Разработка системы автоматизации жилых помещений

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 59 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

На тему: «Разработка системы автоматизации жилых помещений» Специальность «5B071600 - Приборостроение»

Выполнил: Жунусбеков А. К

Руководитель ОП

«___» 20__г.

(подпись)

Консультанты: по экономической части:

«___» 20__г.

(подпись)

по безопасности жизнедеятельности:

«___» 20_ _{_г.}

(подпись)

Нормоконтролер:

«___» 20__г.

(подпись)

Рецензент:

«___» 20__г.

(подпись)

Усть-Каменогорск 2021

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Восточно Казахстанский Государственный Унвиерситет им. Д. Серикбаева

Специальность «5В071600 -Приборостроение»

ЗАДАНИЕ

на выполнение дипломного проекта

Жунусбеков А К

Тема работы «Разработка системы автоматизации жилых помещений» утверждена приказом ректора № ___ от ___ сентября 2021 г.

Срок сдачи законченной работы «__»июнь 2021г.

Исходные данные к проекту (требуемые параметры результатов проектирования) и исходные данные:

Плата Arduino Nano, bluetuoth модуль и датчик температуры влажности, устройство геркон, три диода для симуляции лампочек. С помощью Arduino Nano, получать данные температуры и влажности, отслеживать открытие и закрытие входов и записывать данные полученные на мобильное устройство с помощью bluetuoth модуля.

Перечень подлежащих разработке в дипломном проекте вопросов или краткое содержание дипломного проекта:

инженерный анализ (общие сведения об имеющихся системах сбора данных и контроля безопасности, обоснование сферы- применения разрабатываемой системы) ;
обзор ССД и систем контроля безопасности;
конструирование прибора;
программное обеспечение;

бизнес-план;
общие вопросы безопасности и жизнедеятельности (расчет освещения помещения и воздухообмена) .

Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) : в данной работе содержится 30 рисунков и 7 таблиц. Рекомендуемая основная литература:

Сайт: https://www. arduino. cc/ «Официальный сайт Arduino»
Сайт: https:// s4a. cat/ / «Scratch модификатор »
Г. Ш. Боканова. Методические указания к выполнению экономической части дипломных работ для студентов специальности 5В071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникаций. - Алматы:

АУЭС, 2020 - 26 с.

М. К. Дюсебаев, Ж. С. Абдимуратов. Безопасность жизнедеятельности.
Консультанты по проекту с указанием относящихся к ним разделов работы

Раздел

Консультант

Сроки

Подпись

Раздел: Инженерный анализ

Консультант: Чигамбаев Т. О.

Сроки: 27. 03. 21

Подпись:

Раздел: Обзор ССД и систем контроля безопасности

Консультант: Чигамбаев Т. О.

Сроки: 01. 04. 21

Подпись:

Раздел: Конструирование Прибора

Консультант: Чигамбаев Т. О.

Сроки: 15. 04. 21

Подпись:

Раздел: Описание опытного образца

Консультант: Чигамбаев Т. О.

Сроки: 02. 05. 21

Подпись:

Раздел: Экономическая часть

Консультант: Боканова Г. Ш.

Сроки: 05. 04. 21

Подпись:

Раздел: Безопасность жизнедеятельности

Консультант: Приходько Н. Г.

Сроки: 03. 04. 21

Подпись:

ГРАФИК

подготовки дипломного проекта

№

п/п

Наименование разделов, перечень разрабатываемых вопросов

Сроки представления руководителю

Примечание

№п/п: 1

Наименование разделов, перечень разрабатываемых вопросов: 2

Сроки представления руководителю: 3

Примечание: 4

№п/п:

Наименование разделов, перечень разрабатываемых вопросов:

Инженерный анализ

Обзор ССД и систем контроля

безопасности

Конструирование прибора

Программное обеспечение

Описание опытного образца

Экономическая часть

Безопасность жизнедеятельности

Сроки представления руководителю:

27. 03. 21

01. 04. 21

07. 05. 21

10. 05. 21

23. 04. 21

24. 04. 21

Примечание:

Дата выдачи задания «___» 2021 г.

