МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ФГБоу во «Пензенский государственный технологический университет»
Зареченский технологический институт - филиал
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования
«Пензенский государственный технологический университет»
(Уровень СПО)
09.02.02 Компьютерные сети
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
на тему: Разработка комплекса решений организации умного дома при использовании интернета вещей
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
ЗТИ.КР 23.03.00.00 ПЗ
Выполнил(ла): студент(ка) группы 20ИС2т
Дудинов В. А.
2024 г.
Содержание
|
Введение 1 Теоритическая часть 1.1 Анализ предметной области 1.2 Анализ объекта 1.3 Анализ существующих методов построения системы автоматического управления зданием 1.4 Анализ средств построения системы автоматического управления зданием… 1.5 Анализ средств автоматического управления зданием 2 Практическая часть 2.1 Выбор оборудования 2.2 Выбор технологии 2.3 Создание логической схемы 2.4 Создание физической схемы 2.5.1 Описание программного обеспечения для работы с контроллером 2.5.2 Настройка программного обеспечения для работы с контроллером 2.5.3 Описание процесса установки и настройки оборудования 3 Экономическая часть 3.1 Расчет трудоемкости выполнения работ по построению локальной вычислительной сети 3.2 Расчет стоимости основных материалов и энергоресурсов 3.3 Расчет численности персонала и заработной платы по всем категориям работающих 3.4 Расчет стоимости основных фондов и амортизационных отчислений 3.5 Составление калькуляции себестоимости проекта 4 Охрана труда 4.1 Правила безопасного монтажа и эксплуатации электроприборов 4.2 Эргономика рабочего места пользователя ПК Заключение Список использованных источников |
Введение
автоматический управление умный дом
В современных интеллектуальных зданиях системы автоматизации и управления занимают ключевое место, обеспечивая взаимосвязь всего инженерного оборудования и систем объектов.
Интернет вещей (IoT) - это сеть физических устройств, транспортных средств, бытовой техники и других предметов, оснащенных электроникой, программным обеспечением, датчиками, приводами и сетевым подключением, которые позволяют этим объектам подключаться друг к другу и обмениваться данными. Каждая вещь уникально идентифицируется через встроенную вычислительную систему, но способна взаимодействовать в рамках существующей инфраструктуры Интернета. Интернет вещей позволяет объектам восприниматься или быть контролируемыми удаленно в рамках существующей сетевой инфраструктуры, создавая возможности для более прямой интеграции физического мира в компьютерные системы, в результате повышая эффективность, точность и экономическую выгоду в дополнение к сокращению вмешательства человека.
«Умный дом» - это одно из приоритетных направлений развития Интернета вещей (IoT), в котором работает огромное количество компаний, предлагающих различные решения по созданию управляемой автоматизированной системы здания. Концепция «Умный дом» продолжает эволюционировать и получила широкое применение в домах Европы и США. Активное внедрение систем комплексной автоматизации зданий происходит и в России.
Предмет - система «Умный дом».
Объект - жилое помещение площадью 42 мІ.
Целью работы является проектирование системы управления зданием.
Основные задачи проектирования системы:
- анализ предметной области;
- анализ объекта;
- анализ существующих методов построения системы автоматического управления зданием;
- анализ средств построения системы автоматического управления зданием;
- произвести выбор наиболее подходящей аппаратной базы;
- произвести выбор программного обеспечения;
- разработка логической схемы системы автоматического управления зданием;
- разработка физической схемы системы автоматического управления зданием;
- произвести расчет стоимости проекта;
- рассмотреть правила техники безопасности при работе с электрооборудованием.
1. Теоретическая часть
1.1 Анализ предметной области
В ряде исследований последних лет показана устойчивая тенденция к возрастанию доли стоимости и объема инженерных систем и систем автоматизации в общей стоимости строительных объектов. Развитие этой тенденции к настоящему моменту привело к качественному изменению места и роли систем автоматизации и управления зданиями с одной стороны и концепции взаимной увязки инженерного оборудования объектов и организационно-технических решений по эксплуатации с использованием систем автоматизации и управления зданиями с другой стороны.
