Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерін әзірлеу
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерін әзірлеу
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА
Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандығы
Нұр-Сұлтан
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Нормативтік сілтемелер
Осы дипломдық жұмыста келесі нормативтік сілтемелер қолданылды:
ҚР МЖМБС 5.04.019-2008 "Қазақстан Республикасының Мемлекеттік жалпыға міндетті білім беру стандарты. Жоғары Білім. Бакалавриат. Негізгі ережелер".
"Өрт қауіпсіздігіне қойылатын жалпы талаптар" техникалық регламенті Қазақстан Республикасы Ішкі істер министрінің 2017 жылғы 23 маусымдағы № 439 бұйрығымен бекітілген (Қазақстан Республикасының Әділет министрлігінде №15501 тіркелген).
ҚР Еңбек кодексі 2015 жылғы 23 қарашадағы № 414-V ҚРЗ.
ҚР ҚІК 4.04-185-2003 "Қазақстан Республикасының инженерлік желілерін технологиялық жобалау нормалары
ҚР ҚН 4.02-03-2012. Автоматтандыру жүйелері.
Терминдер мен анықтамалар
Осы дипломдық жұмыста төмендегідей терминдер мен анықтамалар қолданылды:
Инженерлік желілер-инженерлік инфрақұрылымның негізі бола отырып, көбінесе өнеркәсіптік және әлеуметтік - экономикалық аумақтық құрылымдардың даму тұрақтылығын анықтайды.
Мониторинг - бұл белгілі бір критерийлермен салыстырғанда объектінің параметрлерін бақылау және тіркеудің үздіксіз процесі
Arduino-бұл дайын электронды блок пен бағдарламалық жасақтамадан тұратын жиынтықтар.
Датчиктер - бақыланатын параметрлердің мәндерін сәйкес электр сигналдарына түрлендіретін өте сезімтал құрылғылар.
Контроллер - бұл мамандандырылған жоғары сенімді компьютер.
Инженерлік желілердің мониторингі-бұл даму бойынша іс-шараларды жүзеге асыру барысы туралы ақпаратты жүйелі және үздіксіз жинау және талдау.
Инженерлік желілерді бақылау-бұл инженерлік жүйелерді орталықтандырылған жедел бақылау.
Белгіленулер мен қысқартылған сөздер
Осы дипломдық жұмыста төмендегідей белгілер мен қысқартылған сөздер пайдаланылды:
WiFi (Wireless Fidelity)- Сымсыз жергілікті желі технологиясы
IDE (Integrated Development Environment) - Интеграцияланған даму ортасы
USB (Universal Serial Bus) - әмбебап бірізді шина
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)-
ақпаратты өшіретін тұрақты жад
BMS- (Building Management System)
Pin (Personаl Іdentіfіcаtіon Number )-Жеке сәйкестендіру нөмірі
АТС-Автоматты телефон станциясы
SMS (Short Message Service)- Қысқа хабарламалар қызметі
HTTP (HyperText Transfer Protocol)- Қолданбалы деңгей хаттамасы
GPRS (General Packet Radio Service) - Жалпы пайдаланудағы пакеттік
радиобайланыс
SNMP (Simple Network Management Protocol) - Стандартты интернет
протоколы
GSM (Global System for Mobile Communications) - сандық ұялы
байланыстың ғаламдық стандарты
Мазмұны
Нормативтік сілтемелер
5
Терминдер мен анықтамалар
6
Белгіленулер мен қысқартылған сөздер
7
Кіріспе
10
1
Инженерлік желілерді бақылау және мониторинг жүйесі
12
1.1
Инженерлік желілер
12
1.2
Қолданыстағы инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу жүйелеріне шолу
15
1.3
Arduino платформасы
20
2
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерін arduino негізінде әзірлеу
29
2.1
Инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу жүйе контроллеріннің блок-схемасын жобалау
29
2.2
Arduino тақтасымен жұмыс жасайтын қажетті компоненттерді таңдау
31
2.3
Бағдарламалық жасақтама жасау
36
2.4
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесінің макетін құру
37
3
Тұрғын үй кешені үшін инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесінің контроллерін әзірлеу
46
3.1
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесін жобалау
46
3.2
Инженерлік желіні бақылау және мониторингтеу жүйесін тұрғын үй кешеніне орнату
48
4
Еңбекті қорғау
53
4.1
Құрылғыны дайындау және пайдалану кезіндегі еңбекті қорғау және қауіпсіздік техникасы
53
4.2
Еңбек жағдайларының қауіпсіздігін қамтамасыз ету жөніндегі іс-шаралар
57
5
Қоршаған ортаны қорғау
59
5.1
Зиянды және қауіпті факторларды талдау
59
5.2
Қоршаған ортаны қорғау жөніндегі іс-шаралар
60
6
Экономикалық бөлім
63
6.1
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерінің экономикалық тиімділігін есептеу
63
6.2
Өнімнің нұсқасын таңдау
67
Қорытынды
70
Қолданылған әдебиеттердің тізімі
71
Қосымша а
72
Кіріспе
Өзектілігі: Қазіргі әлемде инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеудің көптеген әртүрлі жүйелері жасалуда. Тұрғын үй кешеніне инженерлік желілерді бақылау және мониторинг контроллерін құру ең жаңа бағыт болып табылады. Инженерлік желілерге жылу, сумен жабдықтау, желдету, жарықтандыру және тағы басқалар кіреді.Қарапайым жағдайда ол үйде болып жатқан нақты жағдайларды танып, оларға тиісті түрде жауап беруі керек, жүйелердің бірі алдын-ала жасалған алгоритмдер бойынша басқалардың мінез-құлқын басқара алады. Инженерлік желілерді қашықтан басқару бірқатар артықшылықтар береді. Бұл энергия шығындарын, қауіпсіздікті арттыру, жабдықтың тозуын бақылау, жалпы жүйені басқаруды жеңілдету және соның салдарынан апаттық жағдайлардың алдын алу және болдырмау. Қазіргі әлемде көптеген түрлі контроллерлер жасалды. Бірақ олардың барлығында бірқатар кемшіліктер бар, мысалы: ішкі нарыққа бейімделудің болмауы, мұндай жүйелер еуропалық немесе американдық басқару стандарттарын ескере отырып жасалған. Негізгі мәселе-инженерлік желі контроллерін құру өте көп уақытты қажет ететін процесс, оған әртүрлі мамандар мен әзірлеушілердің үнемі қатысуы қажет. Сонымен қатар, негізгі қиындық-бұл алдын-ала дайындалған инженерлік-сәулет тұжырымдамасына сәйкес жиынтықпен орнатылады.Осы факторлардың барлығы бірігіп, отандық нарықты тұтынушылардың үлкен бөлігіне қол жетімді етпейді, өйткені көпшілігінде жүйелердің толық жиынтығын сатып алуға қаражат жоқ немесе өндіруші компаниялардың күнделікті өмірде нақты мақсаттар үшін тар бағыттың болмауына байланысты. Сондықтан үйде қолданылатын үнемді, қол жетімді және икемді инженерлік желілерді бақылау және мониторинг жүйе контроллерін құру міндеті өзекті болып табылады.Өз қолыңызбен контроллер жасау-бұл шығармашылық процесс қана емес, ол өзінің тапқырлығын көрсетуге шақырады. Менің ойымша, бұл жоба қазіргі уақытта өзекті, сонымен бірге қызықты.
Болжамы: Ұсынылып отырған дипломдық жоба тұрғын үй кешеніндегі инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесі арқылы апаттық ақауларды анықтауға және желіні басқаруға қамтамасыз етуге қабілетті әрі тиімді болады деп күтуге болады.
Мақсаты: Arduino негізінде датчиктерден оқылымдарды қарап, ұялы байланыс телефон арқылы алыстан басқаруға мүмкіндік беретін инженерлік желілерге арналған бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерін жасау.
Дипломдық жоба барысында қарастырылатын міндеттер:
1. Ғылыми-технологиялық әдебиеттерге шолу және талдау
2. Қолданыстағы инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу
жүйелерін талдау
3. Қажетті жабдықтар мен бағдарламалық қамтамасыз етуді таңдау
4. Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерін
әзірлеу
5. Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе
контроллеріннің макетін құру
6. Жобаның дамыған практикалық жұмысын апробациялау.
Негізгі әдістері: Дипломдық жоба аспаптық және зерттеу, модельдеу әдістер бойынша жасалды.
Зерттеу объектісі: Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесінің контроллерін әзірлеу болып табылады.
Дипломдық жобаның әдіснамалық негізі: Инженерлік жүйелерді бақылау және мониторингтеу бойынша деректерді жинау мен контроллер жүйесін құру болып табылады. Осы жобаның тиімділігіне талдау жасалды.
Дипломдық жобаның теориялық және тәжірибелік маңыздылығы: Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйелері адам өмірінің ажырамас бөлігіне негізгелді.Инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу жүйесінің элементтері маңызды өндірістік нысандарда ғана емес, қарапайым үйлерде, пәтерлерде орнатуға болады. Жобаның құндылығы инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу дамыған жүйесі энергия ресурстарын үнемдеуге,сондай-ақ бөлмедегі температураны оқып,судың ағып кетуін және газдың пайда болуын анықтауға, алыстан басқару мен мониторингке мүмкіндік береді.
Дипломдық жобаның құрылымы. Дипломдық жоба кіріспеден, негізгі бөлімнен, қорытындыдан, қосымшадан және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Дипломдық жобаның негізгі бөлімінде үш тарау бар.
Кіріспеде дипломдық жоба тақырыбының өзектілігінің негіздемесі, мақсаты, міндеті, дипломдық зерттеу объектісі қамтылады.
1 Инженерлік желілерді бақылау және мониторинг жүйесі
1.1 Инженерлік желілер
Қазіргі заманғы ғимараттар мен құрылыстарды ойдағыдай пайдалану инженерлік желілерсіз мүмкін емес. Сондықтан соңғы жылдары технологияның дамуына көп көңіл бөлінуде, жыл сайын бұл үрдіс артып келеді. Қазіргі адам уақыт пен энергияны үнемдеуге көмектесетін технологияны жетілдірді. Қазіргі уақытта объектілерді ғимараттар мен құрылыстардың құрылымдық инженерлік желілерімен жарақтандыру кеңінен таралған.
Инженерлік желілер-инженерлік инфрақұрылымның негізі бола отырып, көбінесе өнеркәсіптік және әлеуметтік - экономикалық аумақтық құрылымдардың даму тұрақтылығын анықтайды. Инженерлік желілерді пайдалану кезінде технологиялық және энергетикалық өнімдердің жұмыс істеу сенімділігі, тасымалдау сапасы олардың ағымдағы жай-күйіне мониторинг жүргізу процесінің тиімділігіне байланысты.
Инженерлік желілер әр жерде орналасқан тұтынушыларды электр және жылу энергиясымен, отынмен, сумен немесе басқа да тасымалданатын өнімдермен орталықтандырылған жабдықтауды жүзеге асырады. Инженерлік желіні біріктіретін объектілердің ауқымы өте кең және әртүрлі. Бұдан басқа, инженерлік желілердің, негізінен, тасымалданатын өнімнің түріне, сондай-ақ оны өндіру, өңдеу, тасымалдау және тұтыну технологиясына байланысты нақты тиістілігі бар.
Кез-келген заманауи ғимаратты тірі организммен салыстыруға болады, оның функцияларын көптеген өзара байланысты жүйелер қамтамасыз етеді. Ғимарат немесе құрылыстың жұмыс істеуі үшін оған келесі инженерлік жүйелер мен шешімдер қажет:
1.Нәр беруші. Электр энергиясын түрлендіру, беру және тарату көздері мен жүйелері.
2.Жылумен қамтамасыз ету. Ғимаратты жылытуға және ыстық сумен жабдықтауға арналған жабдық.
3.Суық жеткізу. Жасанды суықты тудыратын жүйелер.
4.Жарықтандыру. Сыртқы жарықтандыру жүйелері объектімен іргелес аумаққа қызмет етеді, ішкі жарықтандыру жүйелері үй-жайларды жарықпен қамтамасыз етеді.
5.Желдету және ауа баптау. Ішкі ауаның қажетті параметрлерін қамтамасыз ететін жүйелер.
6.Сумен жабдықтау және су бұру.Су құбырлары нысанды сумен әр түрлі мақсаттарда қамтамасыз ете алады: тұрмыстық және ауызсу, өртке қарсы, өндірістік.
8.Кабельдік жүйелер. Электрмен жабдықтау, жарықтандыру, деректерді беру жүйелері және қауіпсіздік үшін маңызды.
9.Қауіпсіздік жүйелері. Кіруді бақылауды, бейнебақылауды, дабылдарды, өрт қауіпсіздігін қамтамасыз етіңіз.
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесіне қойылатын негізгі талаптар МЕМСТ Р 22.1.12-2015-те белгіленген, ол негізгі ережелер мен ережелерден басқа екі қосымшаны қамтиды: ықтимал қауіпті инженерлік жүйелер үшін құрылымдалған бақылау және басқару жүйелерін құру тәртібі объектілер, ғимараттар мен құрылыстар және олардың күнделікті басқару органдарымен ақпараттық интерфейсі және кешенді тестілеу бағдарламасы.
