Embed Size (px)
Citation preview
Проект «Умный дом»
Соловец Сергей Александрович 09.02.02 «Компьютерные сети»,
2 курс. ГПОУ « Воркутинский политехнический техникум»
Руководители: Макшаков Иван Леонидович,
преподаватель спецдисциплин;
Чирков Иван Сергеевич,
техник информационно-вычислительного центра
Прикладная работа посвящена разработке и созданию «умного дома».
Суть работы заключается в создании прототипа (макета) умного дома
для демонстрации возможностей.
Умный дом (англ. Smart House) – это современная система по
управлению зданием, предоставляющая возможность управлять и
оптимизировать все происходящие в здании процессы.
Умный дом в современных условиях — чрезвычайно гибкая система,
которую пользователь конструирует и настраивает самостоятельно в
зависимости от собственных потребностей. Это предполагает, что каждый
владелец умного дома самостоятельно определяет, какие устройства куда
установить и какие задачи они будут исполнять, например включение света в
комнате голосовой командой.
Основные преимущества Умного дома:
• объединение отдельных функций в единую систему;
• возможность экономить;
• комфорт;
• надежность оборудования и системы в целом;
• гибкость технологий и возможности внедрения новых функций;
• простота в управлении и наблюдении;
• большой выбор компонентов дизайна и отделки;
• индивидуальность;
• управление согласно созданным режимам, сценариям, дате.
Данный проект основан на микроконтроллере Arduino UNO R3,
который отвечает за перенаправление команд с рабочего сервера и обратно.
Принцип работы макета:
Пользователь говорит в микрофон команды (заранее записанные в
специальный файл commands.txt), при удачном распознавании (процент
совпадения для каждой команды настраивается отдельно также в файле
commands.txt) выполняет необходимые действия.
Распознавание речи происходит с помощью стандартных средств ОС.
Рис. 1 Рабочий макет
Рис. 2 Arduino UNO R3
Для работы макета ноутбук исполняет роль сервера, на котором
установлено программное обеспечение, разработанное одним из кураторов.
На 3D принтере были созданы макет комнаты и кухни.
К макету были подключены 4 зеленых светодиода, 4 резистора 220 Ом
и 5 соединительных проводов.
Рис.3 Схема умного дома
Процесс создания.
В программе Arduino IDE был написан скетч (от англ. Sketch), или же
простым языком – программное обеспечение, команды которые направляет
на нужное устройство Arduino, а сам программный код был написан в Visual
Studio 2017.
Рис.4 Visual Studio 2017
Далее для работы с этим кодом необходимо иметь на сервере Arduino
IDE. Она нужна для работы с Arduino и подключенными к ней
компонентами.
Рис.5 Arduino IDE
Для определения голоса человека используется активный микрофон,
который подключен либо интегрирован в сервер.
Программный код, кстати, который был ранее упомянут, можно
дополнить. Это может сделать только человек владеющий знаниями
программирования.
Ну что же, давайте плавно перейдем на тему модернизации данного
устройства. Одним из главных преимуществ Умного дома является
возможность его постоянной модернизации. Добавление новых датчиков,
подключение новых индикаторов, использование сети интернет с целью
облегчить свою жизнь, а также замена уже имеющихся компонентов. Но и
это ещѐ не все, вы можете заменить даже сам микроконтроллер на
полноценный микрокомпьютер в лице Orange Pi. Чуточку подробнее об этом
мини компьютере. Как любой другой компьютер он имеет процессор, ОЗУ,
собственное хранилище памяти, 1 USB вход, 1 HDMI вход и разъем RJ145
для подключения к сети интернет. Работает от 5V. Этот микрокомпьютер
позволяет отказаться от микроконтроллера и сервера, заменив их одним
устройством. С его помощью вы сможете экономить на электроэнергии, так
как устройство спокойно работает на аккумуляторных батарейках.
Все это и не только можно реализовать, имея необходимый набор
устройств и инструментов. Например, можно подключить Arduino к
домашним электроприборам. Самый простой вариант – это светильник.
Первым делом нужно написать специальный программный код, который
будет выполнять функцию включения и выключения света по Вашей
голосовой команде. Далее для того чтобы светильник безопасно работал при
помощи Вашей голосовой команды нужно к выключателю подключить
соединительные провода от Arduino к реле, оставив фазу ―земля‖ нетронутой.
Таким образом за реле будет отвечать не выключатель, а ваш сервер. При
этом, в случае его неисправности, Вы всегда сможете включить или
выключить свет самостоятельно.
Рис 6. Схема работы
И это только начало! Только представьте, что почти любой прибор с
механизмом у Вас дома\на работе может контролировать Ваш сервер,
согласно с вашим инструкциями и сценариями. Это вполне реально! Как вы
смотрите на то, чтобы заменить, ваш будильник электрическим прибором с
LED экраном? Это вполне возможно реализовать. Следующим и немало
важным преимуществом Умного дома является индивидуальность. То есть
вы можете сделать все так, как хочется лично Вам.
Давайте на примере прибора с LED экраном рассмотрим ваши
возможности. Сам прибор и экран Вы можете выбрать самостоятельно, ведь
их большое разнообразие.
Рис.7 Пример LED экрана для Arduino
Выбрав нужный вам экран после подключения к серверу и настройки
программного обеспечения Вы можете по своему желанию выбрать то, что
будет выводиться на этом экране. Например, часы или погода на улице. То,
что будет показывать экран зависит от Вас и Ваших потребностей. Здесь, как
и в большинстве случаев данной темы есть немалая свобода выбора.