Весь Интернет вещей можно разделить на промышленный и потребительский. Примером промышленного Интернета вещей является «умный город» - концепция объединения информационных и коммуникационных технологий и различных физических устройств, подключенных к сети Интернет для повышения эффективности обслуживания и удовлетворения нужд граждан.
Потребительский Интернет вещей представляют системы «умного дома». «Умный дом» - это система автоматизации и компьютеризации дома, включающая в себя контроль и автоматизацию освещения, отопления, вентиляцию, кондиционирование воздуха и безопасность, а также бытовую технику. Современные системы обычно состоят из переключателей и датчиков, подключенных к центральному контроллеру, из которого система управляется пользовательским интерфейсом, который взаимодействует либо с настенным терминалом, программным обеспечением для мобильных телефонов, планшетным компьютером или веб-интерфейсом.
«Умная вещь» - это электронное устройство, обладающее центральным процессором и имеющее выход в Интернет для коммуникации с другими устройствами.
К 2025 г. общее количество интеллектуальных приборов учета коммунальных ресурсов в России вырастет до 39 млн., через три года ими с высокой вероятностью будет оснащена каждая вторая квартира. Основной драйвер роста - потребность в энергоэффективности. Решающую роль играет и надежность электрических и коммунальных сетей, которую обеспечивают умные приборы учета электроэнергии, тепла, воды, газа. Кроме того, рост рынка будут поддерживать государственные инициативы по установке этих устройств. Сегодня общее количество умных счетчиков, установленных в квартирах и жилых домах России, составляет 5,7 млн единиц - более половины из них для учета электроэнергии. Свыше 98% от общего количества интеллектуальных счетчиков - индивидуальные приборы учета. Почти 75% от подключаемых систем приходится на новостройки.
К 2025 г. помимо интеллектуальных приборов учета, аналитики ожидают резкий рост количества умных колонок (с 3,5 млн до 10,5 млн.) и устройств умного дома (с 2,7 млн до 13,4 млн). Число «умных» колонок вырастет втрое, устройств умного дома - почти в пять раз.
На сегодняшний день в области «умных домов» и Интернета вещей нет стандартизации, так что все такие устройства работают на разных протоколах (проводных и беспроводных). Кроме того, каждый производитель, как правило, предлагает свою систему контроля для выпускаемых «умных вещей». В результате, у пользователя, желающего автоматизировать свое жилище, нет единого интерфейса взаимодействия со всеми «умными вещами» в рамках системы «умного дома».
Помимо этого, на данный момент существует огромное количество вещей, которые не могут быть включены в систему «умного дома» и быть управляемыми дистанционно, поскольку не обладают выходом в Интернет. Таким образом, на сегодняшний день не существует универсальной цифровой платформы «умного дома» с единым интерфейсом взаимодействия пользователя и его вещей и полной поддержкой концепции Интернета вещей как глобальной сети.
Согласно аналитикам компании МТС по стратегии IoT, около 25% всех IoT-устройств в России будут подключены через eSIM к концу 2025 г. В конце этого года доля составит всего 7%.
Условия для такого резкого роста создает целый ряд причин: технология eSIM ускоряет процесс подключения устройств для конечного пользователя, снижает затраты на логистику и обслуживание SIM-карт, а также упрощает тестирование IoT-устройств на производстве. Кроме того, обычная SIM-карта не позволяет загрузить новый абонентский профиль без замены физического носителя, с виртуальной картой все проще.
К тому же eSIM обходится дешевле физической карты и превосходит ее по надежности: устройство можно сделать полностью герметичным и не подверженным внешнему влиянию -- перепадам температур, вибрации и прочим факторам. Виртуальная карта может работать в стандартах 2G, 3G и 4G или в энергоэффективной сети NB-IoT.
Аналитики МТС прогнозируют, что большая часть устройств с eSIM придется на умные счетчики и автомобили. Также услуга будет востребована у производителей IoT оборудования: им необходимо тестировать устройства на производстве, а затем продавать в регионы России.