Инженерлік жүйелерін бақылау мен мониторингтеуге арналған ақпараттық және есептеу құрылымдық жүйелерінің кешендеріне, сондай-ақ оларды сынау әдістеріне қойылатын талаптар МЕМСТ Р 22.1.14-2016.
Келесі негізгі талаптарға сай болуы керек:
автоматтандырылған басқару мен мониторингты қамтамасыз ету;
төтенше жағдайлардың алдын алу және жою үшін қажет;
ауқымдылық;
басқа ақпараттық жүйелермен интеграциялану мүмкіндігі;
бақылау және мониторинг;
автоматты жұмыс режимінің болуы.
Тасымалданатын өнім түрінің және пайдалану ұйымдары пайдаланатын технологиялардың айтарлықтай айырмашылықтарына қарамастан, қазіргі заманғы инженерлік желілер бірқатар жалпы ерекшеліктермен сипатталады:
1) кең аумақтық таралуы және жүйені құрайтын элементтердің үлкен саны;
2) кеңістікте және уақытта үздіксіз даму;
3) басқарылатын және басқарушы жүйелердің күрделі иерархиялық құрылымымен және басқару контурында субъектінің тікелей болуымен;
4) мақсатты өнімді тасымалдау және тарату процестерінің уақыт үздіксіздігі;
5) мақсатты өнімді тасымалдау мен таратудың технологиялық процестерін жедел басқаруды бір мезгілде орталықсыздандырумен басқаруды орталықтандырудың жоғары дәрежесі.
6) өнімді тасымалдау процестерінің инерциясымен және резервуарлар мен қоймаларда оның жедел қорларын құру қажеттілігімен айқындалады.
Инженерлік желілердің мониторингі-бұл даму бойынша іс-шараларды жүзеге асыру барысы туралы ақпаратты жүйелі және үздіксіз жинау және талдау. Мониторинг араласу туралы білуі керек барлық адамдарға тиісті түрде хабарлау және шешімдер уақтылы қабылдануы үшін жүргізіледі.
Бүгінгі таңда зияткерлік құрылғылар негізінде апаттардың алдын алу үшін нақты уақытта жоғары дәлдікпен маңызды нысандарды бақылауға мүмкіндік беретін көптеген технологиялар жасалды [10].Бұл технологиялар өлшеуіш аспаптардан деректер жинауға негізделген, олардың ішінде датчиктер де бар. Барлық сенсорлардың мәліметтері бірыңғай дерекқорға жіберіледі және бірге өңделеді. Деректерді жинау және өңдеу орнынан үлкен қашықтықта датчиктерді басқару үшін автоматтандырылған мониторинг жүйелері пайдаланылады. Бақыланатын объектінің үнемі жаңартылып отыратын параметрлеріне ие бола отырып, бақыланатын объектінің жай-күйін жоғары сенімділікпен болжауға, авариялардың алдын алуға немесе оқиғалар салдарының экономикалық көрсеткіштерін есептеуге болады.
Инженерлік желілерді бақылау-бұл инженерлік жүйелерді орталықтандырылған жедел бақылау. Оны жүзеге асыру үшін инженерлік жүйелердің мониторингі жүйесі құрылады, ол олардың жұмысы туралы ақпаратты визуализациялайды және операторға жабдықты тікелей басқаруға мүмкіндік береді және барлық инженерлік кіші жүйелерді басқаруға арналған тұтас платформа болып табылады және деректерді операторлардың автоматтандырылған жұмыс орындарының экрандарына шығара отырып, ДӨО технологиялық жабдығының жай-күйін бақылауды және басқаруды қамтамасыз ететін көп деңгейлі жүйе ретінде құрылады. Жүйе негізгі параметрлерді тіркей отырып, инженерлік жүйелерге үздіксіз мониторинг жүргізеді және бірыңғай диспетчерлік орталықтан инженерлік кешенді бақылауды және басқаруды қамтамасыз етеді.
Қазіргі заманғы инженерлік желілерді бақылау үш деңгейлі архитектураға ие.
Төменгі деңгей бастапқы деректерді құрайтын перифериялық құрылғылар мен инженерлік жабдықтарды құрайды.
Екінші деңгей-ақпаратты қабылдайтын және өңдейтін контроллерлер және деректер желісі.
Жоғарғы деңгей-бұл келіп түскен деректерді визуализациялау, мұрағаттау, жариялау құралдарын ұсынатын бағдарламалық жасақтама.
Қазіргі заманғы адамның өмірі жайлылықты қажет етеді, сондықтан салынған барлық ғимараттарды жоғары сапалы инженерлік желілерсіз пайдалануға беру мүмкін емес. Адамның өмірі мен жұмысына лайықты жағдайлар жылумен, газбен жабдықтау, жылыту, сумен жабдықтау жүйелерімен, су бұру жүйесімен, энергиямен қамтамасыз етумен және т.б. қамтамасыз етіледі. Инженерлік желілерді сауатты жобалау-адам өмірі үшін жайлылық жасаудың негізгі міндеттерінің бірі. Инженерлік желілердің қолданыстағы жабдықтарының физикалық тозуына және эстетикалық ескіруіне байланысты энергия тиімділігі мен сенімділіктің қазіргі заманғы талаптарына жауап беретін жабдық орнату қажет.Сонымен қатар, қазіргі заманғы деректер орталықтарында инженерлік инфрақұрылым көбінесе резервтеуді ғана қамтамасыз етеді немесе мүлде резервтеусіз жүзеге асырылады және өзін-өзі диагностикалау және туындаған ақауларды ерте анықтаудың дамыған жүйелері жоқ. Инженерлік инфрақұрылым деңгейіндегі проблемалар қоршаған орта параметрлерінің динамикалық тепе-теңдігінің өзгеруіне әкеліп соғады, нәтижесінде серверлер мен басқа жабдықтардың істен шығуы мүмкін. Инженерлік желілер элементтерінің істен шығуы жабдықтың жергілікті істен шығуына да, едәуір бөлігінің істен шығуына да әкелуі мүмкін
Көптеген жабдықтар ауа температурасы мен салыстырмалы ылғалдылықта жұмыс істеуге арналған. Температураның көрсетілген параметрлерден ауытқуы жабдықтың қызмет ету мерзімінің қысқаруына, оның сипаттамаларының нашарлауына, сенімділіктің төмендеуіне, жұмыс істемей қалуына немесе тіпті толық тоқтауына алып келеді. Бөлмедегі төмен ылғалдылық статикалық электр энергиясының жиналуына әкеледі, оның разряды электронды элементтерді өшіре алады. Жоғары ылғалдылыққа байланысты коррозияны тудыратын конденсат пайда болады, соның салдарынан баспа өткізгіштерінің қысқа тұйықталуы және жабдық түйіндерінің дұрыс жұмыс істемеуі мүмкін.
Электрмен жабдықтау жүйесінің істен шығуы, электрмен жабдықтау желілерінің шамадан тыс жүктелуі, токтың ағуы, жабдықтағы қысқа тұйықталу ажыратқыштар мен дифференциалды токты басқару құрылғыларының іске қосылуына әкелуі мүмкін. Нәтижесінде жабдықтың бір немесе басқа бөлігі токтан ажыратылады, ал жүйенің тармақталған құрылымына және тарату құрылғыларының жағдайы туралы ақпараттың болмауына байланысты ақаулықты табу қиынға соғады.
Инженерлік жүйелерден судың ағуы, газдың сыртқа тарату желдеткішін ажырату, желдету люктерінің штаттан тыс орналасуы және түтін-газды шығару сияқты авариялық жағдайлар бақыланбайтын процестерге әкелуі мүмкін.
Инженерлік желілердің типтік мәселелері:
1.Оқиғаға реакция уақыты. Көптеген жағдайларда көптеген маңызды оқиғаларға реакция уақытына (судың ағуы, желдеткіштердің тоқтауы, оқшаулаудың зақымдануы, инженерлік инфрақұрылым элементтерінің тоқтауы, жабдықтың қызып кетуі) кепілдік беру мүмкін емес, өйткені мұндай оқиғаларды адам барған кезде көзбен анықтайды.Әдетте, адамда мәселенің фокусының орналасқан жері және оны тудырған себеп туралы ақпарат жоқ, бұл жою мерзімін едәуір арттырады.
2.Мониторинг пен бақылаудың жағдайды бірыңғай жүйесінің болмауы. Инженерлік жүйелердің бір бөлігі бір-бірімен үйлеспейтін жеке мониторинг және басқару құралдарымен (кондиционерлер, үздіксіз қоректендіру көздері) жабдықталады. Ал басқа бөлігінде кейде олар мүлдем жоқ (электрмен жабдықтау және сору желдеткіші). Барлық инженерлік жүйелер мен қоршаған орта параметрлері туралы толық ақпарат жоқ, осылайша жалпы жағдайды жедел бағалау қиынға соғады .
3.Жоғарыда айтылғандардан инженерлік желілер деңгейіндегі проблемалар қосымшалар мен жабдықтар деңгейіне қарағанда анағұрлым ауқымды және басқа элементтердегі ақауларға әкеледі деп қорытынды жасауға болады.
Осы дипломдық жобада тағы бір көтергім келетін инженерлік желілердегі келесі мәселе: энергетикалық ресурстардың жоғары бағасы. Энергияны үнемдеу туралы мәселе бұрынғыдан да өзекті, бүкіл әлемде олар ақша үнемдеудің жолдарын іздейді. Осылайша, осы жобада мен инженерлік желілерді бақылау және мониторинг жүйесінің телефон арқылы алыстан басқару контроллерін жасау арқылы үнемдеуге болатын нұсқаны ұсынамын .
Қолданыстағы инженерлік желілердің бақылау мен мониторинг жүйелеріне шолу
Инженерлік желілер кез келген қалалық жүйенің тіршілік әрекетін қамтамасыз етеді, олар барлық энергия өндіретін объектілерді, энергия желілерін, ғимараттарды, құрылыстарды және энергия ресурстарының кез келген түрін пайдаланатын өзге де объектілерді қамтиды. Пайдалану қызметтеріне көмектесу үшін мамандар жабдықтың жұмысын және инженерлік желілердің жай-күйін бақылау мен мониторингтеу толық функционалды жүйелерін әзірледі, ол жедел орталықтандырылған бақылау және энергия ресурстарының параметрлерін және тұтастай алғанда желілердің жай-күйін бақылау арқылы кез-келген мақсаттағы инженерлік желілерді пайдалану шығындарын азайтуды қамтамасыз етуге арналған.
Мониторинг - бұл белгілі бір критерийлермен салыстырғанда объектінің параметрлерін бақылау және тіркеудің үздіксіз процесі [1].
Қазіргі уақытта инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеудің әртүрлі жүйелері бар. Бірнеше жүйелерінің түрін қарастырайық.
Centraline жүйесі-автоматика жүйелері саласындағы ең жылдам дамып келе жатқан брендтердің бірі. 2004 жылы"Honeywell" компаниясы ғимараттарды автоматтандыру жүйелеріне арналған тәуелсіз бренд ретінде негізі қаланған. CentraLine жүйелері "Honeywell" технологияларына негізделген, бүкіл әлем бойынша 150 миллион тұрғын үйде және 5 миллион ғимаратта энергияны сақтайды. CentraLine AX жабдықтарында тапсырманы шешу өте оңай. Hawk мультипротоколь платформасы көптеген белгілі хаттамалармен (соның ішінде ОБС) жұмыс істеуді қолдайды, осылайша бірнеше шлюздерді пайдаланудан арылтады, ал Arena AX бағдарламалық жасақтамасы мүмкіндік береді:
қосымша бағдарламаларды пайдаланбай түрлі хаттамаларды біріктіру;
бағдарламашылардың қатысуынсыз диспетчерлік компьютердің көмегімен жүйенің кестелері мен параметрлерін өзгерту мүмкіндіктерін іске асыру;
анимациялар мен түрлі эффектілерді кеңінен қолдана отырып, визуалды беттерді жасау, диспетчердің жұмысын қарапайым және ыңғайлы ететін қол жетімді (кеңейтілетін) кітапханалардың негізі;
журнал жүргізу үшін кез келген деректер базасына интеграциялануға;
басқару жүйесіне кез келген деңгейдегі қашықтан қол жеткізуді қамтамасыз ету (қашықтан бағдарламалау мүмкіндіктеріне дейін).
"CentraLine" төменгі автоматиканың барлық спектрін ұсынады, оның құрылғылары мұқият таңдалуы, дұрыс орнатылуы және конфигурациялануы керек, басқару жүйесінің жақсы жұмыс істеуіне кепілдік беру үшін, дәл өлшеу энергия тиімді жүйенің негізі.
CentraLine температура, ылғалдылық, ауа сапасы, қысым датчиктерінің, сондай-ақ әртүрлі есептегіштердің кең спектрін ұсынады.
Барлық құрылғылар арнайы ОВК (HVAC) жүйелеріне арналған, оларды орнату және конфигурациялау оңай.