Заведующий кафедрой

Руководитель

Задание принял к исполнению студент Жунусбеков А. К

(подпись)

Аңдатпа

Бұл дипломдық жоба тұрғын үйді автоматтандыру жүйесін дамытуға арналған. Оның негізі Arduino Nano микроконтроллерін құрастыру және бағдарламау үшін схемалық түрде алынды. Осы дипломдық жобының жұмысы туралы мәселе қарастырылады.

Сондай-ақ, ауа баптауы есептеліп, «Тіршілік қауіпсіздігі» бөлімінде жасанды жарықтандыруды есептеу жүргізілді.

«Экономика» бөлімінде автоматтандырылған тұрғын үй жүйелерінің бихнес-жоспары есептелген.

Анотация

Данный дипломный проект посвящен рассмотрению разработке системы автоматизации жилых помещений. За основу которого было взято схематично собрать и запрограммировать микроконтроллер Arduino Nano. Рассмотрен вопрос по эксплуатации данного дипломного проекта.

Также были рассчитаны кондиционирование и был выполнен расчет искусственного освещения в разделе «Безопасность жизнедеятельности».

В разделе «Экономика» был рассчитан бизнес-план системы автоматизированных жилых помещений.

Annotation

This graduation project is devoted to the consideration of the development of a residential automation system. The basis of which was taken schematically to assemble and program the Arduino Nano microcontroller. The issue of the operation of this graduation project is considered.

Air conditioning was also calculated and the calculation of artificial lighting was performed in the section "Life Safety".

In the "Economics" section, a business plan of a system of automated residential premises was calculated.

Содержание

Введение 8

Технологическая часть 9«Умный дом»- как основа дипломного проекта 9История появления «Умный дом» 10Особенности технологий и преимущества устройства 10Безопасность жилища 11 1. 3. 2 Обеспечение климат контроля 12Беспрерывная связь с жилищем 12Система вентиляции 12Классификация системы 12Проводные системы автоматизации 13Беспроводные системы автоматизации 13Централизованные системы автоматизации 14Децентрализованные системы автоматизации 15 1. 4. 5 Системы автоматизации с открытым протоколом 15 1. 4. 6 Системы автоматизации с закрытым протоколом 15 1. 5 Компоненты системы «Умный дом» 15

1. 6Управляющее устройство в концепции «Умный дом» 17

Платформы системы связи 19
Выбор контроллера и пульта дистанционного управления 20
Модули расширения 23
Измерители в цепи умный дом 25
Исполнительные приборы 28
Методы руководства концепцией «Разработка автоматизированных жилых помещений» 29 2 Конструкторская часть 34 2. 1 Выбор микроконтроллера 34

Коммутационное устройство Геркон 38
Датчик температуры влажности 41
Bluetooth модуль 44

Программная часть 47

3. 1Среда программирования Arduino ADE 47

Безопасность жизнедеятельности 47Обеспечение пожарной безопасности 49Анализ вредных и опасных факторов, воздействующих на человека во время работы в офисе и влияние компьютера на организм человека 49Расчет естественного освещения помещения 52Кондиционирование 54 4. 5 Вывод по безопасности жизнедеятельности 56 5 Расчётно-экономическое обоснование проекта 57Расчёт капитальных вложений на реализацию проекта 57Расчёт капиталовложений на закупку оборудования 57Расчёт капиталовложений на разработку ПО 58Расчёт рыночной цены 64Оценка экономической эффективности 64

Заключение 65 Список литературы 66 Введение

Целью проекта «Разработка системы автоматизации жилых помещений» является выполнение процессов, которые способствуют улучшению жизни домовладельцев. Одним из главных преимуществ данного дипломного проекта является то, что данная разработка контролиролирует и экономит большое количество электричества и экономит много времени и сил. Одной из главной целью данной разработки было спроектировать и исследовать микроконтроллерное управление датчиком температурывлажности с помощью Bluetooth модуля на основе микроконтроллера Arduino Nano.

Практическая ценность дипломной работы тесно связана с обеспечением сохранности имущества так, как даже в наше время данная проблема остается актуальной. В данном проекте было использовано устройство геркон, которое бы смогло в некоторой степени обезопасить сохранность имущество жилого помещения от злоумышленников.

