполнение определённых требований при разработке его виртуальной и физической модели, а также описание основных функциональных модулей и структуры системы мониторинга и автоматизации. Представленные наработки могут быть полезны инженерам, студентам и аспирантам при изучении и исследовании основных узлов и модулей рассматриваемого оборудования, а также разработке программного обеспечения для его корректной работы.
Ключевые слова: датчики, лабораторный стенд, система мониторинга и автоматизации.
DEVELOPMENT OF EDUCATIONAL LABORATORY BENCH FOR DESIGNING AUTOMATED SYSTEMS «SMART HOUSE»
Popov A.A., student training direction: 13.03.02 Electric power industry and electrical engineering, Orenburg State University, Orenburg e-mail: popovanton95@mail.ru
Shelikhov E.S., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Automated Electric Drive, Electromechanics and Electrical Engineering e-mail: shelevgen@mail.ru
Grekov E.L., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Automated Electric Drive, Electromechanics and Electrical Engineering, Orenburg State University, Orenburg e-mail: aep@unpk.osu.ru
Abstract. Currently, the installation of automated systems for domestic purposes, such as fire and burglar alarms, lighting control and heat supply, are becoming widely in demand. Thus, the issue of training specialists capable of carrying out their design, installation and maintenance is also relevant on the part of employers and educational institutions. The purpose of this article is to present the development of a mobile training stand for de-signing an automated system "Smart House". The main tasks will highlight the fulfillment of certain requirements in the development of its virtual and physical model, as well as the description of the main functional modules and the structure of the monitoring and automation system. The presented developments can be useful to engineers, students and graduate students in studying and researching the main components and modules of the equipment in question, as well as developing software for its correct operation.
Keywords: sensors, laboratory bench, monitoring and automation system.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
На сегодняшний день существует огромное количество стендов, посвященных тематике «Умный дом», однако практически все ориентированы на демонстрацию для дальнейшей продажи комплектующих [1, 2]. Они не позволяют собирать схемы, программировать контроллер и обладают достаточно узким набором датчиков. Таким образом, разработка лабораторного стенда, ориентированного на обучение специалистов работе с типовыми узлами контуров рассматриваемой системы, основам их программирования и расположения, актуальна и востребована для учебного процесса на всех ступенях высшего образования в областях автоматизации, при применении рассматриваемых датчиков и микропроцессорных устройств АМшпо.
Целью данной работы является представление проекта учебного лабораторного стенда «Умный дом». При этом основными задачами выделяются выполнения основных требований, предъявляемых к разработке: мобильность (транспортабельность), вариативность собираемых помещений (по
количеству, площади и форме), возможность реализации контуров регулирования не менее пяти (широкий набор используемых датчиков); различные способы мониторинга контролируемой информации; применение проводной и беспроводной структур передачи данных. К ключевым задачам также отнесем описание основных функциональных модулей и структуры системы мониторинга и автоматизации.
Стены помещений стенда реализованы разборными, что позволяет его свободно транспортировать и расширяет вариативность собираемых комнат. В общем виде модель и физическая реализация представлены на рисунке 1.
На данный момент макет стенда позволяет реализовывать порядка десятка различных планировок, проектировать систему сигнализации, пожарной безопасности, отопления, вентиляции и освещения. Планируется расширение вариантов микропроцессорной основы, например применение Raspberry Pi или STM32.
а) 3-Э модель б) физическая реализация Рисунок 1 - Общий вид учебного стенда «Умный дом»
На данный момент представлен следующий на- расположены на деревянной основе, как показано бор датчиков: движения, присутствия, температу- на рисунке 2, что позволяет свободно размещать их ры, влажности, газоанализатор и датчик огня. Они по периметру помещений.
а) НС^501 б) MQ-5 в) DHT11 г) НС^04 д) датчик огня Рисунок 2 - Исполнение основных применяемых датчиков
Исполнительными модулями стенда реализован обогрев полов, розетки питания, вентиляторы и серводвигатели (открывание и закрывание окон).
Реализация некоторых из них представлена на рисунке 3.
а) модуль обогрева б) розетка в) вентилятор Рисунок 3 - Исполнительные модули
Структура работы стенда представлена на схеме рисунка 4. Модуль питания и датчиков объединены в один корпус и представляют собой передатчик 1, содержащий: батарейку (9 В), Arduino Nano и NRF радио модуль. В него поступают сигналы непосредственно с датчиков и передаются на модуль сбора информации, который состоит из Arduino Mega и NRF приёмника [3-5]. Таким образом возможна ре-
ализация как проводной связи, так и беспроводной (радио). Также реализован модуль мониторинга на котором размещена световая, цифровая индикация и LCD-дисплеи для отображения параметров датчиков. Управление исполнительными устройствами осуществляется с панели управления 2, которая включает последние два модуля, устройство сопряжения с компьютером и питание (5 и 12 В).
Исплнительные устройства
Модуль сбора информации
\ \
Модуль мониторинга
Рисунок 4 - Структурная схема системы
Разработанный стенд удовлетворяет всем заявленным ранее требованиям и может быть использован в учебном процессе (рабочее напряжение не превышает 12 В). С его помощью возможно изуче-
ние основ работы с контурами управления и регулирования таких систем «Умного дома», как пожара и газобезопасности, охраны и отопления, а также энергосбережения и вентиляции [6].
Литература
1. Компания МАК - студия ALUR [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ms-alur.com.ua/ (дата обращения: 09.04.18).
2. Информационный портал PRO IoT [Электронный ресурс] Режим доступа: http://pro-iot.pro/ magazine/about/ (дата обращения: 09.04.18).
3. Петин В. А. Практическая энциклопедия Arduino / В.А. Петин, А.А. Биняковский. - М.: ДМК Пресс, 2017. - 152 с.
4. Технический кружок ROBOТЕХНИКА [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://xn--18-6kc-dusowgbt1a4b.xn--p1ai/ (дата обращения: 09.04.18).
5. Arduino в России: [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://arduino.ru/ (дата обращения: 09.04.18).
6. Тесля Е. В. «Умный дом» своими руками - строим интеллектуальную цифровую систему в своей квартире. - СПб.: ПИТЕР, 2008. - 370 с.