Басқару жүйесінің энергия тиімділігі бір-бірімен үйлесімді жұмыс істейтін көптеген құрылғылар. "CentraLine" енгізу құрылғыларынан (термостаттар мен датчиктер) жетектер мен клапандарға, соның ішінде инверторларға дейінгі барлық жабдықтарды ұсынады.Бұл барлық параметрлерді дәл бақылауды және жүйеде оңай интеграцияны қамтамасыз етеді. CentraLine және Honeywell клапандары мен жетектерінің желісі бүкіл әлем бойынша 150 миллион ғимаратта қолданылады, бұл оларды ыңғайлы және энергияны үнемдейді. Олар аймақты басқаруға, радиаторды жылытуға және желдетуге арналған барлық талаптарға сәйкес келеді. Клапандар спектріне 2 -, 3-және 4-сызықты, клапандар және жетектері бар айналмалы клапандар кіреді [2].CentraLine брендімен ғимараттар мен құрылыстарға арналған Автоматтандыру жүйелерін өндірудегі әлемдік көшбасшылардың бірі" Honeywell " компаниясы жылыту, желдету, ауаны баптау және орталықтандырылған жылумен жабдықтау жүйелерін басқару үшін конфигурацияланатын және еркін бағдарламаланатын контроллерлерді ұсынады.
Контроллерлердің қолданыстағы құрамына мастер-контроллерлер де (13-тен 381-ге дейін әр түрлі кірісшығыс саны бар) және аймақтық контроллерлер кіреді.
RedPine жүйесі-энергоресурстарды есепке алудың автоматтандырылған жүйесін құруға, инженерлік жүйелерді мониторингілеуге және бақылауға, сондай-ақ электр энергиясының сапасын бақылауға арналған бағдарламалық-аппараттық кешен. RedPine-ді пайдалану барлық инженерлік инфрақұрылымның толық мониторингін жүзеге асыруға мүмкіндік береді (ауаны баптау, желдету және микроклиматты бақылау жүйелері, энергиямен жабдықтау, күзет-өрт дабылы және автоматты өрт сөндіру жүйелері).
RedPine жүйесі аппараттық құралдармен жұмыс істеу және деректерді беру үшін қолданылатын технологиялар мен хаттамалардың кең тізімін қолдай алады. Жабдықтар мен мамандандырылған хаттамаларды қолдау үшін (мысалы, Modbus) OPC технологиясы қолданылады.
RedPine жүйесі нақты уақыт режимінде деректермен жұмыс істейді, соның есебінен ақпаратты ұсыну және өңдеу 0.1 мс дейінгі жиілікте жүзеге асырылады.
RedPine мүмкіндік береді:
инженерлік жүйелерді тиімді және ыңғайлы пайдалану.
апаттық жағдайларды ескерту.
олар туындаған жағдайда жедел әрекет ету.
салдарын азайту.
себептері мен салдарын анықтау.
олардың болашақта пайда болуына жол бермеу.
RedPine ескереді:
инженерлік желілердің сапасы мен сенімділікті.
энергия ресурстарын тұтыну және шығындарды.
инженерлік жабдықтарды пайдалану.
BMS жүйесі (Building Management System)- Жүйенің миы тиісті бағдарламалық жасақтама кешені бар орталық компьютер. Орталық компьютер жергілікті контроллерлерді бір желіге біріктіреді. Соңғысы, өз кезегінде, барлық сенсорлар үшін қабылдағыш және инженерлік жабдықтар үшін басқару элементі ретінде қызмет етеді. Сенсордан белгілі бір сигнал алған кезде контроллер жағдайға байланысты талап етілетін команданы атқарушы құрылғыға жібереді немесе сигналды диспетчерге, орталық компьютерге жібереді. Контроллерлердің көмегімен ғимараттың барлық инженерлік жүйелері автоматты түрде басқарылады.
BMS жүйесінің артықшылықтары күнделікті процестердің көпшілігін автоматтандыруға мүмкіндік береді, яғни:
сенімділік, адам факторының төмендеуіне байланысты күтпеген бұзылу
қаупі айтарлықтай төмендейді.
тиімділік, BMS инженерлік жүйелердің жұмысын оңтайландырады, бұл
шығуда максималды тиімділік береді.
энергиямен қамтамасыз ету, жылыту мен ауаны сумен және газбен
қамтамасыз ету жүйелерінің жұмысын үнемдеу, оңтайландыру пайдаланылатын ресурстарды едәуір үнемдеуге мүмкіндік береді.
жайлылық, BMS тек ғимарат иелеріне ғана емес (басқару тұрғысынан),
сонымен қатар соңғы пайдаланушыларға (пайдалану тұрғысынан) ыңғайлылықты қамтамасыз етеді. Зияткерлік ғимараттардың функционалы "ескі әдіспен" жабдықталған ғимараттарға қарағанда әлдеқайда бай - жеделділік - BMS-ке интеграцияланған автоматты қауіпсіздік жүйелері кез келген төтенше жағдайға жедел ден қоюға мүмкіндік береді.
NetPing жүйесі. Қолданудың негізгі саласы-үйдегі және кеңседегі құрылғыларды қашықтан басқару және бақылау. NetPing құрылғысы арқылы шешілетін міндеттер:
Қуатты қашықтан басқару
Түтін, судың ағуы, газдың ағуы, вандалға қарсы жүйелер, бейне бақылау
камераларын басқару арқылы қауіпсіздікті басқару және төтенше жағдайларды бақылау
Микроклиматты температура, ылғалдылық датчиктерімен басқару және
инфрақызыл порт арқылы кондиционерді басқару.
RS-232 порты бойынша АТС басқару
Жағдайға байланысты параметрлерді қашықтан өзгерту
SMS, электрондық пошта арқылы ақаулар немесе басқа да маңызды
оқиғалар туралы хабарлама жіберу
HTTP немесе SNMP арқылы нақты уақыттағы жүйеге кіру
Кесте бойынша жарықтандыруды және басқа да тұрмыстық техниканы
басқару
NetPing құрылғылары бір құрылғыға 16 сенсорды қосуға мүмкіндік береді. Кірістірілген Web-сервердің арқасында бақылау және басқару браузер арқылы жүзеге асырылады.
Crestron жүйесі-орталықтандырылған басқару жүйесі. Ол негізінен орталық басқару контроллерлерінің кең спектрін және көптеген атқарушы-командалық блоктарды қолдану негізінде құрылады. Crestron басқару контроллері көптеген кіріктірілген мүмкіндіктерге, жоғары өнімділікке және жеткілікті икемділікке ие.
Crestron басқару жүйелерінің ерекше қасиеттері:
- тіршілікті қамтамасыз етудің барлық бытыраңқы жүйелерін бірыңғай кешенге жинау мүмкіндігі;
- бірыңғай орталықтан біріктірілген басқару;
- өте құрметті дизайн және дисплейлердің функционалдығы;
- түрлі-түсті, қабырға, сенсорлық панельдер интерфейсінің ыңғайлылығы;
-танымалдылығы мен беделі.
Crestron басқару жүйесінің негізгі мақсаты, ортаны автоматтандыру. Бұл жабдық аудио - бейне жүйелерін, жарықтандыруды, перделерді, перделерді, микроклиматты, қауіпсіздік жүйелерін біріктірілген басқару үшін қолданылады [3, 4].
Crestron басқару жүйелерінің артықшылықтарының бірі - пайдаланушы интерфейстерінің кең спектрі: сенсорлық панельдер, сенсорлық радио панельдер, пернетақтаны басқару панельдері, радио және IR қашықтан басқару құралдары.
Қарастырылған жүйелерді талдайық.
Негізгі мақсат - шығындарды азайту және функционалдылықты арттыру, оған келесідей қол жеткізіледі:
шығындарды анықтау және қызметті талдау;
инженерлік желілерді құру шарттарын зерттеу;
таңдалған әдісті ескере отырып модельдеу;
экономикалық тиімділікті анықтау.
Негізгі ерекшеліктері:
Бақылау және мониторингтеу жүйелерін қарапайым жеке тұлғалардан бастап, ірі бизнес жобаларға дейін әртүрлі деңгейдегі тұтынушыларға қызмет көрсету үшін пайдалануға болады. Мұндай жүйелерді қолдану үшін тіркелген және мобильді желілер түрінде негізгі инфрақұрылым құрылды. Мұның бәрі платформалармен, сенсорлармен, барлығына қол жетімді қосымшалармен қамтамасыз етіледі.
Негізгі артықшылықтары:
деректерді қашықтықтан нақты уақыт режимінде бақылау;
объектілерді үнемі бақылау;
өлшеу жүйесінің сенсорларының оператор қолмен басқаруына тәуелсіз қол жетімді орналасуы;
деректерді жинау, ақпаратты алдын-ала талдау және оны Интернет арқылы кез келген жерге жіберу;
көрсетілген диапазоннан тыс орын ауыстыру туралы адамдарға автоматты түрде хабарлау;
ақшаны үнемдеу, өйткені автоматты бақылаулар адамның қатысуынан бас тартуға мүмкіндік береді;
оператордың қателіктерін жою, өйткені автоматты бақылаулар сенімдірек.
Мұндай технологияларды пайдалану,пайдаланушының өмірін барынша жеңілдетеді және ұйымдастырады және функционалдылық деңгейін арттырады.
Ұсынылған жүйелер келесідей құрылған және де инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйелерін салыстыру 1.1-кестеде көрсетілген. Жүйенің жұмыс істеуінің негізінде нақты уақыт режимінде инженерлік желілердің, жабдықтардың және олардың технологиялық параметрлерінің жай-күйін мониторингтеу жатыр. Көрсеткіштердің мәніне байланысты жүйе инженерлік желілер мен жабдықтардың параметрлерін жедел басқаруды орындайды, олардың оңтайлы алгоритм бойынша жұмыс істеуі қамтамасыз етіледі. Қажет болған жағдайда инженерлік желілердің атқарушы механизмдерін қолмен басқаруға болады.
Кесте 1.1. Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйелерін салыстыру
Жүйенің атауы
NetPing
CentraLine
RedPine
Creston
BMS
Оңай орнату
+
-
+
-
+
Жүйенің ашықтығы
-
+
+
+
-
Мобильді қосымша
+
-
-
+
-
WEB-интерфейс
+
+
+
-
+
Қандай да бір құрылғыны әзірлеуді бастамас бұрын, нарықты ұсына алатын аппараттық құралдармен танысу қажет. Бұл әр түрлі датчиктер мен модульдерге де, сенсорлардан алынған ақпаратты өңдеуге тиіс контроллерлерге де қатысты. Сондықтан дипломдық жобада, инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу жүйе контроллерін әзірлеу үшін Arduino тақтасын қолдандым. Келесі 1.3 бөлімде Arduino тақтасы жайлы толық мағлұмат беретін болам.
1.3 Arduino платформасы
Arduino-бұл дайын электронды блок пен бағдарламалық жасақтамадан тұратын жиынтықтар. Мұнда электронды блок-бұл микроконтроллер орнатылған және оның жұмысына қажетті элементтердің ең аз мөлшері бар баспа схемасы (1.1-сурет). Шын мәнінде, Arduino электронды блогы қазіргі заманғы компьютердің аналық платасының аналогы болып табылады. Онда сыртқы құрылғыларды қосуға арналған қосқыштар, сондай-ақ микроконтроллерді бағдарламалау жүзеге асырылатын компьютермен байланысуға арналған қосқыш бар. Atmel қолданылатын atmega микроконтроллерлерінің ерекшеліктері арнайы бағдарламашыларды қолданбай бағдарламалау жасауға мүмкіндік береді. Жаңа электрондық құрылғыны жасау үшін сізге Arduino тақтасы, байланыс кабелі және компьютер қажет. [5]. Arduino жобасының екінші бөлігі-басқару бағдарламаларын құруға арналған бағдарламалық жасақтама. Ол қарапайым даму ортасын және микроконтроллерлер үшін CC++ тілінің нұсқасы болып табылатын бағдарламалау тілін біріктірді.
Сурет 1.1. Arduino тақтасы
Arduino жобасы Digital Communities санатында Prix Ars Electronica 2006 сыйлықтарын тапсыру кезінде құрметті атауға ие болды.
Arduino платасы Atmel AVR микроконтроллерінен (Atmega328Р және ATmega168 - жаңа нұсқаларда және АТmega8 - ескілерінде), сонымен қатар, басқа да схемалармен бағдарламалау және интеграциялау үшін байланыстыру элементтерінен тұрады. Көптеген платаларда +5В немесе +3,3В кернеудің сызықтық тұрақтандырғышы бар. Тактілеу 16 немесе 8 МГц жиілігінде кварц резонатормен (кейбір нұсқаларда керамикалық резонатормен) жүзеге асырылады. Микроконтроллерге BootLoader жүктеушісі алдын ала тігіледі, сондықтан сыртқы программатор қажет емес.
Барлық платалар концептуалды деңгейде RS-232 (дәйекті байланыс) арқылы бағдарламаланады, бірақ бұл әдісті іске асырудың нұсқадан нұсқаға айырмашылығы бар. Сонымен қатар, Serial Arduino платасы RS-232 сигнал деңгейін ТТЛ деңгейіне және керісінше түрлендіруге арналған қарапайым инверторлы схеманы қамтиды. Ағымдағы таратылатын платалар, мысалы, Diecimila, USB-to-Serial FTDI FT232R конвертер микросхемасының арқасында USB арқылы бағдарламаланады. Arduino Uno платформасының нұсқасында Конвертер ретінде SMD корпусында Atmega8 микроконтроллері қолданылады. Бұл шешім конвертерді программалауға мүмкіндік береді, сол үшін платформа барлық қажет қосымша басқару сигналдарымен әзірлеушінің қалауы бойынша тінтуір, джойстик немесе басқа құрылғы ретінде дереу анықталады. Arduino Mini немесе бейресми Boarduino сияқты кейбір нұсқаларда бағдарламалау үшін бөлек USB-to-Serial платасын немесе кабельді қосу қажет.