1 Технологическая часть

1. 1«Умный дом» - как основа дипломного проекта

За основу дипломного проекта на тему «Разработка автоматизированных жилых помещений» было взято понятие - «Умный дом». «Умный дом» - именно данное понятие было положено за основу при выборе темы разработки. Умный дом - это улучшенный современный дом, оснащенный усовершенствованным механизмом и автоматизированным, оборудованием, которое может принести людям удобство и безопасную жизнь.

1. 2 История появления «Умный дом» Во второй половине 20 века, в 1961 году появилась одна из первых систем «Умный дом». В 1961 году было изобретено специальное устройство для плавной регулировки света- диммер, которое изобрели Джоэль и Рут Спир. Данное устройство послужило поводом создания всемирно известной на сегодняшний день компании Lutorn Electronics Company. После основания компания начала заниматься изобретением и внедрением «умными» изобретениями.

Крупным событием в дальнейшем послужило изобретение, созданное Шведской компанией Pico Electronics бытовой автоматики в 1975 году, которую впервые начали использовать для управления музыкальными проигрывателями. Усовершенствовали домашнюю автоматику американцы Скотт и Росслин Миллер.

Первым полноценным проектом «умного дома» стал небольшой жилой дом на южном берегу Англии. В основу его автоматики легло использование широкополосной KNX-системы, отвечающей за управление освещением, сигнализацией, жалюзи, отоплением и дверями гаража. Также в данном доме был создан бассейн, который впоследствии дополнили LED-системой с оригинальными цветовыми эффектами.

В 1987 году ASHRAE заключила новое соглашение о домашней автоматизации, которое было разработано группой компаний Berker, Merten, Insta, Gira, Jung и Siemens и преобразовано в совершенно новую европейскую модель автоматизации монтажных шин. В 1999 году было разработано новое поколение полевой шины KNX, которая до сих пор считается лучшим стандартом в европейских системах домашней автоматизации.

Современные системы зашли слишком далеко, значительно расширив их технические возможности. Сегодня они используют встроенные системы домашнего кинотеатра, интегрируют все инженерные системы и используют интеллектуальные программные средства управления. Благодаря модульности системы, пользователи теперь имеют возможность самостоятельно выбирать функциональность «умного дома».

1. 3 Особенности технологий и преимущества устройства.

Использование новейшего оборудования может полностью улучшить привлекательность и комфорт современного дома и достичь уровня безопасности, который делает дом настоящей крепостью. Жители могут чувствовать себя абсолютно комфортно на стенах своей родной страны. В отсутствие жильцов (даже в течение длительного времени) оборудование в автономном режиме будет отвечать за поддержание надлежащего микроклимата в помещениях, надежную работу всех систем и даже предотвращение несанкционированного проникновения. Благодаря новейшим разработкам, бытовая техника и коммунальные услуги подвергаются надежному интеллектуальному управлению профессиональными системами умной домашней автоматизации.

На практике не все так красиво и волшебно, как роботы в научнофантастических фильмах, где роботы могут готовить завтрак, стирать одежду и убирать дома. Реальные компьютеры все еще далеки от аналогичных уровней развития.

Датчики умного дома на плате Arduino могут выполнять следующие функции:

а) Автоматически управлять бытовой техникой. Сама система может подключать и отключать чайники, телевизоры, микроволновые печи и другие устройства.

б) Обеспечить пожарную безопасность. Система скажет вам, где зажечь. Противопожарная защита и другие необходимые услуги.

в) Управление погодой. Система отслеживает и выдает сигналы об изменениях уличных погодных условий. Это поможет вам спланировать свой день.

г) Контролировать климатические условия помещения. Устройство может использоваться совместно с отопительным, вентиляционным и другим климатическим оборудованием. Его принцип работы - автоматически увеличивать или уменьшать температуру и влажность в соответствии с настройками программы.

е) Контролировать входы(выходы) в жилое помещение. Система взаимосвязана с датчиками движения и может автоматически блокировать дверной замок, чтобы определить точное количество людей в комнате.

