Практическая работа 1 система умный дом. Проект "умный дом". Система кондиционирования и отопления

Практическая работа № 1 СИСТЕМА «УМНЫЙ ДОМ»

Аппаратное и программное обеспечение: компьютер с установ­ленной операционной системой Windows или Linux, подключенный к Интернету.

Цель работы: научиться находить ресурсы по заданной теме и при­менять их на практике.

План работы:

1. В операционной системе Windows или Linux, используя браузер, найти информацию об «Умном доме» с помощью одной из по­исковых систем.

2. В операционной системе Windows или Linux в текстовом редак­торе создать отчет о найденной информации об «Умном доме».

3. Выполнить зачетное задание.

Задание № 1. Поиск информации об «Умном доме» с помощью поисковой системы.

Для поиска информации об «Умном доме» выполните следующие действия.

1. В операционной системе Windows или Linux в браузере открой­те стартовую страницу одной из поисковых систем, например http://google.ru.

2. Найдите определение, что такое «Умный дом». Для этого в строку поиска введите фразу «Определение Умный дом»

3. Откройте в новой вкладке страницу сайта ru.wikipedia.org/wiki/ Умный_дом. Для этого щелкните мышью по гиперссылке Умный дом - ВикипедиЯ. Прочитайте об «Умном доме» на стра­нице Википедии.

4. Вернитесь на страницу поиска http://google.ru, не закрывая те­кущую вкладку.

6. Вернитесь на страницу поиска http://google.ru, не закрывая теку­щую вкладку, и измените поисковый запрос на «Купить Умный дом».

7. Посмотрите самостоятельно информацию о системе «Умный дом» на 2 - 3 найденных сайтах. Каждый сайт открывайте в новой вкладке, не закрывая остальные вкладки.

Ознакомьтесь самостоятельно с примерами других «умных» систем или приборов. «Умный свет» - это система управления освещением этажей многоэтажного дома, коридоров гостиниц и офисов. Свет включается, когда в помещении появляется человек, выключается свет автоматически там, где человека уже нет. «Умная плита» имеет массу датчиков, которые непрерывно следят за приготовлением блюда. Плита сама распознает момент, когда нужно снижать температуру нагрева. При включении нагревается только та часть варочной поверхности, которая находится под дном посуды, посуду можно передвинуть, «кон­форка» сама направится вслед за ней и продолжит нагревание.

Задание № 2. Создание отчета в текстовом редакторе о найденной информации об «Умном доме».

Для создания отчета выполните следующие действия.

1. Откройте текстовый редактор OpenOffice.org Writer. По центру страницы введите название отчета «Умный дом».

2. Скопируйте определение «Умного дома» в текстовый редактор OpenOffice.org Writer с сайта ВикипедиЯ. Для этого перейдите в брау­зере на открытую вкладку Умный дом - ВикипедиЯ и выделите мы­шью первый абзац статьи. Скопируйте выделенный абзац с помощью контекстного меню.

3. Вернитесь в текстовый редактор и вставьте скопированный абзац после заголовка. Для этого можно воспользоваться командой Вставка кон­текстного меню. Выровняйте вставленный абзац по ширине (рис. 1.4).

4. Сохраните созданный тестовый файл под именем «Умный дом» с расширением.doc.

5. Вставьте в текстовый редактор таблицу «Различие систем “Умный дом” в Европе и в России». Заполните ее, используя информацию со страницы сайта ВикипедиЯ.

6. В текстовом файле создайте подзаголовок «Возможности:» и, ис­пользуя информацию, размещенную на сайте http://www.eskd72.ru/, скопируйте их в отчет об «Умном доме».

7. Измените поисковый запрос в браузере так, чтобы найти сайты компаний, которые занимаются проектировкой и монтажом системы «Умный дом».

8. В текстовом файле создайте подзаголовок «Сравнение систем “Умный дом”» и заполните таблицу, используя найденную инфор­мацию.

Вставка картинки выполняется следующим образом. В окне брау­зера вызовите контекстное меню у картинки и выберите пункт меню Копировать изображение.

Вернитесь в текстовый редактор, установите курсор в нужную ячейку таблицы и с помощью контекстного меню вставьте рисунок.

При вставке картинки в таблицу настройте обтекание изображения. Для этого воспользуйтесь командой контекстного меню Обтекание - Оптимальное обтекание.

После этого автоматически изменится ширина строки таблицы и картинка будет полностью помещаться в ячейку таблицы.

Заполните оставшуюся часть таблицы самостоятельно

Зачетное задание.

1.Предусмотрите элементы системы «Умный дом» для помещений вашей квартиры (дома): система охраны входа, система управления освеще­нием, система управления бытовыми приборами, система управления температурой в помещениях (подачей отопления), система управления кондиционерами в помещениях, другое.

2.Вставьте фотографии соответствующих элементов системы (с сайтов) в план помещений вашей квартиры (дома).

Актуальность дипломной работы настройка голосового интерфейса в автоматизированной системе " Умный дом" связана с возможностью управления всеми имеющимися инженерными системами в доме: электропитанием, освещением, отоплением, вентиляцией и ид. Голосовому управлению можно подчинить почти каждый электронный прибор, любую электронную систему и любые функции, сценарии и сюжеты в доме.

Цель дипломной работы подробно изучить настройку голосового интерфейса, видов квалификации, а также создание прибора для наглядного пособия работы голосового интерфейса в автоматизированной системе «Умный дом».

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

провести подробный аналитический обзор по автоматизированной системе «Умный дом»

Предметом исследования является анализ использования и настройка голосового управления.

Методы исследования. При исследовании данной темы использовались аналитические и практические методы.

В первой главе рассмотрена классификации системы голосового интерфейса в автоматизированной системе «Умный дом», их достоинства и недостатки, инженерные системы, системы управления освещением. Так же были подробно изучены синтез и распознавание речи. Разработана принципиальная и функциональная схема устройства.

Во второй главе описаны меры безопасности при техническом обслуживании компьютерной техники, требования к оборудованию рабочего места техника и требования пожарной безопасности.

Глава 1. Техническая часть. Настройка голосового интерфейса в автоматизированной системе «умный дом»

1.1 Аналитический обзор

1.1.1 Автоматизированная система «Умный дом»

Представьте картину: вы входите домой, автоматически включается свет и приятный голос приветствует вас. Вы небрежно бросаете фразу в сторону микрофона: «Дом, включи мой компьютер». Через несколько секунд слышите привычный шелест кулеров своего ПК.

Все мы когда-нибудь видели подобные картины в зарубежных фантастических фильмах и мечтали: «Когда-нибудь такое будет и у нас». Спешу вас обрадовать - подобие увиденного можно реализовать уже сейчас и без гигантских затрат.

«Умный дом (англ. digital home) - жилой автоматизированный дом современного типа, организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств. Под «умным домом» следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Основной особенностью интеллектуального здания является объединение отдельных подсистем в единый управляемый комплекс. Важной особенностью и свойством «Умного дома» отличающим его от других способов организации жизненного пространства является то, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека с жилым пространством, когда человек одной командой задает желаемую обстановку, а уже автоматика в соответствии с внешними и внутренними условиями задает и отслеживает режимы работы всех инженерных систем и электроприборов. В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопительными системами, системами видеонаблюдения и сигнализации, воротами и прочим. В доме оборудованном системой «Умный дом» достаточно одним нажатием на настенной клавише (или пульте ДУ, сенсорной панели и т. д.) выбрать один из сценариев. Дом сам настроит работу всех систем в соответствии с Вашим пожеланием, временем суток, Вашим положением в доме, погодой, внешней освещённостью и т. д. для обеспечения комфортного состояния внутри дома.

Вне зависимости от области применения, будь то здание, сборочный цех или поезд метро, целью внедрения таких систем являются снижение эксплуатационных расходов, обеспечение важной информацией, повышение безопасности и комфорта. Для того чтобы понять, как сильно изменились возможности в области автоматизации за последние годы и как они еще поменяются, важно осознать значение некоторых технологических прорывов, которые произошли за последние годы. Разработчики не стоят на месте. Предсказать, как далеко они уйдут вперед всего через несколько лет, можно только, бросив взгляд назад.

Широкое развитие получили сети миникомпьютеров, а затем, дешевых персональных ЭВМ, способных, тем не менее, решать достаточно сложные профессиональные задачи. Правда, на пути технического прогресса оказалось немало серьезных препятствий. Мало того, что системы автоматики различного назначения были автономны, но и сходные по управляющим функциям системы различных производителей были, как правило, несовместимы между собой. Фирмы-разработчики использовали свои закрытые коммуникационные протоколы и не предусматривали интерфейсов для взаимодействия с системами других производителей. Являясь собственностью отдельных компаний, соответствующие продукты и технологии автоматизации с трудом поддавались интеграции друг с другом. Для решения этой проблемы требовались дорогостоящие технические решения, связанные с написанием нового программного обеспечения, изменения топологии сети и закупки дополнительных компонентов.

Таким образом, в определенный момент на рынке сложились объективные предпосылки для успешного внедрения новых подходов в области автоматизации.

Как комплексное решение задачи сначала появились Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были структурированные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом начали появляться системы мультиплексирования каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно. Бурно развивающаяся информатика позволила форсировать эти работы, когда всем стало ясно, что любой проект кабельной системы здания устаревает к моменту завершения строительства.

Поскольку развитие данного направления представлялась более чем сверхприбыльным, на него были пущены немалые средства, и в результате появилась идея «Умного дома». Типичный пример такого здания показан на рис. 1.

«Умный дом» - это комплекс электроники, которая работает внутри или снаружи дома и выполняет централизованное управление всеми (или почти всеми) инженерными системами. Под инженерными системами понимается всё техническое оборудование дома (от канализации до аудио-видео техники). Идея «умного дома» состоит в том, что единый комплекс электроники согласованно управляет работой всего инженерного обеспечения дома.

Очень важно, чтобы алгоритмы взаимодействия подсистем в доме были гибкими, и могли приспосабливаться под изменяющиеся нужды владельца дома. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Самая главная аксиома «умного дома» состоит в том, что система управления и её инженерные подсистемы должны быть построены по блочному принципу. Это означает, что каждая подсистема должна уметь работать автономно, чтобы её работу можно было отладить и обслуживать, отключив оборудование от центрального управления.

Рис.1. макет «Умный дом»

«Умный дом» имеет ряд преимуществ: позволяет экономить до 10-18% электроэнергии, повышать комфорт и безопасность и т.д.

Принцип работы «умного» дома заключается в центральном компьютере, принимающем сигналы от командных устройств, затем эти сигналы передаются исполнительным системам. Управление различными устройствами осуществляется простейшей системой автоматики.

Впервые задача по созданию «умного дома» была решена в 1978 году компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России. Впрочем, Х10 сегодня уже считается устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием. Для создания «интеллектуального дома» этого явно недостаточно. Аудио- и видеотехника требуют как минимум команд смены каналов, изменения громкости, перемотки и управления воспроизведением; а ведь требуется управлять еще системой HVAC (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха). В поисках решений этой проблемы различными компаниями предпринимались попытки к разработкам новых протоколов передачи данных.

Распознавание человеческой речи является одной из сложных научно-технических задач. В настоящее время пользователями вычислительных машин и средств, оснащенных вычислительными машинами, становятся люди, не являющиеся специалистами в области программирования. Проблема речевого управления возникла, кроме того, в связи с тем, что в некоторых областях применения речь стала единственно возможным средством общения с техникой (в условиях перегрузок, темноты или резкого изменения освещенности, при занятости рук, чрезвычайной сосредоточенности внимания на объекте, который не позволяет отвлечься ни на секунду, и т.д.). Хотя в этой области и достигнуты существенные успехи, тем не менее, системы распознавания еще весьма далеки по своим возможностям от человеческих.

Проблема реализации речевого диалога человека и технических средств - актуальная задача современной кибернетики.

Задача машинного распознавания речи привлекает внимание специалистов уже очень давно. Тем не менее, продвинуться далеко в этом направлении пока не удалось. Чисто формально процесс распознавания речи можно описать буквально в нескольких фразах. Аналоговый сигнал, генерируемый микрофоном, оцифровывается, и далее в речи выделяются так называемые фонемы, то есть элементарные фрагменты, из которых состоят все произносимые слова. Затем определяется, какое слово, какому сочетанию фонем соответствует, и строится соответствующий словарь. Распознать слово - значит найти его в этом словаре по произнесенному сочетанию фонем. По мере развития компьютерных систем становится все более очевидным, что использование этих систем намного расширится, если станет возможным использование человеческой речи при работе непосредственно с компьютером, и в частности станет возможным управление машиной обычным голосом в реальном времени, а также ввод и вывод информации в виде обычной человеческой речи.

В настоящее время всё более актуальным становится управление роботом при помощи голосовых команд. Однако создание программного обеспечения для голосового управления промышленным роботом предусматривает проведение экспериментов во время разработки программы на всех этапах разработки. Проведение таких экспериментов, обеспечивающих устранение недостатков, ошибок программы, является экономически невыгодным в условиях промышленного производства и приводит к повышению стоимости разработки и отладки программного обеспечения. Для уменьшения затрат на создание программного обеспечения целесообразно разработать программу, которая обеспечит трёхмерное моделирование голосового управления промышленным роботом, что приводит к необходимости проведения экспериментов в условиях производства лишь на последнем этапе разработки программного обеспечения.

Практическая работа № 1

Тема: «Система «Умный дом»»

Цель работы: научиться объяснять и применять концепции, теории и перспективы развития системы «умный дом»; анализировать возможности и перспективы развития средств обеспечения контроля и управления системой «умный дом»; грамотно использовать полученные знания для проектирования систем «умный дом»

Ход работы:

Задание №1 Ознакомиться с основными понятиями системы "умный дом", заполнить таблицу.