Arduino платалары сыртқы тізбектердегі микроконтроллердің IO шығысының көпшілігін пайдалануға мүмкіндік береді. Мысалы, Diecimila платасында 14 сандық кірісшығыс қол жетімді, олардың 6-ы ЕИМ сигналды, және 6 аналогтық кірісті бере алады. Бұл сигналдар платада байланыс алаңдары немесе істікті жалғағыштар арқылы қол жетімді. Сондай-ақ, сыртқы кеңейту платаларының "ағыл. shields" (сөзбе-сөз: "қалқандар") деп аталатын бірнеше түрі қол жетімді, олар Arduino платасына істікшелі жалғағыштар арқылы қосылады.
Arduino тақтасының негізгі нұсқалары келесі модельдермен ұсынылған:
- serial Arduino, дәйекті байланыс арқылы (DB-9 ұясы) бағдарламаланады, ATmega8 қолданылады.
- аrduino Extreme, бағдарламалау үшін USB интерфейсі бар, ATmega8 қолданылады.
- arduino Mini, Arduino шағын нұсқасы, ATmega328 беттік монтажды пайдаланады. USB-UART конвертері жоқ.
- arduino Nano 3.0, одан да шағын, USB қуат көзі және ATmega328 беттік монтажы бар.
- LilyРad Arduino, ATmega168 (ATmega328 жаңа нұсқаларында) беттік монтаждау үшін қолданылады, минималистік дизайн.
- аrduino NG, бағдарламалау үшін USB интерфейсі бар, ATmega8 қолданылады.
- аrduino NG plus, бағдарламалау үшін USB интерфейсі бар, ATmega168 қолданылады.
- arduino BT, бағдарламалау үшін Bluetooth интерфейсі бар, ATmega168 қолданылады (ATmega328 жаңа нұсқаларында).
- arduino Diecimila, DIP28 корпуста USB интерфейсін және Atmega168 пайдаланады.
- arduino Duemilanove ("2009"), ATmega168 (ATmega328 жаңа нұсқаларында) негізінде, USB немесе сыртқы көзден қуат алуды автоматты түрде таңдайды.
- arduino Mega ("2009"), ATmega1280 негізінде.
- аrduino Mega2560 R3 ("2011"), ATmega2560 негізінде. ATmega16U2 базасында USB-UART конвертері қолданылады.
- arduino Uno R3 (2011), ATmega328 негізінде. ATmega16U2 базасында USB-UART конвертері қолданылады.
Arduino тақтасын кеңейту мүмкіндіктері:
Arduino платформасының негізгі артықшылықтарының бірі-танымал. Танымал платформа контроллердің базалық функционалдығын кеңейтетін түрлі платалардың арнайы нұсқаларын шығаратын электрондық құрылғыларды өндірушілер белсенді қолдайды. Кеңею платалары (басқа атауы: arduino shield, шилд) деп аталатын мұндай шилд тақташалар әртүрлі міндеттерді орындау үшін қызмет етеді және жоба жасау барысында жоба инженерінің өмірін айтарлықтай жеңілдетуі мүмкін. [8].
Ардуино кеңейту тақтасы - белгілі бір функцияларды орындауға арналған және стандартты ажыратқыштардың көмегімен негізгі контроллерге қосылатын аяқталған құрылғы. Кеңею тақтасында барлық қажетті электрондық компоненттер орнатылған, ал микроконтроллермен және негізгі платаның басқа да элементтерімен өзара іс-қимыл ардуино стандартты пиндары арқылы жүзеге асырылады. Көбінесе шилд қоректенуі де arduino-ның негізгі тақтасынан беріледі, бірақ көптеген жағдайларда басқа көздерден қоректену мүмкіндігі бар.
Әдетте, бұл кеңейту тақтасы ардуино жиынтығында жүреді, сондықтан да жоба жасаушы азаматтарда жиі кездеседі. Шилд өте қарапайым - оның негізгі міндеті Arduino тақтасына қосылудың ыңғайлы нұсқаларын ұсыну. Бұл аналогтық және сандық пиндердің әрқайсысына тақтаға шығарылған қосымша қуат қосқыштары мен жердің есебінен жүзеге асырылады. Сондай-ақ, сыртқы қуат көзін қосу үшін де қолдануға болады. [6].
Кейбір шилдтердің мысалдарын қарастырайық:
Ethernet Shield-Интернетке қосылуды қамтамасыз етеді (1.2-сурет);
Сурет 1.2. Ethernet Shield
Хвес Shield-MaxsEream XBee Zigbee модулінің көмегімен бірнеше Arduino құрылғыларына сымсыз қосылуды қамтамасыз етеді (1.3-сурет);
Сурет 1.3. Хвес Shield
GSM GPRS Shield-SMS-хабарламалар жіберуге, қоңыраулар шалуға, GPRS бойынша деректермен алмасуға мүмкіндік береді (1.4-сурет);
Сурет 1.4. GSM GPRS Shield
Arduino өңдеу ортасы және программалау негіздері:
Arduino IDE (ағылш. Integrated Development Environment - интеграцияланған әзірлеу ортасы) - бағдарламалық жасақтаманы жасауға, баптауға, тестілеуге және қызмет көрсетуге арналған бағдарлама немесе бағдарламалар ортасы (1.5-сурет). [11].
Интеграцияланған әзірлеу ортасы бастапқы кодты өзгерту және компиляцияға жіберу, бағдарламалық ресурстарды құру, деректер базасын және т. б. құруды қоса алғанда, күрделі функционалдылықтың болуымен сипатталады.
Arduino жобасы аясында ide типтік ортасының негізгі талаптарына жауап беретін бағдарламалық жасақтама жасалды. Бұл Eclipse немесе NetBeans сияқты қуатты бағдарламалық қамтамасыз ету емес, қарапайым, функционалдық бағдарлама, ол бізге бағдарламаны жазуға, компиляциялауға және микроконтроллерге жүктеуге мүмкіндік береді.
Arduino IDE қарапайым құрылымы артықшылық болып табылады, өйткені бағдарламаны жылдам игеруді және Arduino үшін қосымшаларды әзірлеуге көшуді қамтамасыз етеді.
Сурет 1.5. Arduino IDE бағдарламалау ортасы
Бұл дипломдық жобада орталық микроконтроллер ретінде Arduino Uno R3 тақтасын пайдаланамыз, неліктен Arduino Uno cебебі:
Шағын өлшемді тақта;
Бағдарламалау икемділігі;
Сауалнама жылдамдығы;
Әр түрлі сенсорлар мен кеңейту модульдерінің үлкен саны;
Тақтаның арзандығы болады.
Бұл ең көп таралған тақта болғандықтан және ол көбінесе бағдарламалау принциптерін үйрену үшін қолданылады.Өйткені ол өзінің аналогтық контактілеріндегі кернеу түрінде кіріс деректерін оқи алатын ашық архитектурасы бар микропроцессор, ол 1.6-суретте көрсетілген.
Сурет 1.6. Arduino Uno R3 тақтасы
Arduino Uno тақтасында 14 сандық кірісшығыс бар (оның 6 ЕИМ шығу ретінде пайдаланылуы мүмкін), 6 аналогтық кіріс, 16 МГц кварц генераторы, USB қосқышы, күш қосқышы, ICSP қосқышы және қайта жүктеу түймесі бар. Жұмыс істеу үшін тақтасын компьютерге USB кабелі арқылы қосу немесе ACDC адаптерінің немесе батареяның көмегімен қорек беру қажет.
FTDI USB микроконтроллерді USB арқылы байланыс үшін пайдаланған, барлық алдыңғы платаларға қарағанда, жаңа Ардуино Uno ATmega8U2 микроконтроллерін пайдаланады.
"Uno" итальянша бір деп аударылады, және әзірлеушілер осылайша Arduino 1.0 алдағы уақытта шығуын меңзеп отыр. Жаңа плата Ардуино платаларының флагманы болды.
Arduino Uno USB байланысы немесе сыртқы қуат көзі арқылы қуат ала алады. Қуат көзі автоматты түрде таңдалады.
Сыртқы қуат (USB емес) ACDC кернеу түрлендіргіші (қуат блогы) немесе аккумуляторлық батарея арқылы берілуі мүмкін. Кернеу түрлендіргіш орталық оң полюсті 2.1 мм коннекторы арқылы қосылады. Батареядан сымдар Gnd және Vin қуат қосқышы шығыстарына қосылады.
Тақта сыртқы қорек 6 В-дан 20 В-ға дейін кезде жұмыс істей алады. Қорек кернеуі 7 В-тан төмен болғанда, 5V шығару 5 В-тан кем бере алады, бұл ретте платформа тұрақсыз жұмыс істейді. 12 В жоғары кернеуді пайдалану кезінде кернеу реттегіші қызып, платаға зақым келтіруі мүмкін. Ұсынылған диапазон 7 В бастап 12 В дейін.
Тамақтану қорытындылары:
vin.Кіріс сыртқы көзден қуат беру үшін пайдаланылады (USB коннекторы-
нан 5 В болмаса немесе басқа реттелетін қорек көзінен). Қорек кернеуі осы шығу арқылы жүзеге асырылады.
5v.Микроконтроллерді және платадағы компоненттерді қоректендіру үшін
қолданылатын реттелетін кернеу көзі. Қуат VIN шығысынан кернеу реттегіші арқылы, немесе USB қосқышынан, немесе басқа реттелетін 5 В кернеу көзінен берілуі мүмкін.
3v3. 3,3 В шығысындағы кернеу тақтадағы орнатылған реттегіш арқылы
жасалады. Максималды ток тұтыну 50 мА.
gnd. Жерге тұйықтау шығыстары
Жады:
ATmega328 микроконтроллерінде 32 кБ флэш жады бар, оның ішінде 0.5кБ
жүктеушіні сақтау үшін , сондай-ақ 2 кБ ОЕҚ (SRAM) және 1 Кб EEPROM (EEPROM кітапханасының көмегімен оқылатын және жазылған) қолданылады.
Кірістер мен Шығыстар:
Uno 14 сандық шығыстың әрқайсысын pinMode (), digitalWrite (), және digitalRead () мүмкіндіктерін пайдалана отырып, кіріс немесе шығыс ретінде баптауға болады . Әрбір шығыстың 20-50 кОм жүктеме резисторы бар (үнсіз келісім бойынша ажыратылған) және 40 мА дейін өткізе алады. Кейбір шығыстар ерекше функцияларға ие:
тізбекті шина: 0 (RX) және 1 (TX). Шығыстар TTL деректерін алу (RX)
және беру (TX) үшін қолданылады. Бұл шығыстар ATmega8U2 USB-to-TTL тізбекті шинасының микросхемасына сәйкес қосылған.
сыртқы үзіліс: 2 және 3. Бұл шығыстарды үзу шақыруына немесе кіші мән-
де, не алдыңғы немесе артқы фронтта немесе мән өзгергенде баптауға болады. Толық ақпарат attachInterrupt () функциясының сипаттамасында.
шим: 3, 5, 6, 9, 10, және 11. Кез келген шығысты 8 бит рұқсаты бар шим
analogWrite () функциясының көмегімен қамтамасыз етеді.
spi: 10( SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Бұл шығыстар арқылы SPI
байланысы жүзеге асырылады, ол үшін SPI кітапханасы қолданылады.
led: 13. 13 сандық шығаруға қосылған кіріктірілген жарық диоды. Егер
шығыстағы мән жоғары потенциалға ие болса, онда жарық диоды жанып тұрады.
Uno платформасында 6 аналогтық кіріс орнатылған (A0...A5 ретінде белгіленген), әрқайсысының ажыратымдылығы 10 бит (яғни, 1024 түрлі мәндерді қабылдай алады). Стандартты шығыстар жерге қатысты өлшеу диапазоны 5 В дейін болады, дегенмен AREF шығару және analogReference () функциясы арқылы жоғарғы шегін өзгерту мүмкіндігі бар. Кейбір шығыстардың қосымша функциялары бар:
I2C: 4 (SDA) және 5 (SCL). Шығыс арқылы I2C (TWI) байланысы жүзеге асырылады, оны жасау үшін Wire кітапханасы қолданылады.
Платформа шығыстарының қосымша жұбы:
AREF, аналогтық кіріс үшін тірек кернеуі. AnalogReference () функциясымен қолданылады.
Reset, шығыс сигналының төмен деңгейі микроконтроллерді қайта жүктейді. Әдетте, Arduino платасындағы батырмаға кіруді жабатын кеңейту платасындағы қайта жүктеу түймесін қосу үшін қолданылады.
USB қосқышын ток қорғанысы:
Arduino Uno-да компьютердің USB портын қысқа тұйықталу токтарынан және аса токтардан қорғайтын өздігінен тоқтайтын сақтандырғыш (автомат) орнатылған. Барлық компьютерлердің осындай қорғауы болса да, бұл сақтандырғыш қосымша кедергіні қамтамасыз етеді. Сақтандырғыш 500 мА астам ток USB порты арқылы өткен кезде іске қосылады және тізбекті токтың қалыпты мәндері қалпына келтірілгенге дейін ажыратады.