ж) Контролировать энергопотребление путем автоматического подключения и отключения осветительного оборудования. В более сложной версии системы без домовладельца освещение на панели управления отключается, а освещение отключается полностью автоматически.

Умный дом обладает следующими особенностями: а) безопасность жилища

б) обеспечение климат контроля

в) беспрерывная связь с жилищем

г) система вентиляции 1. 3. 1 Безопасность жилища.

Датчики, которые реагируют на различные события (особенно влажность, движение, температура, концентрация газа, дым), могут не только обеспечить лучший микроклимат. В случае пожара оборудование немедленно отключит систему вентиляции, отключив подачу природного газа и электричества. Своевременная реакция системы «умный дом» позволяет минимизировать риск последствий.

При попытке несанкционированного проникновения входная дверь будет заблокирована, сирена откроется, и устройство может даже сфотографировать злоумышленников, которые намерены ограбить дом. В чрезвычайной ситуации владелец дома получит соответствующие предупреждения. Если семья пользуется этой услугой, система может отправить аналогичный сигнал охранной компании. Диспетчеры, которые получают информацию из умного дома, могут ответить правильно.

1. 3. 2 Обеспечение климат контроля.

Эта схема программирования позволяет устанавливать индивидуальные настройки для поддержания оптимального микроклимата в каждой комнате. Это решение является разумным, поскольку требуемые уровни температуры и свежести воздуха (например, в гаражах и спальнях) сильно различаются.

Рисунок 1 - Управление климатом в системе «Умный дом»

Более того, нет необходимости проветривать нежилые помещения так часто, как комнаты, где часто живут семьи. Сенсорная панель управления получает сигналы от внутренних и наружных датчиков. Они сигнализируют о текущей влажности и температуре воздуха.

Система умного дома может контролировать работу всего имеющегося климатического оборудования в здании. При необходимости системы отопления и подогрева пола, а также термостаты и радиаторы могут быть включены (выключены) . Устройство контролирует работу увлажнителей, воздушных фильтров, кондиционеров и вентиляторов. Управление может быть настроено любым способом, поэтому в некоторых случаях система будет автономно принимать решение о конкретных операциях. В этом случае вмешательство человека не требуется, вместо этого его роль ограничена созданием сценариев поведения устройства.

1. 3. 3 Беспрерывная связь с жилищем.

Этот вариант очень удобен и полезен во многих непредвиденных обстоятельствах. Например, семья решает продолжить отпуск или арендодатель откладывает поездку, резко меняются погодные условия (отопление, охлаждение), известное временное отключение электричества, запрограммируйте стиральную машину и дождитесь запуска указанного времени или отложите запись футбольного матча, а затем.

Кроме того, система умного дома может эффективно имитировать жизнь жителей. В какой-то момент загорятся огни, откроются окна и зазвучит музыка и лай. Эта функция отпугнет злоумышленников, которые собираются войти в здание без хозяина.

1. 3. 4 Система вентиляции

Важно, чтобы в комнате было достаточно свежего воздуха. Однако необходимо учитывать значительное энергопотребление и износ оборудования. Активная функция центральной системы вентиляции не всегда требуется (не во всех помещениях) . Если вся семья собирается ночью в одной комнате, нет необходимости активно проветривать весь особняк.

«Умный дом» поможет вам решить проблему простой, надежной и безопасной эксплуатации организационного оборудования и инженерных систем. Вы можете легко контролировать работу различных элементов в умном доме и использовать пульт дистанционного управления для включения кондиционера, домашнего кинотеатра, сигнализации, отопительного оборудования и т. д. Установите автоматическую систему управления дома, чтобы обеспечить максимальный комфорт и безопасность жизни.

1. 4 Классификация системы

Конечно, неправильно называть систему домашней автоматизации «умным домом». В большинстве случаев это система домашней автоматизации - эта система помогает сэкономить время на управлении всеми другими инженерными и развлекательными системами. Чем больше систем, тем выше необходимость использования автоматизированной системы в вашей квартире или загородном доме. Однако, есть некоторые события, которые могут сделать умные дома действительно умными. Список систем управления по главным характеристикам: а) проводные;

б) беспроводные;

в) централизованные;

г) децентрализованные;

д) с раскрытым протоколом;

е) с зашифрованным протоколом.