В современных интеллектуальных зданиях системы автоматизации и управления зданиями занимают ключевое место, обеспечивая взаимосвязь всего инженерного оборудования и систем здания. Под «Умным домом» следует понимать жильё, автоматизированное для удобства и комфорта людей при помощи высокотехнологичных устройств. Такая система умеет распознавать конкретные ситуации, происходящие в помещении, и автоматически на них реагировать, причём все элементы управления связаны друг с другом и работают в едином комплексе.

По данным агентства MiDart, в "интеллектуальных зданиях" эксплуатационные расходы уменьшаются на 30%, платежи за электроэнергию также на 30%, за воду - на 41%, за тепло - на 50%, а снижение страховых рисков достигает 60%. Очевидно, что это возможность добиться не только высочайшей степени комфорта и безопасности человека, живущего в «Умном доме», но и экономии природных ресурсов и затрат.

К преимуществам «Умного дома» в первую очередь относятся: 1. Комфорт – это значит, что такая технология направлена на то, чтобы освободить жильцов дома от ежедневного «общения» с различными системами инженерных коммуникаций. В основном она сама управляет различными приборами, учитывая особенности каждого из них. Если необходимо вмешательство человека, то компьютерная программа сообщит об этом. И то, в большинстве случаев такое вмешательство ограничивается нажатием нескольких кнопок на специальном пульте управления.

2. Безопасность. Современное жильё сегодня практически всегда оборудуется системами пожарной безопасности, охранной сигнализации, технической сигнализации и видеонаблюдением. И эти все системы интегрируются в технологию управления «Умный дом»;

3. Экономия - «Умный дом» позволяет снижать затраты на электрическую и тепловую энергию, путём регулирования освещения и климата в неиспользуемых в конкретный момент помещениях. Особое место занимает система безопасности зданий класса «Умный Дом». Интегрированная система безопасности значительно снизит, а порой и исключит возможность появления опасных ситуаций на любом объекте: в квартире, коттедже, офисе, бизнес-центре, торгово-развлекательном центре, магазине, складе, гостинице, музее, театре, промышленном предприятии и других объектах любой степени сложности.

Пожары, неисправности в системах подачи воды и несовершенные системы охраны становятся причиной серьёзных материальных потерь. Вместе с тем, экономический рост последних лет, ведет от избытка электроэнергии в прошлом к ее дефициту в будущем, что, в свою очередь, создает предпосылки более широкого внедрения энергосберегающих технологий и алгоритмов управления, которые, в первую очередь, обеспечиваются системами автоматизации зданий. Использование данной системы в Европе, США, и многих азиатских странах уже достаточно давно являются стандартом для оснащения новых зданий, типовые возможности подобных систем закладываются практически в каждый проект. Популярность же «Умного дома» в России пока невелика.

Основными причинами являются: неправильное восприятие самого понятия «Умный дом», а также негативное отношение к этой теме, вызванное некачественной работой некоторых компаний-инсталляторов на этапе формирования российского рынка систем домашней автоматизации;

отсутствие опыта у компаний-инсталляторов, способствовало тому, что представители компаний часто давали заведомо невыполнимые обещания, и в результате воплощенные системы сильно отличались от ожиданий заказчика.

восприятие понятия «Умный дом» очень узко – как набор датчиков присутствия или движения, с помощью которых свет будет загораться и гаснуть автоматически или по хлопку;

низкое качество поставляемой электрической энергии.

Таблица 1 – Основные понятия системы «Умный дом»

2

Вывод:

Задание №2 Используя данные, представленные в задании, опишите проект своего «Умного дома» в котором предусмотрите элементы системы «Умный дом» для помещений вашей квартиры(дома). Проект необходимо представить в виде схемы (рисунок 1).

Одним из самых популярных способов реализации концепции интеллектуального здания является технология KNX (развернуть). Суть её работы заключается в том, что подключённые к сети абоненты (устройства) могут обмениваться информацией через общую информационную шину. На данный момент KNX – это открытый мировой стандарт, который поддерживают более 300 производителей по всему миру. Эта технология представляет собой логическое развитие требований к инженерным системам зданий.