Физикалық сипаттамалары:
Uno баспа платасының ұзындығы мен ені тиісінше 6.9 және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА
Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандығы
Нұр-Сұлтан
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Нормативтік сілтемелер
Осы дипломдық жұмыста келесі нормативтік сілтемелер қолданылды:
ҚР МЖМБС 5.04.019-2008 "Қазақстан Республикасының Мемлекеттік жалпыға міндетті білім беру стандарты. Жоғары Білім. Бакалавриат. Негізгі ережелер".
"Өрт қауіпсіздігіне қойылатын жалпы талаптар" техникалық регламенті Қазақстан Республикасы Ішкі істер министрінің 2017 жылғы 23 маусымдағы № 439 бұйрығымен бекітілген (Қазақстан Республикасының Әділет министрлігінде №15501 тіркелген).
ҚР Еңбек кодексі 2015 жылғы 23 қарашадағы № 414-V ҚРЗ.
ҚР ҚІК 4.04-185-2003 "Қазақстан Республикасының инженерлік желілерін технологиялық жобалау нормалары
ҚР ҚН 4.02-03-2012. Автоматтандыру жүйелері.
Терминдер мен анықтамалар
Осы дипломдық жұмыста төмендегідей терминдер мен анықтамалар қолданылды:
Инженерлік желілер-инженерлік инфрақұрылымның негізі бола отырып, көбінесе өнеркәсіптік және әлеуметтік - экономикалық аумақтық құрылымдардың даму тұрақтылығын анықтайды.
Мониторинг - бұл белгілі бір критерийлермен салыстырғанда объектінің параметрлерін бақылау және тіркеудің үздіксіз процесі
Arduino-бұл дайын электронды блок пен бағдарламалық жасақтамадан тұратын жиынтықтар.
Датчиктер - бақыланатын параметрлердің мәндерін сәйкес электр сигналдарына түрлендіретін өте сезімтал құрылғылар.
Контроллер - бұл мамандандырылған жоғары сенімді компьютер.
Инженерлік желілердің мониторингі-бұл даму бойынша іс-шараларды жүзеге асыру барысы туралы ақпаратты жүйелі және үздіксіз жинау және талдау.
Инженерлік желілерді бақылау-бұл инженерлік жүйелерді орталықтандырылған жедел бақылау.
Белгіленулер мен қысқартылған сөздер
Осы дипломдық жұмыста төмендегідей белгілер мен қысқартылған сөздер пайдаланылды:
WiFi (Wireless Fidelity)- Сымсыз жергілікті желі технологиясы
IDE (Integrated Development Environment) - Интеграцияланған даму ортасы
USB (Universal Serial Bus) - әмбебап бірізді шина
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)-
ақпаратты өшіретін тұрақты жад
BMS- (Building Management System)
Pin (Personаl Іdentіfіcаtіon Number )-Жеке сәйкестендіру нөмірі
АТС-Автоматты телефон станциясы
SMS (Short Message Service)- Қысқа хабарламалар қызметі
HTTP (HyperText Transfer Protocol)- Қолданбалы деңгей хаттамасы
GPRS (General Packet Radio Service) - Жалпы пайдаланудағы пакеттік
радиобайланыс
SNMP (Simple Network Management Protocol) - Стандартты интернет
протоколы
GSM (Global System for Mobile Communications) - сандық ұялы
байланыстың ғаламдық стандарты
Мазмұны
Нормативтік сілтемелер
5
Терминдер мен анықтамалар
6
Белгіленулер мен қысқартылған сөздер
7
Кіріспе
10
1
Инженерлік желілерді бақылау және мониторинг жүйесі
12
1.1
Инженерлік желілер
12
1.2
Қолданыстағы инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу жүйелеріне шолу
15
1.3
Arduino платформасы
20
2
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерін arduino негізінде әзірлеу
29
2.1
Инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу жүйе контроллеріннің блок-схемасын жобалау
29
2.2
Arduino тақтасымен жұмыс жасайтын қажетті компоненттерді таңдау
31
2.3
Бағдарламалық жасақтама жасау
36
2.4
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесінің макетін құру
37
3
Тұрғын үй кешені үшін инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесінің контроллерін әзірлеу
46
3.1
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесін жобалау
46
3.2
Инженерлік желіні бақылау және мониторингтеу жүйесін тұрғын үй кешеніне орнату
48
4
Еңбекті қорғау
53
4.1
Құрылғыны дайындау және пайдалану кезіндегі еңбекті қорғау және қауіпсіздік техникасы
53
4.2
Еңбек жағдайларының қауіпсіздігін қамтамасыз ету жөніндегі іс-шаралар
57
5
Қоршаған ортаны қорғау
59
5.1
Зиянды және қауіпті факторларды талдау
59
5.2
Қоршаған ортаны қорғау жөніндегі іс-шаралар
60
6
Экономикалық бөлім
63
6.1
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерінің экономикалық тиімділігін есептеу
63
6.2
Өнімнің нұсқасын таңдау
67
Қорытынды
70
Қолданылған әдебиеттердің тізімі
71
Қосымша а
72
Кіріспе
Өзектілігі: Қазіргі әлемде инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеудің көптеген әртүрлі жүйелері жасалуда. Тұрғын үй кешеніне инженерлік желілерді бақылау және мониторинг контроллерін құру ең жаңа бағыт болып табылады. Инженерлік желілерге жылу, сумен жабдықтау, желдету, жарықтандыру және тағы басқалар кіреді.Қарапайым жағдайда ол үйде болып жатқан нақты жағдайларды танып, оларға тиісті түрде жауап беруі керек, жүйелердің бірі алдын-ала жасалған алгоритмдер бойынша басқалардың мінез-құлқын басқара алады. Инженерлік желілерді қашықтан басқару бірқатар артықшылықтар береді. Бұл энергия шығындарын, қауіпсіздікті арттыру, жабдықтың тозуын бақылау, жалпы жүйені басқаруды жеңілдету және соның салдарынан апаттық жағдайлардың алдын алу және болдырмау. Қазіргі әлемде көптеген түрлі контроллерлер жасалды. Бірақ олардың барлығында бірқатар кемшіліктер бар, мысалы: ішкі нарыққа бейімделудің болмауы, мұндай жүйелер еуропалық немесе американдық басқару стандарттарын ескере отырып жасалған. Негізгі мәселе-инженерлік желі контроллерін құру өте көп уақытты қажет ететін процесс, оған әртүрлі мамандар мен әзірлеушілердің үнемі қатысуы қажет. Сонымен қатар, негізгі қиындық-бұл алдын-ала дайындалған инженерлік-сәулет тұжырымдамасына сәйкес жиынтықпен орнатылады.Осы факторлардың барлығы бірігіп, отандық нарықты тұтынушылардың үлкен бөлігіне қол жетімді етпейді, өйткені көпшілігінде жүйелердің толық жиынтығын сатып алуға қаражат жоқ немесе өндіруші компаниялардың күнделікті өмірде нақты мақсаттар үшін тар бағыттың болмауына байланысты. Сондықтан үйде қолданылатын үнемді, қол жетімді және икемді инженерлік желілерді бақылау және мониторинг жүйе контроллерін құру міндеті өзекті болып табылады.Өз қолыңызбен контроллер жасау-бұл шығармашылық процесс қана емес, ол өзінің тапқырлығын көрсетуге шақырады. Менің ойымша, бұл жоба қазіргі уақытта өзекті, сонымен бірге қызықты.
Болжамы: Ұсынылып отырған дипломдық жоба тұрғын үй кешеніндегі инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесі арқылы апаттық ақауларды анықтауға және желіні басқаруға қамтамасыз етуге қабілетті әрі тиімді болады деп күтуге болады.
Мақсаты: Arduino негізінде датчиктерден оқылымдарды қарап, ұялы байланыс телефон арқылы алыстан басқаруға мүмкіндік беретін инженерлік желілерге арналған бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерін жасау.
Дипломдық жоба барысында қарастырылатын міндеттер:
1. Ғылыми-технологиялық әдебиеттерге шолу және талдау
2. Қолданыстағы инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу
жүйелерін талдау
3. Қажетті жабдықтар мен бағдарламалық қамтамасыз етуді таңдау
4. Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе контроллерін
әзірлеу
5. Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйе
контроллеріннің макетін құру
6. Жобаның дамыған практикалық жұмысын апробациялау.
Негізгі әдістері: Дипломдық жоба аспаптық және зерттеу, модельдеу әдістер бойынша жасалды.
Зерттеу объектісі: Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесінің контроллерін әзірлеу болып табылады.
Дипломдық жобаның әдіснамалық негізі: Инженерлік жүйелерді бақылау және мониторингтеу бойынша деректерді жинау мен контроллер жүйесін құру болып табылады. Осы жобаның тиімділігіне талдау жасалды.
Дипломдық жобаның теориялық және тәжірибелік маңыздылығы: Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйелері адам өмірінің ажырамас бөлігіне негізгелді.Инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу жүйесінің элементтері маңызды өндірістік нысандарда ғана емес, қарапайым үйлерде, пәтерлерде орнатуға болады. Жобаның құндылығы инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу дамыған жүйесі энергия ресурстарын үнемдеуге,сондай-ақ бөлмедегі температураны оқып,судың ағып кетуін және газдың пайда болуын анықтауға, алыстан басқару мен мониторингке мүмкіндік береді.
Дипломдық жобаның құрылымы. Дипломдық жоба кіріспеден, негізгі бөлімнен, қорытындыдан, қосымшадан және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Дипломдық жобаның негізгі бөлімінде үш тарау бар.
Кіріспеде дипломдық жоба тақырыбының өзектілігінің негіздемесі, мақсаты, міндеті, дипломдық зерттеу объектісі қамтылады.
1 Инженерлік желілерді бақылау және мониторинг жүйесі
1.1 Инженерлік желілер
Қазіргі заманғы ғимараттар мен құрылыстарды ойдағыдай пайдалану инженерлік желілерсіз мүмкін емес. Сондықтан соңғы жылдары технологияның дамуына көп көңіл бөлінуде, жыл сайын бұл үрдіс артып келеді. Қазіргі адам уақыт пен энергияны үнемдеуге көмектесетін технологияны жетілдірді. Қазіргі уақытта объектілерді ғимараттар мен құрылыстардың құрылымдық инженерлік желілерімен жарақтандыру кеңінен таралған.
Инженерлік желілер-инженерлік инфрақұрылымның негізі бола отырып, көбінесе өнеркәсіптік және әлеуметтік - экономикалық аумақтық құрылымдардың даму тұрақтылығын анықтайды. Инженерлік желілерді пайдалану кезінде технологиялық және энергетикалық өнімдердің жұмыс істеу сенімділігі, тасымалдау сапасы олардың ағымдағы жай-күйіне мониторинг жүргізу процесінің тиімділігіне байланысты.
Инженерлік желілер әр жерде орналасқан тұтынушыларды электр және жылу энергиясымен, отынмен, сумен немесе басқа да тасымалданатын өнімдермен орталықтандырылған жабдықтауды жүзеге асырады. Инженерлік желіні біріктіретін объектілердің ауқымы өте кең және әртүрлі. Бұдан басқа, инженерлік желілердің, негізінен, тасымалданатын өнімнің түріне, сондай-ақ оны өндіру, өңдеу, тасымалдау және тұтыну технологиясына байланысты нақты тиістілігі бар.
Кез-келген заманауи ғимаратты тірі организммен салыстыруға болады, оның функцияларын көптеген өзара байланысты жүйелер қамтамасыз етеді. Ғимарат немесе құрылыстың жұмыс істеуі үшін оған келесі инженерлік жүйелер мен шешімдер қажет:
1.Нәр беруші. Электр энергиясын түрлендіру, беру және тарату көздері мен жүйелері.
2.Жылумен қамтамасыз ету. Ғимаратты жылытуға және ыстық сумен жабдықтауға арналған жабдық.
3.Суық жеткізу. Жасанды суықты тудыратын жүйелер.
4.Жарықтандыру. Сыртқы жарықтандыру жүйелері объектімен іргелес аумаққа қызмет етеді, ішкі жарықтандыру жүйелері үй-жайларды жарықпен қамтамасыз етеді.
5.Желдету және ауа баптау. Ішкі ауаның қажетті параметрлерін қамтамасыз ететін жүйелер.
6.Сумен жабдықтау және су бұру.Су құбырлары нысанды сумен әр түрлі мақсаттарда қамтамасыз ете алады: тұрмыстық және ауызсу, өртке қарсы, өндірістік.
8.Кабельдік жүйелер. Электрмен жабдықтау, жарықтандыру, деректерді беру жүйелері және қауіпсіздік үшін маңызды.
9.Қауіпсіздік жүйелері. Кіруді бақылауды, бейнебақылауды, дабылдарды, өрт қауіпсіздігін қамтамасыз етіңіз.
Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйесіне қойылатын негізгі талаптар МЕМСТ Р 22.1.12-2015-те белгіленген, ол негізгі ережелер мен ережелерден басқа екі қосымшаны қамтиды: ықтимал қауіпті инженерлік жүйелер үшін құрылымдалған бақылау және басқару жүйелерін құру тәртібі объектілер, ғимараттар мен құрылыстар және олардың күнделікті басқару органдарымен ақпараттық интерфейсі және кешенді тестілеу бағдарламасы.
Инженерлік жүйелерін бақылау мен мониторингтеуге арналған ақпараттық және есептеу құрылымдық жүйелерінің кешендеріне, сондай-ақ оларды сынау әдістеріне қойылатын талаптар МЕМСТ Р 22.1.14-2016.