1. 4. 1 Суть проводной системы «умный дом» заключается в том, что все управляющие устройства-датчики, переключатели, климатическое оборудование и различные панели управления соединены между собой через проводную информационную шину, по которой телеграфный сигнал передается на привод (главным образом) . Выделенный кабель используется в качестве проводной информационной шины, а в некоторых случаях используется обычный кабель для витой пары. Кабельная система имеет свои преимущества и функции, и мы их рассмотрим. Оссобенности:

а) Положение переключателя (панель управления должна быть выбрана

заранее), где выходной кабель

б) Качественная установка. Обычно, услуги квалифицированных электриков и строителей должны быть использованы. Если кабель для передачи данных прерван, система не будет работать, и вам придется искать и восстанавливать соединение.

в) В большинстве случаев необходим проект - время и ресурсы должны

быть выделены

г) Для деревянного дома необходимо заранее разработать и согласовать

проект, чтобы заранее отрезать электропроводку и панель управления.

д) Специальная топология управления кабелями. Для реализации проекта необходимо проложить кабели от всего контролируемого оборудования до распределительного щита. В результате в области экранирования образуется довольно внушительный жгут проводов, что может быть удивительным, но после установки экрана при определенных условиях установки провода, естественно, будут невидимы, а экран будет выглядеть аккуратно Внешность.

е) Требуется защитный чехол достаточного размера (ширина около 60 см, высота от 80 см до 150 см, в зависимости от размера объекта, который нужно автоматизировать)

1. 4. 2 беспроводные системы автоматизации

В этих системах, в отличие от проводной системы, сигнал от устройства управления к приводу проходит через радиоканал, а не через провод. Это уменьшает количество проводов и время на установку системы. Эти системы могут быть установлены на готовые средства обслуживания с помощью классической проводки. Каждый беспроводной «переключатель» также является радиопередатчиком, который связывается со всеми другими «переключателями». Это позволяет создавать различные сцены освещения (ночной режим, отключать все функции и т. д. ) И перепрограммировать функции клавиш.

Особенности:

а) Система, в которой вещательный канал работает в эфире, зависит от качества радио. Помехи от микроволновых печей, строительной техники и телефонов DECT могут отрицательно повлиять на передачу сигнала. Точно так же сила сигнала материала стены (электрическая гирлянда, проходящая вдоль стены) может иметь критическое значение аккумулятора. Если система использует заряд аккумулятора, аккумулятор должен регулярно заменяться. Если этого не сделать, то в самый критический момент некоторые места не будут работать должным образом.

б) Нужна нулевая линия. Некоторые системы используют радиопередатчики с питанием от сети переменного тока. Им нужен нейтральный провод. В классической проводке сердечник (фаза) находится рядом с выключателем и затем входит в группу источников света. Поэтому лучше всего поместить дополнительный нейтральный элемент в коробку непосредственно под выключателем.

в) Ограниченная функциональность. Очень сложно создать стабильную, полностью функциональную систему на радиоканале, которая может управлять не только светлыми и теплыми полами, но и всем.

г) Безопасность. Если в случае проводной системы мы можем отключить все внешние соединения - WiFi, Интернет, но система продолжает работать, то мы не сможем отключиться без проводной информационной шины. Теоретически это означает, что хакеры смогут сорвать комфортный отдых. Нарушение сигнала, перевод датчика в режим повышенной мощности и т. Д. Вы можете быстро отключить систему.

д) Рабочая частота системы составляет 433 МГц и 868 МГц. Такие производители, как Jung и Gira, используют 433 МГц. Беспроводные телефоны работают на той же частоте, что может помешать работе радиосистемы. Некоторые производители используют более перспективные частоты 868 МГц - Z-Wave, Vitrum, Zamel (супер бесплатно), iNels и т. д. Однако при регистрации этой частоты в России возникают трудности, препятствующие ее широкому использованию и продвижению.