В настоящее время большой популярностью пользуются мобильные сервисы. Это связано с тем, что около 67% жителей планеты используют такие мобильные устройства, как смартфоны и планшеты. Популярность мобильных устройств обусловлена их доступностью, возможностью быть всегда под рукой и выполнять задачи, аналогичные тем, что осуществляются с помощью компьютера.
Сегодня самой продаваемой мобильной операционной системой является Android. Доля глобальных продаж устройств на базе этой платформы составляет 79,2% по данным на 2023 год. Популярность Android-устройств связана в первую очередь с ценовой доступностью.
1.2 Анализ объекта
Объектом автоматизации, который рассматривается в данной дипломном проекте, является квартира в многоэтажном доме. В здании уже имеются определённые инженерные системы, такие как:
- отопление;
- вентиляция;
- освещение;
- электроснабжение.
Как видно из вышеперечисленного, все самое необходимое для условий быта есть. Это обычные «радости жизни». Существующая в квартире система освещения не автоматизированная, выполнена на основе светодиодных ламп, и традиционных выключателях света. Отопление класическое, без функций климат-контроля. Вентиляция существует как пассивная система без возможной регулировки и толком не несет основных функций. Освещение выполняет лишь 2 функции - включение и выключение без создания какого-либо комфорта особенно по утрам. Поэтому и встал вопрос о создании «умного дома».
Автоматика должна:
- управлять работой функциональных элементов;
- включать и выключать приводы электромоторов;
- осуществлять слежение за оборудованием;
- формировать аварийные сигналы: контроль вентиляции, контроль отопления, контроль освещения и т.д.
Автоматика позволяет исключить человеческий фактор. Не редко бывает так, что человек по определенным причинам забыл выключить газовую плитку или воду в ванной. Это неминуемо проводило бы к нежелательным последствиям. Автоматика же не даст развития подобным ситуациям и вовремя примет соответствующие действия.
Когда определены основные объекты автоматизации, проводится тщательный анализ всего инженерного оборудование и определяется необходимое количество точек входа-выхода для управления системой. В данном случае будут необходимы модули как с дискретными входами-выходами так и с аналоговыми.
Основными задачами проектирования системы управления модулями «Умный дом» является:
- объединение систем «Умного дома» организации в одну автоматизированную систему;
- предоставление пользователю системы возможности конфигурирования различных сценариев работы системы;
- предоставления пользователю возможностей управления системой мониторинга информации, поступающей от различных компонентов этой системы;
Основные потребности пользователей:
Освещение и электросеть. Самый востребованный блок среди пользователей. Помимо использования органов управления освещением, основная и принципиальная особенность данного блока состоит в переходе от управления отдельными группами освещения к оперированию уровнями освещённости в различных помещениях домах или сценариями освещённости. Для каждого помещения дома чаще всего достаточно трёх уровней освещённости: минимальный, средний, максимальный, а так же функции выключения.
Климат-контроль. Раньше пользователю, чтобы получить нужную температуру в помещении, необходимо было использовать множество органов управления, а при смене погодных условий, пользователь в ручном режиме настраивал работу всех систем, чтобы добиться желаемых параметров климата внутри дома. Иногда такие действия пользователю приходилось проделывать ежедневно, а иногда и пару раз в сутки. При использовании блока климат-контроля владелец дома один раз выставляет 8 желаемые параметры микроклимата в помещениях, и после этого система управления сама следит за работой всех инженерных подсистем, отдавая приоритет тому оборудованию, чья работа в данный момент более выгодна пользователю.
Электроприводы. Данный раздел существует с целью управления воротами, жалюзи, маркизами и другим оборудованием.
1.3 Анализ методов построения системы автоматического управления зданием
Существуют две архитектуры управления системой «Умный дом», централизованная и децентрализованная.
Централизованная система состоит из программируемого центрального контроллера, к которому подключаются модули.
Преимущества централизованных систем:
- в централизованной системе есть возможность строить сложные программы управления, завязанные на времени, температуре и состоянии пользователя (центральный контролер обладает достаточной производительностью и обладает информацией о подключённых к нему модулям, что позволяет управлять всей системой в едином интерфейсе);