Келесі негізгі талаптарға сай болуы керек:
автоматтандырылған басқару мен мониторингты қамтамасыз ету;
төтенше жағдайлардың алдын алу және жою үшін қажет;
ауқымдылық;
басқа ақпараттық жүйелермен интеграциялану мүмкіндігі;
бақылау және мониторинг;
автоматты жұмыс режимінің болуы.
Тасымалданатын өнім түрінің және пайдалану ұйымдары пайдаланатын технологиялардың айтарлықтай айырмашылықтарына қарамастан, қазіргі заманғы инженерлік желілер бірқатар жалпы ерекшеліктермен сипатталады:
1) кең аумақтық таралуы және жүйені құрайтын элементтердің үлкен саны;
2) кеңістікте және уақытта үздіксіз даму;
3) басқарылатын және басқарушы жүйелердің күрделі иерархиялық құрылымымен және басқару контурында субъектінің тікелей болуымен;
4) мақсатты өнімді тасымалдау және тарату процестерінің уақыт үздіксіздігі;
5) мақсатты өнімді тасымалдау мен таратудың технологиялық процестерін жедел басқаруды бір мезгілде орталықсыздандырумен басқаруды орталықтандырудың жоғары дәрежесі.
6) өнімді тасымалдау процестерінің инерциясымен және резервуарлар мен қоймаларда оның жедел қорларын құру қажеттілігімен айқындалады.
Инженерлік желілердің мониторингі-бұл даму бойынша іс-шараларды жүзеге асыру барысы туралы ақпаратты жүйелі және үздіксіз жинау және талдау. Мониторинг араласу туралы білуі керек барлық адамдарға тиісті түрде хабарлау және шешімдер уақтылы қабылдануы үшін жүргізіледі.
Бүгінгі таңда зияткерлік құрылғылар негізінде апаттардың алдын алу үшін нақты уақытта жоғары дәлдікпен маңызды нысандарды бақылауға мүмкіндік беретін көптеген технологиялар жасалды [10].Бұл технологиялар өлшеуіш аспаптардан деректер жинауға негізделген, олардың ішінде датчиктер де бар. Барлық сенсорлардың мәліметтері бірыңғай дерекқорға жіберіледі және бірге өңделеді. Деректерді жинау және өңдеу орнынан үлкен қашықтықта датчиктерді басқару үшін автоматтандырылған мониторинг жүйелері пайдаланылады. Бақыланатын объектінің үнемі жаңартылып отыратын параметрлеріне ие бола отырып, бақыланатын объектінің жай-күйін жоғары сенімділікпен болжауға, авариялардың алдын алуға немесе оқиғалар салдарының экономикалық көрсеткіштерін есептеуге болады.
Инженерлік желілерді бақылау-бұл инженерлік жүйелерді орталықтандырылған жедел бақылау. Оны жүзеге асыру үшін инженерлік жүйелердің мониторингі жүйесі құрылады, ол олардың жұмысы туралы ақпаратты визуализациялайды және операторға жабдықты тікелей басқаруға мүмкіндік береді және барлық инженерлік кіші жүйелерді басқаруға арналған тұтас платформа болып табылады және деректерді операторлардың автоматтандырылған жұмыс орындарының экрандарына шығара отырып, ДӨО технологиялық жабдығының жай-күйін бақылауды және басқаруды қамтамасыз ететін көп деңгейлі жүйе ретінде құрылады. Жүйе негізгі параметрлерді тіркей отырып, инженерлік жүйелерге үздіксіз мониторинг жүргізеді және бірыңғай диспетчерлік орталықтан инженерлік кешенді бақылауды және басқаруды қамтамасыз етеді.
Қазіргі заманғы инженерлік желілерді бақылау үш деңгейлі архитектураға ие.
Төменгі деңгей бастапқы деректерді құрайтын перифериялық құрылғылар мен инженерлік жабдықтарды құрайды.
Екінші деңгей-ақпаратты қабылдайтын және өңдейтін контроллерлер және деректер желісі.
Жоғарғы деңгей-бұл келіп түскен деректерді визуализациялау, мұрағаттау, жариялау құралдарын ұсынатын бағдарламалық жасақтама.
Қазіргі заманғы адамның өмірі жайлылықты қажет етеді, сондықтан салынған барлық ғимараттарды жоғары сапалы инженерлік желілерсіз пайдалануға беру мүмкін емес. Адамның өмірі мен жұмысына лайықты жағдайлар жылумен, газбен жабдықтау, жылыту, сумен жабдықтау жүйелерімен, су бұру жүйесімен, энергиямен қамтамасыз етумен және т.б. қамтамасыз етіледі. Инженерлік желілерді сауатты жобалау-адам өмірі үшін жайлылық жасаудың негізгі міндеттерінің бірі. Инженерлік желілердің қолданыстағы жабдықтарының физикалық тозуына және эстетикалық ескіруіне байланысты энергия тиімділігі мен сенімділіктің қазіргі заманғы талаптарына жауап беретін жабдық орнату қажет.Сонымен қатар, қазіргі заманғы деректер орталықтарында инженерлік инфрақұрылым көбінесе резервтеуді ғана қамтамасыз етеді немесе мүлде резервтеусіз жүзеге асырылады және өзін-өзі диагностикалау және туындаған ақауларды ерте анықтаудың дамыған жүйелері жоқ. Инженерлік инфрақұрылым деңгейіндегі проблемалар қоршаған орта параметрлерінің динамикалық тепе-теңдігінің өзгеруіне әкеліп соғады, нәтижесінде серверлер мен басқа жабдықтардың істен шығуы мүмкін. Инженерлік желілер элементтерінің істен шығуы жабдықтың жергілікті істен шығуына да, едәуір бөлігінің істен шығуына да әкелуі мүмкін
Көптеген жабдықтар ауа температурасы мен салыстырмалы ылғалдылықта жұмыс істеуге арналған. Температураның көрсетілген параметрлерден ауытқуы жабдықтың қызмет ету мерзімінің қысқаруына, оның сипаттамаларының нашарлауына, сенімділіктің төмендеуіне, жұмыс істемей қалуына немесе тіпті толық тоқтауына алып келеді. Бөлмедегі төмен ылғалдылық статикалық электр энергиясының жиналуына әкеледі, оның разряды электронды элементтерді өшіре алады. Жоғары ылғалдылыққа байланысты коррозияны тудыратын конденсат пайда болады, соның салдарынан баспа өткізгіштерінің қысқа тұйықталуы және жабдық түйіндерінің дұрыс жұмыс істемеуі мүмкін.
Электрмен жабдықтау жүйесінің істен шығуы, электрмен жабдықтау желілерінің шамадан тыс жүктелуі, токтың ағуы, жабдықтағы қысқа тұйықталу ажыратқыштар мен дифференциалды токты басқару құрылғыларының іске қосылуына әкелуі мүмкін. Нәтижесінде жабдықтың бір немесе басқа бөлігі токтан ажыратылады, ал жүйенің тармақталған құрылымына және тарату құрылғыларының жағдайы туралы ақпараттың болмауына байланысты ақаулықты табу қиынға соғады.
Инженерлік жүйелерден судың ағуы, газдың сыртқа тарату желдеткішін ажырату, желдету люктерінің штаттан тыс орналасуы және түтін-газды шығару сияқты авариялық жағдайлар бақыланбайтын процестерге әкелуі мүмкін.
Инженерлік желілердің типтік мәселелері:
1.Оқиғаға реакция уақыты. Көптеген жағдайларда көптеген маңызды оқиғаларға реакция уақытына (судың ағуы, желдеткіштердің тоқтауы, оқшаулаудың зақымдануы, инженерлік инфрақұрылым элементтерінің тоқтауы, жабдықтың қызып кетуі) кепілдік беру мүмкін емес, өйткені мұндай оқиғаларды адам барған кезде көзбен анықтайды.Әдетте, адамда мәселенің фокусының орналасқан жері және оны тудырған себеп туралы ақпарат жоқ, бұл жою мерзімін едәуір арттырады.
2.Мониторинг пен бақылаудың жағдайды бірыңғай жүйесінің болмауы. Инженерлік жүйелердің бір бөлігі бір-бірімен үйлеспейтін жеке мониторинг және басқару құралдарымен (кондиционерлер, үздіксіз қоректендіру көздері) жабдықталады. Ал басқа бөлігінде кейде олар мүлдем жоқ (электрмен жабдықтау және сору желдеткіші). Барлық инженерлік жүйелер мен қоршаған орта параметрлері туралы толық ақпарат жоқ, осылайша жалпы жағдайды жедел бағалау қиынға соғады .
3.Жоғарыда айтылғандардан инженерлік желілер деңгейіндегі проблемалар қосымшалар мен жабдықтар деңгейіне қарағанда анағұрлым ауқымды және басқа элементтердегі ақауларға әкеледі деп қорытынды жасауға болады.
Осы дипломдық жобада тағы бір көтергім келетін инженерлік желілердегі келесі мәселе: энергетикалық ресурстардың жоғары бағасы. Энергияны үнемдеу туралы мәселе бұрынғыдан да өзекті, бүкіл әлемде олар ақша үнемдеудің жолдарын іздейді. Осылайша, осы жобада мен инженерлік желілерді бақылау және мониторинг жүйесінің телефон арқылы алыстан басқару контроллерін жасау арқылы үнемдеуге болатын нұсқаны ұсынамын .
Қолданыстағы инженерлік желілердің бақылау мен мониторинг жүйелеріне шолу
Инженерлік желілер кез келген қалалық жүйенің тіршілік әрекетін қамтамасыз етеді, олар барлық энергия өндіретін объектілерді, энергия желілерін, ғимараттарды, құрылыстарды және энергия ресурстарының кез келген түрін пайдаланатын өзге де объектілерді қамтиды. Пайдалану қызметтеріне көмектесу үшін мамандар жабдықтың жұмысын және инженерлік желілердің жай-күйін бақылау мен мониторингтеу толық функционалды жүйелерін әзірледі, ол жедел орталықтандырылған бақылау және энергия ресурстарының параметрлерін және тұтастай алғанда желілердің жай-күйін бақылау арқылы кез-келген мақсаттағы инженерлік желілерді пайдалану шығындарын азайтуды қамтамасыз етуге арналған.
Мониторинг - бұл белгілі бір критерийлермен салыстырғанда объектінің параметрлерін бақылау және тіркеудің үздіксіз процесі [1].
Қазіргі уақытта инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеудің әртүрлі жүйелері бар. Бірнеше жүйелерінің түрін қарастырайық.
Centraline жүйесі-автоматика жүйелері саласындағы ең жылдам дамып келе жатқан брендтердің бірі. 2004 жылы"Honeywell" компаниясы ғимараттарды автоматтандыру жүйелеріне арналған тәуелсіз бренд ретінде негізі қаланған. CentraLine жүйелері "Honeywell" технологияларына негізделген, бүкіл әлем бойынша 150 миллион тұрғын үйде және 5 миллион ғимаратта энергияны сақтайды. CentraLine AX жабдықтарында тапсырманы шешу өте оңай. Hawk мультипротоколь платформасы көптеген белгілі хаттамалармен (соның ішінде ОБС) жұмыс істеуді қолдайды, осылайша бірнеше шлюздерді пайдаланудан арылтады, ал Arena AX бағдарламалық жасақтамасы мүмкіндік береді:
қосымша бағдарламаларды пайдаланбай түрлі хаттамаларды біріктіру;
бағдарламашылардың қатысуынсыз диспетчерлік компьютердің көмегімен жүйенің кестелері мен параметрлерін өзгерту мүмкіндіктерін іске асыру;
анимациялар мен түрлі эффектілерді кеңінен қолдана отырып, визуалды беттерді жасау, диспетчердің жұмысын қарапайым және ыңғайлы ететін қол жетімді (кеңейтілетін) кітапханалардың негізі;
журнал жүргізу үшін кез келген деректер базасына интеграциялануға;
басқару жүйесіне кез келген деңгейдегі қашықтан қол жеткізуді қамтамасыз ету (қашықтан бағдарламалау мүмкіндіктеріне дейін).
"CentraLine" төменгі автоматиканың барлық спектрін ұсынады, оның құрылғылары мұқият таңдалуы, дұрыс орнатылуы және конфигурациялануы керек, басқару жүйесінің жақсы жұмыс істеуіне кепілдік беру үшін, дәл өлшеу энергия тиімді жүйенің негізі.
CentraLine температура, ылғалдылық, ауа сапасы, қысым датчиктерінің, сондай-ақ әртүрлі есептегіштердің кең спектрін ұсынады.
Барлық құрылғылар арнайы ОВК (HVAC) жүйелеріне арналған, оларды орнату және конфигурациялау оңай.