Для того чтобы превратить обычный дом в интеллектуальный, в соответствии с технологией KNX потребуются следующие элементы: - Сенсоры (датчики и элементы управления) – настенные панели и выключатели, датчики физических величин (температуры, влажности и др.), терморегуляторы, датчики движения и присутствия, таймеры . Они отвечают за регистрацию тех или иных внешних событий, наступление которых должно вызвать определённую ответную реакцию системы. Например, датчик фиксирует повышение температуры и посылает по сети управляющую команду на включение кондиционера; -

Исполнительные устройства (активаторы) – регуляторы освещения (диммеры), релейные модули, элементы управления жалюзи, радиаторы отопления и др. Они меняют своё состояние (включено/выключено, открыто/закрыто) в соответствии с командами, поступающими от сенсоров, управляя тем самым различным электрооборудованием; - Системные устройства – блоки питания, контроллеры, интерфейсные и логические модули, шинные соединения и др. Они устанавливаются в отдельном электрическом шкафу и обеспечивают возможность построения и работоспособность сети KNX в целом.

Комфортный микроклимат в помещении – это сбалансированное соотношение температуры и влажности воздуха. Технические средства, с помощью которых можно этого достичь, сегодня широко доступны, а задача «Умного дома» – синхронизировать их работу и в каждом конкретном случае выбирать оптимальный сценарий включения/выключения устройств.

Панель управления системой «Умный дом» с лёгкостью решает задачу создания различных световых сцен, так как в одном элегантном модульном элементе сочетает несколько программируемых выключателей и необходимых датчиков (автоматическое регулирование освещения).

Проектирование «Умного дома» один из наиболее важных этапов. Как правило, стоимость разработки проекта не превышает 10% от стоимости самого оборудования

- системы безопасности. Именно они определяют высокую степень защиты здоровья, жизни и имущества владельцев «Умного дома». Здесь подразумевается обустройство многочисленных датчиков и видеонаблюдения, которые станут следить за территорией всего жилого комплекса и целостностью инженерных коммуникаций.

- бытовые комплексы. К примеру, внутренний («Теплый пол») и внешний (антиобледенение) обогрев, электроснабжение и защита от молний. Системы обеспечивающие комфортный микроклимат в доме, бесперебойное электропитание и целостность оборудования.

УД предназначен для максимально комфортной жизни людей посредством использования современных высокотехнологических средств. К основным подсистемам умного дома относятся: климат-контроль, освещение, мультимедиа (аудио и видео), охранные системы, селекторная связь, и другие (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структура умного дома

Контрольные вопросы:

1. Основные компоненты Умного дома.

2. Назовите принципиальное отличие Умного дома?

3. Является ли технология «Умный дом» экономичной? Ответ аргументируйте.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Факультет заочного обучения

Кафедра инженерной психологии и эргономики

Дисциплина: Общая теория систем

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

Система «Умный дом»

Введение

Под «умным» домом подразумевается система, которая обеспечивает безопасность и ресурсосбережение.

Комплекс датчиков непрерывно отслеживает работу всего оборудования и, благодаря взаимодействию всех систем, дает возможность сократить затраты на содержание дома и повысить безопасность, надежность и комфортность, а также бережет силы своих хозяев, выполняя за них ежедневную, рутинную работу.

Наиболее востребованной системой является система освещения и теплоснабжения. Вторая наиболее востребованная система - система безопасности. Третьей важной системой является домашний кинотеатр. Важно еще на стадии проектирования учесть различные системы и проложить для них кабели.

В простейшем случае система должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в доме, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Кроме того, от автоматизации нескольких подсистем обеспечивается синергетический эффект для всего комплекса.

Это проще понять, если представить, например, что система отопления никогда не сможет работать против системы кондиционирования. А отопление осуществляется не только по погоде, но и с учётом целого ряда других факторов. От силы ветра, по предсказанию, от времени суток (ночью комфортная температура меньше).

Исходя из этого, важной задачей является разработка сценария «Умного дома», т.е. запрограммированное поведение системы «умного дома» для определенного события. Для этого создается «библиотека сценариев», т.е. варианты - «никого нет», «вечеринка», «гость», «праздник», «утро», «вечер», «отпуск» и т.д. Так же необходимо учесть необходимость гибкого изменения сценариев.

Сценарий «Умного дома» будет включаться в ответ на запрограммированное действие - нажатие на кнопку пульта, сигнал с датчика движения, команда компьютера, срабатывание таймера и т.д. В данный момент на стадии разработки «Умного дома» - система распознавания речи.

После завершения работ по проектированию, установке и программированию системы в доме, Вы получаете в руки монитор с сенсорным экраном размером не более экрана ноутбука. На нем, в удобной форме, представлены все необходимые средства управления домом. Системой допускается управлять даже через Интернет.

1. Модель состава системы

1 Определение входов и выходов исследуемого объекта

Исследуем систему, абстрагируясь от её внутреннего состава, как нечто целое, взаимодействующее со средой на своих входах и выходах. Для этого используем метод «черного ящика». Данный метод позволяет предсказать поведение системы на этапе разработки, определить риски не затрачивая большие финансовые и трудовые ресурсы.

Главной целью системы «умный дом» является уменьшение затрат на содержание дома, дополнительные цели - минимальное участие человека, а так же неуловимая цель - комфорт человека, находящегося в доме. Существенные связи системы с объектами окружающей среды - человек, средства телекоммуникации и телеметрии.

Выходы модели описывают результаты деятельности системы, а входы - ресурсы и ограничения.

Графической модели «черный ящик» системы «умный дом» показан на рисунке 1.

Приведем способы устранения недостатков системы «умный дом»:

для предотвращения коррозии необходимо поддерживать в помещении оптимальные или допустимые параметры микроклимата, а так же производить профилактику средств телеметрии находящихся на улице;

необходимо обеспечить эффективное заземление, для предотвращения выхода из троя автоматики при попадании молнии, а так же включить в систему устройства защитного отключения, отрабатывающие при возникновении короткого замыкания;

необходимо обеспечить регулярное техническое обслуживание для исключения возможности загрязнения контроллеров и центральной системы управления и как следствия выхода из строя.

Рисунок 1. Модель «черный ящик» системы «умный дом».

2 Анализ состава объекта

Рассмотрим внутреннюю составляющую модели «черного ящика», от которой мы абстрагировались выше. Для этого необходимо построить модель состава системы. Она ограничивается снизу тем, что считается элементом, а сверху - границей системы. При детальном рассмотрении можем разбить систему «умный дом» на подсистемы, которые в свою очередь разбиваются на элементы. Данное разбиение субъективно и зависит от степени детализации рассмотрения системы. Ниже на рисунке 2 представлена модель состава системы «умный дом».

Рисунок 2. Модель состава системы «умный дом»

1.3 Назначение и характеристики составных элементов объекта

Модем - устройство для связи между компьютером(управляющим всей системой умного дома) и пользователем за пределом дома.

Мини-компьютер - предназначен для выполнения вычислений, управления автономной работы «умного дома», а так же для управления компонентами системы человеком. Должен обладать запасом оперативной памяти для анализа больших объемов телеметрии, а так же хорошим ресурсом процессора для обработки данных телеметрии в кратчайшие сроки.

Концентратор - необходим для сосредоточения всех сигналов от контроллеров. Хватит концентратора на 8 портов.

Пульт управления - предназначен для управления сценариями «умного дома». Должен обладать большим запасом времени автономной работы и достаточным радиусом действия. Подойдет планшет или телефон с установленным программным обеспечением. Что позволит унифицировать элемент.

Универсальный блок управления -необходимый для сбора параметров телеметрии, передачи на мини-компьютер и включения исполняющих блоков, выбирается относительно выполняемых задач, легко программируется под необходимую задачу.

Циркуляционный насос - необходим для циркуляции горячей воды отопления по дому, выбирается относительно объемов и этажности отапливаемого помещения.

Кондиционер - выполняет функцию как приточной так и вытяжной вентиляции, увлажняет воздух, поддерживает заданную температуру.

Обогрев водостоков - нагревательный элемент для поддержания ливневой системы в работоспособном состоянии в зимние месяцы.

Газовый котел - обеспечивает необходимую температуру воды для обогрева дома.

Устройство отключения воды - необходимо для аварийного отключения подачи воды.

Устройство отключения подачи газа - необходимо для аварийного отключения подачи газа.

Устройство защитного отключения электричества(эл-ва) - необходимо для аварийного отключения подачи электричества.

Регулировка яркости - необходимо для регулирования яркости освещения до более комфортного в данный момент.

Метеорологический датчик - необходим для определения метеорологических параметров окружающей среды.

Сумрачный датчик - определяет степень освещенности и передает информацию контроллеру.

Датчик температуры - определяет температуру в помещении и передает информацию контроллеру.

Датчик утечки CO2 - определяет наличие в воздухе угарного газа и передает об этом информацию контроллеру.

Датчик утечки воды - определяет утечку воды при прорыве труб или запорной арматуры и передает об этом информацию контроллеру.

Датчик перегрузки системы - определяет и передает информацию о перегрузке системы электроснабжения дома, для аварийного отключения.

Датчик движения - определяет нахождение в пределах датчика движения и передает информацию, для включения(отключения) освещения.

2 Модель структуры системы

1 Определение элементов и связей между ними

Для того что бы система функционировали и выполняла возложенные на неё задачи необходимо правильно соединить все детали между собой, или, говоря в обще, установить между элементами определенные связи - отношения. Перечень существенных связей между элементами системы называется моделью структуры системы. Связь, с точки зрения структуры системы, формирует эту самую структуру.

Модель структуры системы рассматриваемой системы «умный дом» представлена в таблице 1

Таблица 1 - Модель структуры системы «умный дом»

2 Анализ связей между элементами системы

Для связей направленных в одну стороны, к примеру датчик - универсальный блок управления выбираем двухжильную медную пару, этого хватит для того чтобы передать информацию от датчика к блоку управления.

Для связей же двухсторонних не связанных с передачей большого объема информации подходит четырехжильная медная витая пара.

Для обмена информацией между блоком управления и концентратором используем сетевой кабель, который позволяет передавать данные большее количество информации.

Чтобы передать сконцентрированный поток информации подойдет оптоволокно, оно позволит быстро передать всю информацию.

Представленные связи являются динамическими. Так же следует отметить, что элемент «концентратор» по сути, является связью между универсальными блоками управления, которые собирают информацию и передают миникомпьютеру и обратно, когда миникомпьютер передает свою реакцию на переданные ему параметры.

Структурная схема системы

1 Разработка структурной схемы устройства

Структурная схема устройства это объединение модели «черный ящик», модели состава системы и структуры системы. По сути мы раскрываем черный ящик и переходим от модели «входов-выходов» к «живой» модели в которой имеет значение состав системы и взаимодействие всех элементов системы, а не только взаимодействие системы с окружающей средой.

В структурной схеме системы отражается состав системы и связи, а так же отображается направление этих связей, что отражает зависимость блоков системы друг от друга.

Перед моделированием внутренней структуры, то есть перед тем как набрать и связать друг с другом компоненты, необходимо определить и понять, зачем эти компоненты нужны (чтобы не включать лишних компонентов и связей между ними). Исходя из этого, вначале должны быть прописаны функции компонентов, затем прописывается последовательность функций компонентов, необходимая для проявления интегративного свойства системы.

Таким образом, все предыдущие построенные модели вели нас к построению осмысленной структурной схемы системы «умный дом» отбросив все ненужные элементы и подсистемы.

Структурная схема системы «умный дом» представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Структурная схема системы «умный дом»

3.2 Разработка иерархической структуры устройства

Работу всей системы регулирует миникомпьютер. Он является основным элементом системы, отвечающим за логику и обработку информации. В свою очередь миникомпьютер реагирует на показания датчиков переданных ему и соответственно принимает решения на включение тех или иных исполняющих блоков, а так же реализует заложенные в него сценарии поведения системы.

Универсальный блок управления во всех представленных подсистемах обрабатывает переданную от датчиков информацию и передает её дальше на миникомпьютер, который и примет решение о действии. Универсальный блок в свою очередь после того, как примет ответ от миникомпьютера по обработанным данным датчика будет реализовывать принятое решение миникомпьютера(к примеру, открывает электрозадвижку и включает газовый котел, пока не повысится температура в доме).

Для реакции на окружающую среду нам необходимо фиксировать изменения среды, для этого предназначены датчики(температурный датчик, датчик утечки газа, датчик утечки воды и т.д.) Именно датчики реагируют на изменения среды и дают информацию, на основании которой происходит построение логики миникомпьютера.

Управление системой может быть описано с помощью следующих страт: реакция датчиков на изменение окружающей среды -> формирование сигнала от универсального блока управления к миникомпьютеру -> принятие решения миникомпьютером и формирование ответного сигнала -> принятие сигнала универсальным блоком управления -> реализация логики.

4. Описание работы системы

Подсистема безопасности контролирует утечку воды, утечку угарного газа и перегрузку системыкак и в подсистеме климатической все данные собранные от датчиков передаются к миникомпьютеру, который в свою очередь обрабатывает их и принимает решение о отключении подачи воды, газа или электричестваумный дом подсистема

Подсистема управления освещением собирает информацию о количестве света, а так же о присутствии человека и в зависимости от собранной информации мини компьютер при помощи регулятора яркости освещения, позволяет подобрать максимально комфортный и экономически выгодный режим освещения.

Пульт управления позволяет вмешиваться в автоматизированное управление домом и выставить желаемые параметры, к примеру, повысить температуру в доме. А так же при помощи пульта можно запрограммировать дом на определенные сценарии. К примеру, к определенному времени повышать температуру в доме, таким образом, удастся экономить ресурсы на отопление, когда в доме никого нет и достигать комфортной температуры, ко времени, когда по плану домой должны вернуться хозяева. Так же можно задавать сценарии освещения: вечеринка, отдых, отпуск и т.д. Единственная подсистема недоступная к управлению дистанционно это система контроля безопасности, она должна функционировать автономно для избежания человеческого фактора.

Заключение

Разработанная в курсовом проекте система экономически выгодна, а так же вполне легка в реализации. По ходу выполнения данной работы мною были выявлены и доработаны слабые стороны системы.

Благодаря поэтапному проектированию от модели «черный ящик» до построения структурной схемы системы были учтены все нюансы системы.

На начальном этапе при проектировании модели «черный ящик» были поставлены цели и задачи, которые должна выполнять система, что позволила сконцентрироваться на определенных её функциях и пренебречь другими, задать уровень детализации и абстрагирования. Это позволило не тратить время на проработку не нужных и не существенных деталей для выбранного уровня детализации.

Далее определив состав системы, мы смогли сконцентрироваться на том, из чего состоит система, на её отдельных подсистемах и элементах. Далее определив связи, мы получили целостную и вполне работоспособную, относительно выбранного уровня детализации.

В итоге мы практически подтвердили важность построения моделей «черный ящик», состав системы, структура системы и структурная схема системы для экономии времени ресурсов и более тщательной проработке системы с выбранным уровнем детализации, что позволяет спроектировать более качественную и совершенную систему, но необходимо помнить что ошибка, совершенная на более раннем этапе, будет более серьезно отражаться на конечно системе.

Список используемой литературы

Гулякина Н.А. Общая теория систем [Электронный ресурс]: электронный учебно-методический комплекс. - Мн.: БГУИР, 2007 (Кафедра интеллектуальных информационных технологий)

Эргатические системы. Пособие по дисциплине «Эргатические системы» для студ. всех форм обуч. спец.1-58 01 01 Инженерно-психологическое обеспечение информационных технологий и 1-40 05 01-09 Информационные системы и технологии (в обеспечении промышленной безопасности). / Л.П. Пилиневич, Н.В. Щербина, К. Д. Яшин. - Минск: БГУИР, 2015. - 92 с.

Творческий проект
Творческий проект
«Умный дом»
«Умный дом»
Подготовила ученица 7 «б» класса
Куценко Кристина

1.Проблемная ситуация
На уроки технологии нам задали вопрос, что такое
комплексная система управления "Умный дом"?
Я набрала в поисковой системе Интернета эти слова
и получила множество ссылок и сайты, где можно
найти информацию. Я изучила их и поняла, что эта
система
современных технологий действительно
делает дом умным. Например, с помощью приборов
можно управлять светом. Я решила подробнее узнать
преимущества такой системы и рассказать родителям.
В нашем доме тоже нужно установить различные
приборы, а вот какие – это я постараюсь выяснить.

2.Цель проекта
с
Ознакомиться
возможностями
системы "Умный дом" и рассмотреть
применение элементов этой системы
для нашего дома.

3.Задачи проекта
комплексной
посвященную
1. Собрать необходимую информацию по сайтам
Интернета,
системе
управления "Умный дом".
2.Проанализировать потребности в управлении нашим
домом с помощью различных датчиков.
3.Создать список (перечень) наших проблем.
4.Найти технологии, подходящие для нашего дома.
5.Определить, какими средствами для их реализации
располагает наша семья.

Лукяненко Э.А. МКОУ СОШ №256 г.Фокино

4.Исследование






Я ознакомилась с соответствующими сайтами Интернета, из которых подробнее узнала о том, что же
входит в понятие "умный дом". Поскольку это очень интересный для меня вопрос,
обратилась за разъяснением к папе. Оказалось, что это система автоматизации домов,
офисов, квартир, включающая в себя следующие компоненты:
управление светом;
установка различных датчиков присутствия, движения, освещенности и др.;
управление жалюзи и рольставнями;
управление вентиляцией и кондиционированием;
управление климатом и отоплением;
системы multiroom (распределение аудио­, видеосигналов различных источников в
разные помещения);
управление охранной и пожарной системами дома (в том числе с оповещением о
происходящем по любому каналу связи);
управление другими устройствами, которые можно подключить к общей системе;
возможность централизованного управления "Умным домом" через компьютер,
Интернет, посредством пульта, мобильного телефона.



Система "Умный дом" проектируется и собирается индивидуально для каждого
потребителя. Это делают профессионалы. Самостоятельно такую систему в доме
сделать практически невозможно. Некоторые из перечисленных выше систем можно не
устанавливать или, наоборот, добавить новые.

6.Выбор конкретных систем
Для уменьшения стоимости системы "Умный дом" для
нашей семьи можно установить отдельные элементы.
Необязательно объединять все в единое целое. Так,
оборудовав в доме такие составляющие системы, как
управление
пожарная
сигнализация, датчики от протечки воды и утечки газа, мы
получим экономию электроэнергии и обеспечим защиту
материальной
действий
злоумышленников, техногенных факторов, от влияния
человеческого фактора. А так же я хочу чтобы был
прибор управлявший температурой воздуха.
собственности
от
освещением,
охранная
и
Управление всем этим может осуществляться с помощью
пульта.