Следующим немало важным преимуществом данного проекта является
безопасность. Существует большое количество датчиков отвечающие за
контроль влажности в помещении, загазованности, света, температуры, а так
же сенсоры движения. Все это при правильной эксплуатации даст Вам
максимум информации о помещении в котором они установлены. Помимо
информации датчики будут реагировать, в случае если значение превысит
допустимую норму.
Для упрощения работы с Умным домом в будущем возможно будет
использовать мобильное приложение, которое позволит увидеть
необходимую Вам информацию с подконтрольных датчиков и индикаторов.
Помимо информации вы сможете управлять небольшим количеством
электрических приборов в вашей квартире\доме с помощью мобильного
приложения. Важным аспектом при работе с мобильным приложением это
постоянное подключение к сети интернет вашего домашнего сервера и
смартфона с которого вы будете совершать действия. На сервере будет
установлена авторизация пользователя, где вам нужно будет ввести пароль
для установления соединения с домашним сервером. Это сделано для того,
чтобы никто кроме Вас не смог получить доступ к вашему Умному дому.
Давайте рассмотрим уже существующие предложения Умного дома.
Их можно найти в сети интернет вбив в поиск соответствующий запрос.
Первым делом мы видим уже готовые комплекты Умного дома, куда
включены разные датчики, сенсоры и приборы для считывания нужной
информации. Стоит взглянуть на цену этих комплектов. Первый и самый
дешевый дает нам возможность управлять только светом и освещением в
Вашей квартире\доме, и то, только с помощью пульта управления. Стоимость
данного комплекта составляет 2800Р. Пропустим пару десятков предложений
и перейдем к самым дорогим. За 23.000Р нам предлагают комплект, в состав
которого входит 2 датчика, 6 силовых блоков, 3 пульта-радиопередатчика и
24 рычажных клемм. Также есть предложение 685.000Р. Данный комплект
включает всѐ необходимое оборудование и программное обеспечение, такое
как: камеры видеонаблюдения (до 24 шт.), датчики температуры, влажности,
освещение, зональное управление климатом (температурой пола и воздуха в
квартире). Присутствует даже двусторонний обмен СМС сообщениями.
Самым главным отличием от нашего проекта является измененный
контроллер, который помимо работы всех датчиков отвечает за контроль
электроэнергии. И все бы ничего, да вот не каждый может себе позволить
столь роскошную систему управлением дома. В нашем случае используется
микроконтроллер, цена которого от 300Р. Набор необходимых сенсоров и
датчиков можно приобрести за 900Р. В этом плане очень наглядно
чувствуется разница в цене.
Рассмотрев ситуацию на конкретном примере мы доказали, что можно
сделать Умный дом с минимальными финансовыми вложениями, сделав
основную часть работы самостоятельно.
Используемые источники:
1. http://ru.wikipedia.org
2. http://www.ferra.ru
3. http://arduino-projects.ru/
Приложение 1
Скетч для Arduino
bool mode_1 = false;
bool mode_2 = false;
bool mode_3 = false;
bool mode_4 = false;
void setup()
{
pinMode(8, OUTPUT);
pinMode(9, OUTPUT);
pinMode(10, OUTPUT);
pinMode(11, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
if (Serial.available() > 0)
{
byte data = Serial.read();
switch(data)
{
case '1':
command(11, mode_1 = !mode_1);
break;
case '2':
command(10, mode_2 = !mode_2);
break;
case '3':
command(9, mode_3 = !mode_3);
break;
case '4':
command(8, mode_4 = !mode_4);
break;
}
}
}
void command(int led, boolean mode)
{
if (mode)
digitalWrite(led, HIGH);
else
digitalWrite(led, LOW);
}
Приложение 2
Фрагмент кода для Visual studio c sharp
void InitSpeach()
{
// инициализация голосового синтезатора
voice = new SpeechSynthesizer();
voice.SetOutputToDefaultAudioDevice();
voice.Rate = 0;
voice.Volume = 100;
// инициализация системы распознования голоса
speech = new SpeechRecognitionEngine();
speech.SetInputToDefaultAudioDevice();
speech.SpeechRecognized += Speech_SpeechRecognized;
// загрузка системных и пользовательских команд
LoadSystemCommands();
LoadUserCommands();
// добавление фраз
Choices phrases = new Choices();
foreach (var command in commands)
{
phrases.Add(command.Key);
}
GrammarBuilder grammar = new GrammarBuilder();
grammar.Append(phrases);
speech.LoadGrammar(new Grammar(grammar));
// запуск
speech.RecognizeAsync(RecognizeMode.Multiple);
}
// функция загрузки системных команд
private void LoadSystemCommands()
{
AddCommand("привет", new CommandData("привет", "", () => { Say("привет"); }));
}
// функция загрузки пользовательских команд из файла
private void LoadUserCommands()
{
foreach (var command in File.ReadAllLines("commands.txt"))
{
string[] data = command.Split('|');
AddCommand(data[0], new CommandData(data[0], data[1], () => {
SendToSerial(data[2]); }));
}
}
// класс данных команды
class CommandData
{
public string Name;
public string Description;
public Action Action;
public CommandData(string name, string description, Action action)
{
Name = name;
Description = description;
Action = action;
}
}