Басқару жүйесінің энергия тиімділігі бір-бірімен үйлесімді жұмыс істейтін көптеген құрылғылар. "CentraLine" енгізу құрылғыларынан (термостаттар мен датчиктер) жетектер мен клапандарға, соның ішінде инверторларға дейінгі барлық жабдықтарды ұсынады.Бұл барлық параметрлерді дәл бақылауды және жүйеде оңай интеграцияны қамтамасыз етеді. CentraLine және Honeywell клапандары мен жетектерінің желісі бүкіл әлем бойынша 150 миллион ғимаратта қолданылады, бұл оларды ыңғайлы және энергияны үнемдейді. Олар аймақты басқаруға, радиаторды жылытуға және желдетуге арналған барлық талаптарға сәйкес келеді. Клапандар спектріне 2 -, 3-және 4-сызықты, клапандар және жетектері бар айналмалы клапандар кіреді [2].CentraLine брендімен ғимараттар мен құрылыстарға арналған Автоматтандыру жүйелерін өндірудегі әлемдік көшбасшылардың бірі" Honeywell " компаниясы жылыту, желдету, ауаны баптау және орталықтандырылған жылумен жабдықтау жүйелерін басқару үшін конфигурацияланатын және еркін бағдарламаланатын контроллерлерді ұсынады.
Контроллерлердің қолданыстағы құрамына мастер-контроллерлер де (13-тен 381-ге дейін әр түрлі кірісшығыс саны бар) және аймақтық контроллерлер кіреді.
RedPine жүйесі-энергоресурстарды есепке алудың автоматтандырылған жүйесін құруға, инженерлік жүйелерді мониторингілеуге және бақылауға, сондай-ақ электр энергиясының сапасын бақылауға арналған бағдарламалық-аппараттық кешен. RedPine-ді пайдалану барлық инженерлік инфрақұрылымның толық мониторингін жүзеге асыруға мүмкіндік береді (ауаны баптау, желдету және микроклиматты бақылау жүйелері, энергиямен жабдықтау, күзет-өрт дабылы және автоматты өрт сөндіру жүйелері).
RedPine жүйесі аппараттық құралдармен жұмыс істеу және деректерді беру үшін қолданылатын технологиялар мен хаттамалардың кең тізімін қолдай алады. Жабдықтар мен мамандандырылған хаттамаларды қолдау үшін (мысалы, Modbus) OPC технологиясы қолданылады.
RedPine жүйесі нақты уақыт режимінде деректермен жұмыс істейді, соның есебінен ақпаратты ұсыну және өңдеу 0.1 мс дейінгі жиілікте жүзеге асырылады.
RedPine мүмкіндік береді:
инженерлік жүйелерді тиімді және ыңғайлы пайдалану.
апаттық жағдайларды ескерту.
олар туындаған жағдайда жедел әрекет ету.
салдарын азайту.
себептері мен салдарын анықтау.
олардың болашақта пайда болуына жол бермеу.
RedPine ескереді:
инженерлік желілердің сапасы мен сенімділікті.
энергия ресурстарын тұтыну және шығындарды.
инженерлік жабдықтарды пайдалану.
BMS жүйесі (Building Management System)- Жүйенің миы тиісті бағдарламалық жасақтама кешені бар орталық компьютер. Орталық компьютер жергілікті контроллерлерді бір желіге біріктіреді. Соңғысы, өз кезегінде, барлық сенсорлар үшін қабылдағыш және инженерлік жабдықтар үшін басқару элементі ретінде қызмет етеді. Сенсордан белгілі бір сигнал алған кезде контроллер жағдайға байланысты талап етілетін команданы атқарушы құрылғыға жібереді немесе сигналды диспетчерге, орталық компьютерге жібереді. Контроллерлердің көмегімен ғимараттың барлық инженерлік жүйелері автоматты түрде басқарылады.
BMS жүйесінің артықшылықтары күнделікті процестердің көпшілігін автоматтандыруға мүмкіндік береді, яғни:
сенімділік, адам факторының төмендеуіне байланысты күтпеген бұзылу
қаупі айтарлықтай төмендейді.
тиімділік, BMS инженерлік жүйелердің жұмысын оңтайландырады, бұл
шығуда максималды тиімділік береді.
энергиямен қамтамасыз ету, жылыту мен ауаны сумен және газбен
қамтамасыз ету жүйелерінің жұмысын үнемдеу, оңтайландыру пайдаланылатын ресурстарды едәуір үнемдеуге мүмкіндік береді.
жайлылық, BMS тек ғимарат иелеріне ғана емес (басқару тұрғысынан),
сонымен қатар соңғы пайдаланушыларға (пайдалану тұрғысынан) ыңғайлылықты қамтамасыз етеді. Зияткерлік ғимараттардың функционалы "ескі әдіспен" жабдықталған ғимараттарға қарағанда әлдеқайда бай - жеделділік - BMS-ке интеграцияланған автоматты қауіпсіздік жүйелері кез келген төтенше жағдайға жедел ден қоюға мүмкіндік береді.
NetPing жүйесі. Қолданудың негізгі саласы-үйдегі және кеңседегі құрылғыларды қашықтан басқару және бақылау. NetPing құрылғысы арқылы шешілетін міндеттер:
Қуатты қашықтан басқару
Түтін, судың ағуы, газдың ағуы, вандалға қарсы жүйелер, бейне бақылау
камераларын басқару арқылы қауіпсіздікті басқару және төтенше жағдайларды бақылау
Микроклиматты температура, ылғалдылық датчиктерімен басқару және
инфрақызыл порт арқылы кондиционерді басқару.
RS-232 порты бойынша АТС басқару
Жағдайға байланысты параметрлерді қашықтан өзгерту
SMS, электрондық пошта арқылы ақаулар немесе басқа да маңызды
оқиғалар туралы хабарлама жіберу
HTTP немесе SNMP арқылы нақты уақыттағы жүйеге кіру
Кесте бойынша жарықтандыруды және басқа да тұрмыстық техниканы
басқару
NetPing құрылғылары бір құрылғыға 16 сенсорды қосуға мүмкіндік береді. Кірістірілген Web-сервердің арқасында бақылау және басқару браузер арқылы жүзеге асырылады.
Crestron жүйесі-орталықтандырылған басқару жүйесі. Ол негізінен орталық басқару контроллерлерінің кең спектрін және көптеген атқарушы-командалық блоктарды қолдану негізінде құрылады. Crestron басқару контроллері көптеген кіріктірілген мүмкіндіктерге, жоғары өнімділікке және жеткілікті икемділікке ие.
Crestron басқару жүйелерінің ерекше қасиеттері:
- тіршілікті қамтамасыз етудің барлық бытыраңқы жүйелерін бірыңғай кешенге жинау мүмкіндігі;
- бірыңғай орталықтан біріктірілген басқару;
- өте құрметті дизайн және дисплейлердің функционалдығы;
- түрлі-түсті, қабырға, сенсорлық панельдер интерфейсінің ыңғайлылығы;
-танымалдылығы мен беделі.
Crestron басқару жүйесінің негізгі мақсаты, ортаны автоматтандыру. Бұл жабдық аудио - бейне жүйелерін, жарықтандыруды, перделерді, перделерді, микроклиматты, қауіпсіздік жүйелерін біріктірілген басқару үшін қолданылады [3, 4].
Crestron басқару жүйелерінің артықшылықтарының бірі - пайдаланушы интерфейстерінің кең спектрі: сенсорлық панельдер, сенсорлық радио панельдер, пернетақтаны басқару панельдері, радио және IR қашықтан басқару құралдары.
Қарастырылған жүйелерді талдайық.
Негізгі мақсат - шығындарды азайту және функционалдылықты арттыру, оған келесідей қол жеткізіледі:
шығындарды анықтау және қызметті талдау;
инженерлік желілерді құру шарттарын зерттеу;
таңдалған әдісті ескере отырып модельдеу;
экономикалық тиімділікті анықтау.
Негізгі ерекшеліктері:
Бақылау және мониторингтеу жүйелерін қарапайым жеке тұлғалардан бастап, ірі бизнес жобаларға дейін әртүрлі деңгейдегі тұтынушыларға қызмет көрсету үшін пайдалануға болады. Мұндай жүйелерді қолдану үшін тіркелген және мобильді желілер түрінде негізгі инфрақұрылым құрылды. Мұның бәрі платформалармен, сенсорлармен, барлығына қол жетімді қосымшалармен қамтамасыз етіледі.
Негізгі артықшылықтары:
деректерді қашықтықтан нақты уақыт режимінде бақылау;
объектілерді үнемі бақылау;
өлшеу жүйесінің сенсорларының оператор қолмен басқаруына тәуелсіз қол жетімді орналасуы;
деректерді жинау, ақпаратты алдын-ала талдау және оны Интернет арқылы кез келген жерге жіберу;
көрсетілген диапазоннан тыс орын ауыстыру туралы адамдарға автоматты түрде хабарлау;
ақшаны үнемдеу, өйткені автоматты бақылаулар адамның қатысуынан бас тартуға мүмкіндік береді;
оператордың қателіктерін жою, өйткені автоматты бақылаулар сенімдірек.
Мұндай технологияларды пайдалану,пайдаланушының өмірін барынша жеңілдетеді және ұйымдастырады және функционалдылық деңгейін арттырады.
Ұсынылған жүйелер келесідей құрылған және де инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйелерін салыстыру 1.1-кестеде көрсетілген. Жүйенің жұмыс істеуінің негізінде нақты уақыт режимінде инженерлік желілердің, жабдықтардың және олардың технологиялық параметрлерінің жай-күйін мониторингтеу жатыр. Көрсеткіштердің мәніне байланысты жүйе инженерлік желілер мен жабдықтардың параметрлерін жедел басқаруды орындайды, олардың оңтайлы алгоритм бойынша жұмыс істеуі қамтамасыз етіледі. Қажет болған жағдайда инженерлік желілердің атқарушы механизмдерін қолмен басқаруға болады.
Кесте 1.1. Инженерлік желілерді бақылау және мониторингтеу жүйелерін салыстыру
Жүйенің атауы
NetPing
CentraLine
RedPine
Creston
BMS
Оңай орнату
+
-
+
-
+
Жүйенің ашықтығы
-
+
+
+
-
Мобильді қосымша
+
-
-
+
-
WEB-интерфейс
+
+
+
-
+
Қандай да бір құрылғыны әзірлеуді бастамас бұрын, нарықты ұсына алатын аппараттық құралдармен танысу қажет. Бұл әр түрлі датчиктер мен модульдерге де, сенсорлардан алынған ақпаратты өңдеуге тиіс контроллерлерге де қатысты. Сондықтан дипломдық жобада, инженерлік желілерді бақылау мен мониторингтеу жүйе контроллерін әзірлеу үшін Arduino тақтасын қолдандым. Келесі 1.3 бөлімде Arduino тақтасы жайлы толық мағлұмат беретін болам.
1.3 Arduino платформасы
Arduino-бұл дайын электронды блок пен бағдарламалық жасақтамадан тұратын жиынтықтар. Мұнда электронды блок-бұл микроконтроллер орнатылған және оның жұмысына қажетті элементтердің ең аз мөлшері бар баспа схемасы (1.1-сурет). Шын мәнінде, Arduino электронды блогы қазіргі заманғы компьютердің аналық платасының аналогы болып табылады. Онда сыртқы құрылғыларды қосуға арналған қосқыштар, сондай-ақ микроконтроллерді бағдарламалау жүзеге асырылатын компьютермен байланысуға арналған қосқыш бар. Atmel қолданылатын atmega микроконтроллерлерінің ерекшеліктері арнайы бағдарламашыларды қолданбай бағдарламалау жасауға мүмкіндік береді. Жаңа электрондық құрылғыны жасау үшін сізге Arduino тақтасы, байланыс кабелі және компьютер қажет. [5]. Arduino жобасының екінші бөлігі-басқару бағдарламаларын құруға арналған бағдарламалық жасақтама. Ол қарапайым даму ортасын және микроконтроллерлер үшін CC++ тілінің нұсқасы болып табылатын бағдарламалау тілін біріктірді.
Сурет 1.1. Arduino тақтасы
Arduino жобасы Digital Communities санатында Prix Ars Electronica 2006 сыйлықтарын тапсыру кезінде құрметті атауға ие болды.
Arduino платасы Atmel AVR микроконтроллерінен (Atmega328Р және ATmega168 - жаңа нұсқаларда және АТmega8 - ескілерінде), сонымен қатар, басқа да схемалармен бағдарламалау және интеграциялау үшін байланыстыру элементтерінен тұрады. Көптеген платаларда +5В немесе +3,3В кернеудің сызықтық тұрақтандырғышы бар. Тактілеу 16 немесе 8 МГц жиілігінде кварц резонатормен (кейбір нұсқаларда керамикалық резонатормен) жүзеге асырылады. Микроконтроллерге BootLoader жүктеушісі алдын ала тігіледі, сондықтан сыртқы программатор қажет емес.
Барлық платалар концептуалды деңгейде RS-232 (дәйекті байланыс) арқылы бағдарламаланады, бірақ бұл әдісті іске асырудың нұсқадан нұсқаға айырмашылығы бар. Сонымен қатар, Serial Arduino платасы RS-232 сигнал деңгейін ТТЛ деңгейіне және керісінше түрлендіруге арналған қарапайым инверторлы схеманы қамтиды. Ағымдағы таратылатын платалар, мысалы, Diecimila, USB-to-Serial FTDI FT232R конвертер микросхемасының арқасында USB арқылы бағдарламаланады. Arduino Uno платформасының нұсқасында Конвертер ретінде SMD корпусында Atmega8 микроконтроллері қолданылады. Бұл шешім конвертерді программалауға мүмкіндік береді, сол үшін платформа барлық қажет қосымша басқару сигналдарымен әзірлеушінің қалауы бойынша тінтуір, джойстик немесе басқа құрылғы ретінде дереу анықталады. Arduino Mini немесе бейресми Boarduino сияқты кейбір нұсқаларда бағдарламалау үшін бөлек USB-to-Serial платасын немесе кабельді қосу қажет.
Arduino платалары сыртқы тізбектердегі микроконтроллердің IO шығысының көпшілігін пайдалануға мүмкіндік береді. Мысалы, Diecimila платасында 14 сандық кірісшығыс қол жетімді, олардың 6-ы ЕИМ сигналды, және 6 аналогтық кірісті бере алады. Бұл сигналдар платада байланыс алаңдары немесе істікті жалғағыштар арқылы қол жетімді. Сондай-ақ, сыртқы кеңейту платаларының "ағыл. shields" (сөзбе-сөз: "қалқандар") деп аталатын бірнеше түрі қол жетімді, олар Arduino платасына істікшелі жалғағыштар арқылы қосылады.
Arduino тақтасының негізгі нұсқалары келесі модельдермен ұсынылған:
- serial Arduino, дәйекті байланыс арқылы (DB-9 ұясы) бағдарламаланады, ATmega8 қолданылады.
- аrduino Extreme, бағдарламалау үшін USB интерфейсі бар, ATmega8 қолданылады.
- arduino Mini, Arduino шағын нұсқасы, ATmega328 беттік монтажды пайдаланады. USB-UART конвертері жоқ.
- arduino Nano 3.0, одан да шағын, USB қуат көзі және ATmega328 беттік монтажы бар.
- LilyРad Arduino, ATmega168 (ATmega328 жаңа нұсқаларында) беттік монтаждау үшін қолданылады, минималистік дизайн.
- аrduino NG, бағдарламалау үшін USB интерфейсі бар, ATmega8 қолданылады.
- аrduino NG plus, бағдарламалау үшін USB интерфейсі бар, ATmega168 қолданылады.
- arduino BT, бағдарламалау үшін Bluetooth интерфейсі бар, ATmega168 қолданылады (ATmega328 жаңа нұсқаларында).
- arduino Diecimila, DIP28 корпуста USB интерфейсін және Atmega168 пайдаланады.
- arduino Duemilanove ("2009"), ATmega168 (ATmega328 жаңа нұсқаларында) негізінде, USB немесе сыртқы көзден қуат алуды автоматты түрде таңдайды.
- arduino Mega ("2009"), ATmega1280 негізінде.
- аrduino Mega2560 R3 ("2011"), ATmega2560 негізінде. ATmega16U2 базасында USB-UART конвертері қолданылады.
- arduino Uno R3 (2011), ATmega328 негізінде. ATmega16U2 базасында USB-UART конвертері қолданылады.
Arduino тақтасын кеңейту мүмкіндіктері:
Arduino платформасының негізгі артықшылықтарының бірі-танымал. Танымал платформа контроллердің базалық функционалдығын кеңейтетін түрлі платалардың арнайы нұсқаларын шығаратын электрондық құрылғыларды өндірушілер белсенді қолдайды. Кеңею платалары (басқа атауы: arduino shield, шилд) деп аталатын мұндай шилд тақташалар әртүрлі міндеттерді орындау үшін қызмет етеді және жоба жасау барысында жоба инженерінің өмірін айтарлықтай жеңілдетуі мүмкін. [8].
Ардуино кеңейту тақтасы - белгілі бір функцияларды орындауға арналған және стандартты ажыратқыштардың көмегімен негізгі контроллерге қосылатын аяқталған құрылғы. Кеңею тақтасында барлық қажетті электрондық компоненттер орнатылған, ал микроконтроллермен және негізгі платаның басқа да элементтерімен өзара іс-қимыл ардуино стандартты пиндары арқылы жүзеге асырылады. Көбінесе шилд қоректенуі де arduino-ның негізгі тақтасынан беріледі, бірақ көптеген жағдайларда басқа көздерден қоректену мүмкіндігі бар.
Әдетте, бұл кеңейту тақтасы ардуино жиынтығында жүреді, сондықтан да жоба жасаушы азаматтарда жиі кездеседі. Шилд өте қарапайым - оның негізгі міндеті Arduino тақтасына қосылудың ыңғайлы нұсқаларын ұсыну. Бұл аналогтық және сандық пиндердің әрқайсысына тақтаға шығарылған қосымша қуат қосқыштары мен жердің есебінен жүзеге асырылады. Сондай-ақ, сыртқы қуат көзін қосу үшін де қолдануға болады. [6].
Кейбір шилдтердің мысалдарын қарастырайық:
Ethernet Shield-Интернетке қосылуды қамтамасыз етеді (1.2-сурет);
Сурет 1.2. Ethernet Shield
Хвес Shield-MaxsEream XBee Zigbee модулінің көмегімен бірнеше Arduino құрылғыларына сымсыз қосылуды қамтамасыз етеді (1.3-сурет);
Сурет 1.3. Хвес Shield
GSM GPRS Shield-SMS-хабарламалар жіберуге, қоңыраулар шалуға, GPRS бойынша деректермен алмасуға мүмкіндік береді (1.4-сурет);
Сурет 1.4. GSM GPRS Shield
Arduino өңдеу ортасы және программалау негіздері:
Arduino IDE (ағылш. Integrated Development Environment - интеграцияланған әзірлеу ортасы) - бағдарламалық жасақтаманы жасауға, баптауға, тестілеуге және қызмет көрсетуге арналған бағдарлама немесе бағдарламалар ортасы (1.5-сурет). [11].
Интеграцияланған әзірлеу ортасы бастапқы кодты өзгерту және компиляцияға жіберу, бағдарламалық ресурстарды құру, деректер базасын және т. б. құруды қоса алғанда, күрделі функционалдылықтың болуымен сипатталады.
Arduino жобасы аясында ide типтік ортасының негізгі талаптарына жауап беретін бағдарламалық жасақтама жасалды. Бұл Eclipse немесе NetBeans сияқты қуатты бағдарламалық қамтамасыз ету емес, қарапайым, функционалдық бағдарлама, ол бізге бағдарламаны жазуға, компиляциялауға және микроконтроллерге жүктеуге мүмкіндік береді.
Arduino IDE қарапайым құрылымы артықшылық болып табылады, өйткені бағдарламаны жылдам игеруді және Arduino үшін қосымшаларды әзірлеуге көшуді қамтамасыз етеді.
Сурет 1.5. Arduino IDE бағдарламалау ортасы
Бұл дипломдық жобада орталық микроконтроллер ретінде Arduino Uno R3 тақтасын пайдаланамыз, неліктен Arduino Uno cебебі:
Шағын өлшемді тақта;
Бағдарламалау икемділігі;
Сауалнама жылдамдығы;
Әр түрлі сенсорлар мен кеңейту модульдерінің үлкен саны;
Тақтаның арзандығы болады.
Бұл ең көп таралған тақта болғандықтан және ол көбінесе бағдарламалау принциптерін үйрену үшін қолданылады.Өйткені ол өзінің аналогтық контактілеріндегі кернеу түрінде кіріс деректерін оқи алатын ашық архитектурасы бар микропроцессор, ол 1.6-суретте көрсетілген.
Сурет 1.6. Arduino Uno R3 тақтасы
Arduino Uno тақтасында 14 сандық кірісшығыс бар (оның 6 ЕИМ шығу ретінде пайдаланылуы мүмкін), 6 аналогтық кіріс, 16 МГц кварц генераторы, USB қосқышы, күш қосқышы, ICSP қосқышы және қайта жүктеу түймесі бар. Жұмыс істеу үшін тақтасын компьютерге USB кабелі арқылы қосу немесе ACDC адаптерінің немесе батареяның көмегімен қорек беру қажет.
FTDI USB микроконтроллерді USB арқылы байланыс үшін пайдаланған, барлық алдыңғы платаларға қарағанда, жаңа Ардуино Uno ATmega8U2 микроконтроллерін пайдаланады.
"Uno" итальянша бір деп аударылады, және әзірлеушілер осылайша Arduino 1.0 алдағы уақытта шығуын меңзеп отыр. Жаңа плата Ардуино платаларының флагманы болды.
Arduino Uno USB байланысы немесе сыртқы қуат көзі арқылы қуат ала алады. Қуат көзі автоматты түрде таңдалады.
Сыртқы қуат (USB емес) ACDC кернеу түрлендіргіші (қуат блогы) немесе аккумуляторлық батарея арқылы берілуі мүмкін. Кернеу түрлендіргіш орталық оң полюсті 2.1 мм коннекторы арқылы қосылады. Батареядан сымдар Gnd және Vin қуат қосқышы шығыстарына қосылады.
Тақта сыртқы қорек 6 В-дан 20 В-ға дейін кезде жұмыс істей алады. Қорек кернеуі 7 В-тан төмен болғанда, 5V шығару 5 В-тан кем бере алады, бұл ретте платформа тұрақсыз жұмыс істейді. 12 В жоғары кернеуді пайдалану кезінде кернеу реттегіші қызып, платаға зақым келтіруі мүмкін. Ұсынылған диапазон 7 В бастап 12 В дейін.
Тамақтану қорытындылары:
vin.Кіріс сыртқы көзден қуат беру үшін пайдаланылады (USB коннекторы-
нан 5 В болмаса немесе басқа реттелетін қорек көзінен). Қорек кернеуі осы шығу арқылы жүзеге асырылады.
5v.Микроконтроллерді және платадағы компоненттерді қоректендіру үшін
қолданылатын реттелетін кернеу көзі. Қуат VIN шығысынан кернеу реттегіші арқылы, немесе USB қосқышынан, немесе басқа реттелетін 5 В кернеу көзінен берілуі мүмкін.
3v3. 3,3 В шығысындағы кернеу тақтадағы орнатылған реттегіш арқылы
жасалады. Максималды ток тұтыну 50 мА.
gnd. Жерге тұйықтау шығыстары
Жады:
ATmega328 микроконтроллерінде 32 кБ флэш жады бар, оның ішінде 0.5кБ
жүктеушіні сақтау үшін , сондай-ақ 2 кБ ОЕҚ (SRAM) және 1 Кб EEPROM (EEPROM кітапханасының көмегімен оқылатын және жазылған) қолданылады.
Кірістер мен Шығыстар:
Uno 14 сандық шығыстың әрқайсысын pinMode (), digitalWrite (), және digitalRead () мүмкіндіктерін пайдалана отырып, кіріс немесе шығыс ретінде баптауға болады . Әрбір шығыстың 20-50 кОм жүктеме резисторы бар (үнсіз келісім бойынша ажыратылған) және 40 мА дейін өткізе алады. Кейбір шығыстар ерекше функцияларға ие:
тізбекті шина: 0 (RX) және 1 (TX). Шығыстар TTL деректерін алу (RX)
және беру (TX) үшін қолданылады. Бұл шығыстар ATmega8U2 USB-to-TTL тізбекті шинасының микросхемасына сәйкес қосылған.
сыртқы үзіліс: 2 және 3. Бұл шығыстарды үзу шақыруына немесе кіші мән-
де, не алдыңғы немесе артқы фронтта немесе мән өзгергенде баптауға болады. Толық ақпарат attachInterrupt () функциясының сипаттамасында.
шим: 3, 5, 6, 9, 10, және 11. Кез келген шығысты 8 бит рұқсаты бар шим
analogWrite () функциясының көмегімен қамтамасыз етеді.
spi: 10( SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Бұл шығыстар арқылы SPI
байланысы жүзеге асырылады, ол үшін SPI кітапханасы қолданылады.
led: 13. 13 сандық шығаруға қосылған кіріктірілген жарық диоды. Егер
шығыстағы мән жоғары потенциалға ие болса, онда жарық диоды жанып тұрады.
Uno платформасында 6 аналогтық кіріс орнатылған (A0...A5 ретінде белгіленген), әрқайсысының ажыратымдылығы 10 бит (яғни, 1024 түрлі мәндерді қабылдай алады). Стандартты шығыстар жерге қатысты өлшеу диапазоны 5 В дейін болады, дегенмен AREF шығару және analogReference () функциясы арқылы жоғарғы шегін өзгерту мүмкіндігі бар. Кейбір шығыстардың қосымша функциялары бар:
I2C: 4 (SDA) және 5 (SCL). Шығыс арқылы I2C (TWI) байланысы жүзеге асырылады, оны жасау үшін Wire кітапханасы қолданылады.
Платформа шығыстарының қосымша жұбы:
AREF, аналогтық кіріс үшін тірек кернеуі. AnalogReference () функциясымен қолданылады.
Reset, шығыс сигналының төмен деңгейі микроконтроллерді қайта жүктейді. Әдетте, Arduino платасындағы батырмаға кіруді жабатын кеңейту платасындағы қайта жүктеу түймесін қосу үшін қолданылады.
USB қосқышын ток қорғанысы:
Arduino Uno-да компьютердің USB портын қысқа тұйықталу токтарынан және аса токтардан қорғайтын өздігінен тоқтайтын сақтандырғыш (автомат) орнатылған. Барлық компьютерлердің осындай қорғауы болса да, бұл сақтандырғыш қосымша кедергіні қамтамасыз етеді. Сақтандырғыш 500 мА астам ток USB порты арқылы өткен кезде іске қосылады және тізбекті токтың қалыпты мәндері қалпына келтірілгенге дейін ажыратады.
Физикалық сипаттамалары:
Uno баспа платасының ұзындығы мен ені тиісінше 6.9 және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz