Разработка интелектуальной системы управления...

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО РАЗРАБОТКЕ ЖИЛЫХ КОМПЛЕКСОВ 1.1 Понятие системы «Умный дом» и принцип ее действия

1.2 Исследование технологий системы «Умный дом»

1.3 Разработка системы «Умный дом» на базе ПК

1.4 Встроенная система «Умного дома» на базе контроллера

1.5 Анализ совмещения подходов

1.6 Сравнительный анализ

2. РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НА БАЗЕ

ПЛАТФОРМЫ ARDUINO

2.1 Реализация интерфейса микроконтроллерной системы

2.2 Изучение базы микроконтроллера

2.3 Разработка Ethernet платы расширения для микроконтроллерной

системы

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА НАПИСАНИЯ ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛНОЙ СИСТЕМЫ

3.1 Руководство по программному обеспечению для программиста

3.2 Руководство по программному обеспечению для пользователя

PAGE \* MERGEFORMAT 76

ВВЕДЕНИЕ

Любое здание - будь-то административное, производственное или жилое состоит

из некоторого набора подсистем, отвечающих за выполнение определенных

функций, которые решают различные задачи в процессе функционирования

этого здания. По мере усложнения этих подсистем и увеличения количества,

выполняемых ими функций, управление ими становилось все сложнее. Также

стремительно растут расходы на содержание обслуживающего персонала,

ремонт и обслуживание этих подсистем. Впервые эти проблемы встали при

эксплуатации больших административных и производственных комплексов.

Современное здание такого типа - это город в миниатюре. Фактически в нем

действуют все службы, являвшиеся ранее непременными атрибутами городского

хозяйства. В таких зданиях обычно существует административная служба или

администратор, которые используют и обслуживают эту систему практически

круглосуточно. Хотя есть немало средств автоматики, которые сами

справляются с возложенными на них задачами, такими, как отопление,

вентиляция, поддержание микроклимата, освещение, пожарная сигнализация,

дымоуничтожение, контроль входа/выхода и т.п., но управление и обслуживание

всех этих систем требует наличие администрирующего персонала.

Его обязанностью является контроль работы этих подсистем и принятие мер в

случае выхода их из строя. Но есть ситуации, когда даже действия

квалифицированного персонала могут оказаться неэффективными. Это случаи

возникновения угрозы зданию и находящимся в нем людям, имеющие

глобальный характер – пожар, землетрясение и другие стихийные бедствия,

террористические атаки. Здесь нужно принимать экстраординарные меры в

считанные доли секунды. Реакция и корректность действий людей в

критической ситуации может оказаться недостаточной.


Традиционные системы обеспечения различных аспектов жизнедеятельности в

прошлом проектировались как автономные. Такие системы, создававшиеся

отдельно для каждой функции и объединенные для произвольной части здания.

В зданиях устанавливались системы только с теми возможностями и с той

степенью сложности, какие были необходимы на текущий момент построения

здания. Дальнейшее расширение и модернизация данных систем были

сложными и дорогостоящими задачами из-за множества различных факторов.

Затраты на эксплуатацию такой системы слагаются из затрат на эксплуатацию

каждой автономной системы в отдельности, стоимости обучения персонала

Стоимость эксплуатации этих систем высока — в силу их автономности каждая

из них поддерживается отдельно. Стоимость обучения персонала столь же

высока, поскольку операторы должны быть ознакомлены с эксплуатацией

каждой автономной системы.


1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО РАЗРАБОТКЕ

ЖИЛЫХ КОМПЛЕКСОВ

1.1 Понятие системы «Умный дом» и принцип ее действия

Само понятие "умный" дом (англ. smart house) не такое уж молодое. Оно

возникло в США в начале 70-х годов прошлого века, в недрах "Института

интеллектуальных зданий". На тот момент под умным домом подразумевалось

"здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего

пространства…".

Однако годом рождения современного "умного" дома можно считать 1978-

й год. В этом году в США компании Х10 USA и Leviton разработали и внедрили

в производство технологию управления бытовыми приборами по проводам

бытовой электросети.

Распространение эти разработки получили в то время лишь на территории

Северной Америки, ибо были рассчитаны на работу при напряжении 110 В и

частоту сети 60 Гц. Тем не менее, именно этим фирмам человечество обязано

появлением "невероятных чудес прогресса" - автоматически открывающихся

дверей, включающегося по хлопку света и прочих "фокусов", которыми

состоятельные американцы удивляли своих гостей, а голливудские фильмы -

весь остальной мир.

Для конца 70-х годов технология X10 (именно такое название закрепилось

и сохранилось за ней и поныне) являлась, конечно, революционной. Однако она

была рассчитана на поддержку всего шести управленческих команд и, в

основном, использовалась для управления электроосвещением. Но людям

хотелось большего. "Умный" дом должен был становиться все "умнее".

Чтобы ускорить процесс развития подобных технологий их разработчики

создали Альянс Электронной Промышленности (Electronic Industries Alliance). В PAGE \* MERGEFORMAT 76

1992 году это привело к появлению стандарта шины бытовой электроники

(Consumer Electronic Bus, CEBus). Ныне CEBus - открытый стандарт. Это

означает, что производить оборудование для "умных" домов может любая

компания, чья продукция будет соответствовать необходимым техническим

требованиям. Сегодня коммуникационный протокол CEBus предусматривает

передачу управляющего сигнала по проводам бытовой электросети, витой паре,

коаксиальному кабелю (вид электрического кабеля, предназначенный для

передачи высокочастотных сигналов), в радиочастотном или инфракрасном

диапазоне.

В рамках комплексного подхода к проектированию можно определить

следующий перечень инженерных систем современного дома:

1. Электроснабжение;

В современных домах, в особенности коттеджах, используется различное

электрическое оборудование это - системы вентиляции, водоочистки в

бассейнах, различные осветительные приборы, антиобледенительные системы

для крыш и дорог.

Всё это оборудование потребляет значительное количество

электроэнергии, а сети, зачастую, не выдерживают подобную нагрузку. Система

даёт возможность организовать систему приоритетов.

Протестировав всё включенное в сеть оборудование и, обнаружив, что

резерв исчерпывает свои возможности, она отключит прибор, которому был

присвоен низший приоритет.

2. Освещение;

Подсистема освещения включает в себя следующие возможности

управления:

. Включение/выключение света при снятии/постановке системы на

полную охрану;

. Включение/выключение различных источников света по таймеру; PAGE \* MERGEFORMAT 76

. Управление освещением по датчикам движения, с установкой

времени задержки на выключение света. Такое управление освещением

устанавливается в основном в «проходных» помещениях (тамбур, коридор и

пр.), при появлении в зоне датчика движения человека свет включается. Через

заданный интервал времени после того как датчик перестал «видеть» человека,

свет выключается;

. Сценарное освещение управляет всеми источниками света согласно

заданному Вами алгоритму (настройка сценарного освещения производится

только через компьютер). Сценарным освещением можно управлять как с ИК-

пульта, так и с помощью обыкновенных выключателей, подключенных к

системе "Мастер". При этом, по Вашему желанию, эти выключатели можно

перепрограммировать согласно Вашему образу жизни. Также возможно

управление большим количеством различных источников света с помощью двух

выключателей;

. Управление различными источниками света через ИК-пульт;

. Управление различными источниками света по датчикам

освещенности;

. Включение/выключение различных источников света через пульт

системы;

. Включение/выключение различных источников света через

компьютер;

3. Газоснабжение;

Контроль утечки газа предназначен для своевременного отключения

подачи газа и информирования при возникновении данной аварийной ситуации,

что позволяет снизить ущерб от возможного взрыва и возгорания помещения

(дома) и как следствие - спасти вашу жизнь.

Расположенные в местах возможной утечки газа датчики подадут сигнал

системе, которая включит сигнализацию, вентиляцию, и выключит PAGE \* MERGEFORMAT 76

электроэнергию, оставив только аварийное освещение. При возникновении

аварии система проинформирует Вас о возникшей аварии, дозвонившись по

телефонной линии и голосом сообщив о причине вызова, а также отправит

тревожное SMS-сообщение.

При срабатывания датчика утечки газа или датчика пожара - поступает

сигнал на порт системы. Порт формирует сигнал на главный блок системы.

Главный блок выдает команду на клапаны перекрытия газа и на автодозвон.

Клапан перекрывает газ. Автодозвон в это время производит дозвон по

обозначенным Вами телефонам и голосом или SMS сообщает о случившейся

аварии. В памяти системы записывается информация о произошедшем, а также

все предпринятые системой меры. Эту информацию Вы сможете просмотреть на

пульте системы или на своем компьютере.

4. Отопление (радиаторами, воздухом, “теплые полы”);

Система позволяет управлять отоплением нескольких помещений (до 512).

Температурный диапазон измерения и регулировки заданных температур от 0 до

125°С (сауна).

Каждое помещение работает по отдельной недельной программе, где

можно задать режим управления отоплением в рабочие и выходные дни. Сутки

разбиты двумя временными установками - условно названными «ночь»/«день» и

«день»/«ночь».

Система обрабатывает сигналы от подключённых датчиков и включает

(выключает) подключённые источники тепла (эл. тёплые полы, ИК-панели, эл.

конвекторы), в зависимости от значения текущей температуры, доводя тем

самым температуру в помещении до заданной.

Во главе стоит главный блок (MAIN), обмен информацией его с портом и с

пультом осуществляется через общую шину SST-BUS. Датчики температуры и

источники тепла подключаются к порту, который ведёт с ними обмен

информацией (принимает сигналы от датчиков и включает или выключает PAGE \* MERGEFORMAT 76

источники тепла).

Сохранение в памяти заданных параметров неограниченно долго даже при

выключенном сетевом напряжении.

5. Водоснабжение (в том числе системы очистки воды и

устранения протечек);

Расположенные в местах возможной протечки воды (на полу под

раковиной, ванной, стиральной машиной и проч.) датчики вовремя «обнаружат»

протечку воды в системе водоснабжения или отопления.

Получив сигнал от подключённых датчиков протечки воды системы

водоснабжения, система заблокирует подачу воды до устранения причин

протечки и проинформирует Вас о возникшей аварии, дозвонившись по

телефонной линии и голосом сообщив о причине вызова, а также отправит

тревожное SMS-сообщение. В случае протечки система управления

водоснабжением заблокирует подачу воды электромагнитными клапанами либо

отключит работу насоса.

6. Вентиляция и кондиционирование;

За температурой и свежестью в доме следит кондиционер и датчики

температуры. Они поддерживают в каждой комнате дома оптимальную

температуру. При этом стоит заметить, что в «Умном доме» кондиционер

никогда не будет работать одновременно с обогревателем, разве что пол может

оставаться тёплым. Это, а также замедление или вовсе прекращение работы всей

системы во время отсутствия хозяев, помогает значительно сберечь

электроэнергию. Вентиляция и кондиционирование в «Умном доме»

подчиняется воле хозяина даже по Интернету или при помощи мобильного

телефона. Либо настраивается таймер таким образом, чтобы к определенному

времени система вентиляции и кондиционирования снова включалась, и к

приходу хозяев воздух уже будет прогрет или охлаждён, а также чист и свеж.

7. Канализация; PAGE \* MERGEFORMAT 76

. Система видеонаблюдения и охранно-пожарная сигнализация;

Система мгновенно приведёт в действие существующую

противопожарную систему, отключит вентиляцию, чтобы поток воздуха не

способствовал возгоранию, электричество и газ. А если хозяина нет дома,

голосом сообщит о случившемся, дозвонившись по телефону, а также отправит

тревожное SMS-сообщение. Система также включит сирену и внешний световой

сигнал, чтобы предупредить соседей о случившемся и уберечь от опасности.

Последовательность действий системы при возникновении возгорания:

. Информация о возгорании и о времени его возникновения заносится

в протокол сообщений;

. Информация о датчике, зафиксировавшем возгорание, заносится в

протокол сообщений;

. Выключается электроэнергия и электророзетки;

. Перекрывается подача газа;

. Выключается вентиляции;

. Включается система дымоудаления;

. Включается внешний сигнал «ПОЖАР»;

. Производится дозвон по определенным пользователем номерам при

возгорании;

. Выключается режим контроля возгорания.

9. Контроль доступа и охрана периметра;

Контроль проникновения в помещение:

Позволяет контролировать внутренние помещения в доме или квартире.

Получив сигнал о проникновении, система проинформирует Вас о возникшей

аварии, дозвонившись по телефонной линии и голосом сообщив о причине

вызова, а также отправит тревожное SMS-сообщение, включит сирену и

внешний световой сигнал, чтобы отпугнуть воров.

Датчики движения, которые включат аварийную сигнализацию в случае PAGE \* MERGEFORMAT 76

взлома в Ваше отсутствие, могут также установить внешний контроль

проникновения, оставаясь внутри дома (квартиры), заблокировав при этом

участок (или двери и окна).

. Периметральный контроль:

Позволяет установить внешний контроль проникновения, оставаясь внутри

дома (квартиры), заблокировав при этом участок (или двери и окна).

. Имитация присутствия:

При длительном Вашем отсутствии система по заданному вами графику

будет включать свет, музыку, раздвигать шторы, создавая иллюзию вашего

присутствия.

. Имитация присутствия животных:

Данная функция отпугнет случайного воришку, при нажатии на кнопку

звонка в квартире раздастся грозный лай собаки.

. Ограничение доступа:

В системе предусмотрен 3-х уровневый доступ к управлению системой

(условно хозяин, член семьи и гость), ограничивая круг лиц, полностью

управляющих системой.

. Тревожная кнопка:

Функция тревожной кнопки может использоваться Вами по-разному, в

зависимости от Вашего образа жизни:

. Если в доме часто остается один ребенок, это не всегда весело, да и

родителям беспокойно. В этом случае, при возникновении непредвиденной

ситуации ребенку достаточно только нажать на кнопку и Вы тут же об этом

узнаете, т.к. система дозвонится Вам по телефону и голосом сообщит, что

необходима Ваша помощь. Тревожную кнопку в данном случае надо

располагать в детской, или в место поблизости, чтобы ребенок мог легко до нее

дотянуться.

. Если в доме есть тяжело больной, то в данном случае достаточно PAGE \* MERGEFORMAT 76

изменить номера телефонов, записанных в системе, на телефоны лечащего

врача, медсестры или просто соседки, которые во время окажут помощь, или

смогут дозвониться в скорую помощь.

. Если Вы опасаетесь вторжения непрошенных гостей, то тревожная

кнопка позволит сообщить без видимых внешних проявлений Вашим

доверенным лицам, которые могут что-то предпринять, о «нестандартной»

ситуации в Вашем доме. В данном случае размещение тревожных кнопок в доме

надо заранее продумать и разместить из вблизи двери на полу, в санузле или на

самой двери, чтобы иметь возможность незаметно ее нажать. Сообщение в

данном случае должно быть кратким, но понятным, и, конечно, необходимо

заранее предупредить абонентов, которые будут принимать сигнал тревоги о

виде сообщения.

10. Телефонная связь (АТС и микросотовая сеть);

Возможны следующие способы организации телефонной связи:

. Традиционная аналоговая телефонная сеть;

. IP-телефония;

. Микросотовая связь на базе станции DECT;

. Система связи на базе мини-АТС.

Первые три способа предполагают существенные ограничения по емкости

и доступным функциям. В подавляющем большинстве случаев при организации

систем связи используют цифровые или аналоговые мини-АТС. Они позволяют

организовать единую систему телефонной связи внутри жилого или офисного

помещения и могут служить для связи с внешними телефонными линиями, для

маршрутизации внешнего вызова к любому внутреннему абоненту, а также для

внутренней связи без выхода на внешнюю линию.

Использование мини-АТС предполагает подключение ограниченного

количества городских номеров (иногда одного) к большому количеству

внутренних абонентов, что дает значительную экономию денежных средств. К PAGE \* MERGEFORMAT 76

тому же, мини-АТС позволяет организовать гибкую, многофункциональную

систему связи с возможностью интеграции с другими системами здания.

11. Телевидение (эфирное, спутниковое, кабельное);

Распределение эфирного и спутникового ТВ с одного источника сигнала

(антенна вещательного ТВ, ресивер спутникового ТВ) в любое помещение, где

есть телевизоры и управляющие устройства. Совсем необязательно иметь в

каждой комнате антенну эфирного или спутникового вещания или точку выхода

в Интернет - централизованное распределение сигнала решает эти проблемы, так

как все приемники располагаются в одном месте, но управление ими - из

любого.

Прием вещательного телевидения

Сигнал вещательного телевидения с антенны поступает в систему

«Мультирум», а далее распределяется между различными комнатами с

телевизорами, ТВ-тюнерами и управляющими устройствами.

Прием спутникового телевидения

Сигнал спутникового телевидения с антенны поступает в систему

«Мультирум», а далее распределяется между различными комнатами с

телевизорами, ТВ-тюнерами и управляющими устройствами.

Прием/передача цифровых потоков данных (Internet)

Помимо управления, с сенсорных панелей или с телевизора возможен

выход в Интернет, просмотр электронной почты, прием сообщений, что делает

«Умный дом» практичной, многофункциональной системой.

Управление спутниковыми ресиверами из различных помещений

Централизованное распределение видеосигнала подразумевает

расположение всех принимающих устройств в одном месте, управление

которыми может осуществляться из любого помещения дома или квартиры

(через шину, радиосвязь или ИК-команды).

Управление отображением на телевизоры с видеокамер PAGE \* MERGEFORMAT 76

Сигнал с камер видео-охраны не обязательно смотреть только на

предназначенных для этих целей мониторах. Видеонаблюдение можно вести и с

любого другого устройства, подключенному к видеоконцетратору и системе

«Мультирум». Сигнал с видеокамеры транслируется на определенный

настроенный телевизионный канал, доступный к просмотру и управлению в

любой комнате дома.

12. Система “мультирум” (аудио и видео трансляции) и домашний

кинотеатр;

Мультирум (Multiroom) - система распределения аудио и видео сигналов

от различных источников в несколько отдельных зон, удаленных помещений.

В определенном месте вашего дома концентрируется вся техника, которая

может являться источником аудио и видео - это может быть, например,

спутниковый TV-тюнер, радио, компьютерный сервер с цифровыми данными,

IPad, DVD чейнджер и тому подобное. Все источники подключаются к

специальному ресиверу - с ним связываются все зоны, в которых следует

выводить музыку или изображение.

Таким образом, нет необходимости во всех комнатах устанавливать свои

источники звука и видео. Сигналы из Multiroom по специальным каналам

распределяются по всему дому, и из каждого подключенного к системе

помещения можно выбрать один из доступных источников данных.

13. “Центральный пылесос”;

В стенах дома располагаются специальные герметичные трубопроводы,

присоединенные к силовому агрегату (его можно расположить в гараже,

техническом помещении, на балконе, в кладовке). За счет этого удаления во

время уборки не слышно шума. Итак, трубопроводы подсоединены к силовому

агрегату, а в квартире они обозначаются специальными пневматическими

розетками. При желании навести порядок следует только подсоединить шланг к

розетке, и все! Никаких усилий и сухого пыльного воздуха: мощная PAGE \* MERGEFORMAT 76

всасывающая сила идеально чистит любую поверхность. Частички грязи, пыли и

пуха по трубопроводам отравляются в специальный отсек. Центральные

пылесосы обладают мощностью в пять раз превышающей мощность

стандартного переносного пылесоса, а время уборки сокращается в 2-3 раза.

14. Обогрев внешних поверхностей (система “ледостай”);

Кабельные системы обогрева, стаивания льда и снега устанавливаются

практически в любом месте, которое необходимо содержать чистым от снега и

льда. На поверхность, подлежащую защите от снега и льда на старый асфальт

или бетон укладывается греющий кабель. Сверху кабель засыпается песком либо

заливается бетоном. Затем укладывается облицовочное покрытие.

15. Холодильные камеры и винные погреба;

Оптимальная относительная влажность в помещениях для хранения вин

65-80% способствует сохранению необходимой плотности и эластичности

пробок в бутылках, предотвращающих проникновение большого количества

воздуха в вино. Если влажность в помещении, где будет расположен винный

погреб, отличается от расчетной, то в этом помещении необходимо производить

увлажнение воздуха. Уровень относительной влажности отслеживает входящий

в состав увлажнителя контроллер, который анализирует состояние датчика

0влажности. Для поддержания необходимой свежести воздуха в помещениях

винного погреба наши специалисты могут предложить проект и монтаж системы

приточно-вытяжной вентиляции. Наряду с вентиляцией помещения, необходимо

не забывать о воздухораспределении, воздух равномерно должен распределяться

по помещению, а не попадать струей на бутылки и стеллажи. Отсутствие света

при хранении в винном погребе благоприятно сказывается на мягкой выдержке

вина. Уровень освещенности отслеживает контроллер, который анализирует

состояние датчиков освещенности в помещениях винного погреба. Для

поддержания необходимых температурных параметров в помещениях винного

погреба устанавливаются датчики температуры и контроллер для управления PAGE \* MERGEFORMAT 76

климатической системой.

16. Система общего управления “умный дом”;

Дистанционный пульт «Умный Дом» заменит пульты управления от

разных видео-, аудиоустройств.

Связь между помещениями:

Возможность селекторной связи внутри одного дома.

Входной звонок:

Войдя в дом, гости запустят воспроизведение Вашей любимой мелодии,

нажав на входной звонок.

Подсистема средств общения «умного дома»

Управление через Internet:

Для управления и настройки дома из офиса, машины и т.д. программа

системы «Умный Дом» позволяет с помощью электронной почты передавать

необходимые команды. Для этого основная программа разделяется на два

независимых модуля, один из которых находится в доме и ждет команд. Другой

же находится вместе с Вами на Вашем рабочем компьютере.

Дистанционное управление:

Для удобства управления бытовыми устройствами в доме, был создан

пульт дистанционного управления, позволяющий совмещать в себе управление

телевизором, видеомагнитофоном, музыкальным центром, спутниковым

ресивером.

Он так же позволяет включать и отключать: осветительные приборы,

управляемые электрические розетки, различные сценарии освещения. При

помощи комбинаций нескольких кнопок - открыть ворота, поставить дом на

охрану и совершить много других различных действий…

Контроль и управление всем домом посредством пульта системы «Умный

Дом»:

Настенный пульт - основной пульт системы, позволяющий вам PAGE \* MERGEFORMAT 76

полноценно работать со всеми функциональными возможностями системы.

Предназначен для ввода информации в систему и её отображения.

При входе в умный дом вы с помощью него снимаете систему с охраны, а

уходя из дома - устанавливаете систему на охрану. Вы можете просмотреть

протокол сообщений о событиях, произошедших за Ваше отсутствие, ввести

номера телефонов, по которым будет производиться дозвон в аварийных

ситуациях и.т.д.

Управление посредством КПК:

Различными режимами и устройствами в умном доме можно управлять с

миниатюрного и приятного по дизайну жидкокристаллического экрана Touch

Screen. Эта возможность реализована на базе карманных персональных

компьютеров (КПК) семейства Palm, подключаемого к «Умный Дом». В месте с

возможностью управления умным домом Вы получаете отличный электронный

органайзер и не только…

Управление с компьютера (РС):

Дружественная для пользователя программа, работающая в среде

операционной системы Windows, позволяет включать и выключать

определённые режимы системы «Умный Дом», а также производить настройки

её работы, читать и выводить на печать протокол сообщений.

Таким образом, существует большое количество как проводных так и

беспроводных технологий позволяющих контролировать удаленное

оборудование или различные типы датчиков. Следовательно, технологии

следует выбирать в зависимости от поставленных задач при реализации

интеллектуальной системы управления инженерными и коммуникационными

подсистемами жилых комплексов. Но каждая технология имеет свои

достоинства и недостатки. К примеру Беспроводные технологии передачи

данных не терпят воздействия окружающих источников радиопомех. К


недостаткам в кабельных технологиях можно отнести неудобство прокладки

кабельной линии связи от датчиков к МК.


1.2 Исследование технологий системы «Умный дом»

умный дом проектирование управление

Технология 1-Wire

На текущий момент имеется множество технологии управления

электропитанием. Самая, простая, популярная и недорогая в реализации, это 1-

wire от компании Maxim/Dallas. Технология 1-wire далеко не нова и известна

уже около 10 лет. 1-wire широко применяется как в быту, так и в промышленных

системах.

Преимущества 1-wire:

. Простая и понятная архитектура сети;

. Низкие требования к кабелям;

. Большая протяженность линии;

. Низкая стоимость и простота компонентов;

. Открытый протокол и доступное ПО для программирования;

. Возможность в определенных ситуациях обходиться без питания.

Недостатки:

. Низкая скорость передачи данных;

. Обязательное наличие мастера, ведущего сети.

Устройства обмена данными это пассивные элементы цепи. Компоненты

1-wire не могут без специального запроса посылать в сеть данные. 1-wire

устройства не могут общаться друг с другом без «активного» ведущего.

Элементы сети являются всегда ведомыми. Мастер в сети 1-wire только один. Он

инициирует, контролирует и управляет работой сети и подключенных к сети

устройств. В зависимости от используемого программного обеспечения, мастер

1-wire линии может по-разному работать со своими подопечными, но только он

в конечном итоге может опросить состояние конкретного элемента, а также

послать запроса на получение от этого элемента какой-либо информации.

Например, если необходимо в режиме реального времени выводить значение PAGE \* MERGEFORMAT 76

температуры с множества датчиков, то мастер сети в цикле будет по очереди

опрашивать эти датчики. Отвечать мастеру по сети может только одно

устройство. В качестве мастера может выступать МК (микроконтроллер),

который может при соответствующем ПО напрямую включаться в сеть 1-wire к

одному из своих портов ввода-вывода. Мастером может выступать также ПК

(персональный компьютер), использующий специальные элементы сопряжения,

позволяющие соединять 1-wire с COM-портом или USB-портом компьютера,

такие как DS9097 или DS9490.

Технология Ethernet

- очень распространенный стандарт. Он очень хорошо документирован.

Существует огромное количество контроллеров, микропроцессоров, отдельных

чипов, готовых устройств со встроенным Ethernet. Порт Ethernet интегрируется в

бытовую технику, телевизоры, плееры, ресиверы, не говоря уже о компьютерах.

Минимальная скорость передачи данных составляет 10/100 Мбит/с, что более

чем достаточно для любых задач домашней автоматизации. Технология Ethernet

обладает хорошей помехозащищенностью и надежностью при немалой для дома

длине сегментов. В технологию заложены все необходимые механизмы

разрешения "коллизий", контроля целостности передачи данных. Устройства для

"умной" организации сети (коммутаторы, маршрутизаторы) продаются в любом

магазине практически за копейки. Фактически Ethernet сейчас является если и не

главным, то одним из основных стандартов для организации высокоскоростного

обмена информации между различными устройствами как дома, так и в офисе.

Кроме этого, меня в технологии Ethernet интересовал не только и не столько

физический уровень модели данных, сколько сетевой и транспортный. Не

секрет, что Ethernet чаще всего используют вместе с протоколами TCP/IP.

Умный Дом - это набор простых устройств, поддерживающих TCP/IP,

SNMP, SMTP и Web-интерфейс на базе протокола HTTP, доступных для PAGE \* MERGEFORMAT 76

управления, программирования и контроля с любого стандартного клиента

(компьютера, планшетного ПК, нетбука, коммуникатора, телефона) как по

локальной сети, так и через Интернет, 3G/GPRS, Wi-Fi и т.д. При этом управлять

устройствами можно как напрямую, так и посредством специального

контроллера (сервера), который бы мог сделать такое управление более

комфортным, включая продвинутые возможности Web-интерфейса (Ajax, Flash).

Это очень важный момент, так как в Ethernet нет обязательного мастера сети и

все устройства могут общаться друг с другом напрямую и остаются доступными

для управления в случае каких-то неполадок с основным контроллером.

Многие крупнейшие в мире компании, предлагающие системы домашней

автоматизации, постепенно переводят линейки своих продуктов на технологии

Ethernet и TCP/IP, так как это удобно, быстро, относительно дешево и просто.

Кроме того, розетки, разъемы, кабели UTP/STP/FTP, стойки, аксессуары,

коробы, инструмент - все это доступно в любой точке мира, что позволяет

недорого и быстро разворачивать системы какой угодно сложности.

Топологией современных сетей на базе Ethernet является звезда. Это

означает, что необходимо к каждому устройству вести свой кабель. В этом есть

определенный недостаток, так как в доме с уже готовой отделкой такая

автоматизация выглядит затруднительной.


Технология X-10

X10 - это международный открытый индустриальный стандарт

применяемый для связи электронных устройств в системах домашней

автоматизации. Стандарт X10 определяет методы и протокол передачи сигналов

управления электронными модулями, к которым подключены бытовые приборы,

с использованием обычной электропроводки или беспроводных каналов.

Стандарт X10 был разработан в 1975 году компанией Pico Electronics

(Гленротс Шотландия) для управления домашними электроприборами.

Для связи модулей сети X10 используется обычная домашняя

электрическая сеть. Закодированные цифровые данные передаются c помощью

радиочастотного импульса вспышки частотой 120 кГц, длительностью 1мс и

синхронизированы с моментом перехода переменного тока через нулевое

значение. За один переход через нуль передаётся один бит информации.

Приёмник так же формирует окно ожидания вблизи перехода напряжения через

0. Размер окна - 200 мкс. Наличие импульса вспышки в окне - логическая «1»,

отсутствие - логический «0».

Сами модули сети обычно просто вставляются в розетку, хотя существуют

более сложные встраиваемые модули, например заменяемые розетки,

выключатели и пр.

Относительно высокая несущая частота не позволяет сигналу

распространяться через трансформаторы или между фазами в многофазных

сетях и сетях с расщеплённой фазой. Для сетей с расщеплённой фазой для

передачи сигнала с фазы на фазу может использоваться обычный конденсатор,

но для многофазных сетей и тех сетей с расщеплённой фазой, где простого

конденсатора мало, необходимо использовать активный повторитель. Но при

передаче сигнала с фазы на фазу необходимо учитывать вышеназванное условие

- передача бита начинается при пересечении нуля. Именно по этой причине, при PAGE \* MERGEFORMAT 76

переходе с фазы на фазу, сигнал сдвигается на 1/6 цикла.

Ещё одним важным моментом является возможность блокирования

сигналов за пределами действия сети, чтобы, например, модули одной сети X10

не влияли на сеть X10 в соседнем доме. В таких случаях для блокирования

сигналов используется индуктивный фильтр.

Передаваемый по сети пакет состоит из адреса и команды, отправляемых

контроллером управляемому модулю. Более сложные контроллеры также умеют

опрашивать такие же управляемые модули об их статусе. Этот статус может

быть достаточно простым («включено» или «выключено»), указывать числовое

значение (текущее значение яркости, температура или данные с других

датчиков).

Вне зависимости от среды передачи (электрическая сеть или радиосигнал),

пакеты X10 состоят из:

. 4 бита - код дома;

. 4 бита - код модуля (может быть задано несколько модулей);

. 4 бита - команда.

Недостатки:

. Протокол X10 очень медленный. Около 3/4 секунды занимает

передача адреса устройства и команды. Это может быть незаметным при

использовании настольного контроллера, но может стать ощутимым при

использовании двусторонней связи или при управлении через интеллектуальный

контроллер (например, подключённый к компьютеру), особенно при

использовании какого-либо сценария для управления несколькими

устройствами.

2. В сети X10 может передаваться только одна команда в конкретный

момент времени. Если в одно и то же время будет вестись передача двух и более

команд, это вызовет коллизии: команды не будут корректно приняты или же

будут выполнены неверные действия. PAGE \* MERGEFORMAT 76

. Устройства защитного отключения могут ослаблять сигнал

настолько, что он не будет прочитан.

. Некоторые блоки питания, используемые в современной аппаратуре

(компьютерах, телевизорах, ресиверах), могут «съедать» проходящие мимо

команды сети X10. Это происходит из-за использования конденсаторов на входе

блоков питания, которые создают низкое сопротивление для высокочастотного

сигнала, сглаживая сигнал. Для подобных устройств существуют входные

фильтры, которые позволяют пакетам X10 беспрепятственно проходить мимо

подобных устройств.

. Некоторые модули X10 некорректно работают (или не работают

вообще), если управляют устройством с низкой потребляемой энергией (менее

50 Ватт), например, флуоресцентными лампами.

Беспроводная система Z-wave

Z-Wave является запатентованным беспроводным протоколом связи,

разработанным для домашней автоматизации, в частности для контроля и

управления на жилых и коммерческих объектах. Технология использует

маломощные и миниатюрные радиочастотные модули, которые встраиваются в

бытовую электронику и различные устройства, такие как освещение, отопление,

контроль доступа, развлекательные системы и бытовую технику.

Z-Wave — это беспроводная радио технология, разработанная специально для

дистанционного управления. В отличие от Wi-Fi и других IEEE 802.11

стандартов передачи данных, предназначенных в основном для больших потоков

информации, Z-Wave работает в диапазоне частот до 1 ГГц и оптимизирована

для передачи простых управляющих команд (например, включить/выключить,

изменить громкость, яркость и т. д.). Выбор низкого радиочастотного диапазона

для Z-Wave обуславливается малым количеством потенциальных источников

помех (в отличие от загруженного диапазона 2,4 ГГц, в котором приходится PAGE \* MERGEFORMAT 76

прибегать к мероприятиям, уменьшающим возможные помехи от работающих

различных бытовых беспроводных устройств — Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth).

Также другими преимуществами Z-Wave можно отметить малое потребление

энергии, низкую стоимость производства и встраивания Z-Wave в различные

бытовые устройства.

В мире насчитывается более 200 производителей, предлагающих товары с Z-

Wave чипами или модулями. Отличительной особенностью Z-Wave является то,

что все эти продукты совместимы между собой.

В основе решения Z-Wave лежит ячеистая сетевая технология mesh, в которой

каждый узел или устройство может принимать и передавать управляющие

сигналы другим устройствам сети, используя промежуточные соседние узлы.

Mesh это самоорганизующаяся сеть с маршрутизацией, зависимой от внешних

факторов — например, при возникновении преграды между двумя ближайшими

узлами сети, сигнал пойдет через другие узлы сети, находящиеся в радиусе

действия.


Существует огромное количество контроллеров, микропроцессоров,

отдельных чипов, готовых устройств со встроенным Ethernet. Порт Ethernet

интегрируется в бытовую технику, телевизоры, плееры, ресиверы, не говоря уже

о компьютерах. Минимальная скорость передачи данных составляет 10/100

Мбит/с, что более чем достаточно для любых задач домашней автоматизации.

Технология Ethernet обладает хорошей помехозащищенностью и надежностью

при немалой для дома длине сегментов. В технологию заложены все

необходимые механизмы разрешения "коллизий", контроля целостности

передачи данных. Устройства для "умной" организации сети (коммутаторы,

маршрутизаторы) продаются в любом магазине практически за копейки.

Фактически Ethernet сейчас является если и не главным, то одним из основных PAGE \* MERGEFORMAT 76

стандартов для организации высокоскоростного обмена информации между

различными устройствами как дома, так и в офисе. Кроме этого, меня в

технологии Ethernet интересовал не только и не столько физический уровень

модели данных, сколько сетевой и транспортный. Не секрет, что Ethernet чаще

всего используют вместе с протоколами TCP/IP.


SNMP, SMTP и Web-интерфейс на базе протокола HTTP, доступных для







Это очень важный момент, так как в Ethernet нет обязательного мастера сети и












автоматизация выглядит затруднительной.


Разработка системы «Умный дом» на базе ПК

Важным элементом системы является центральный блок управления.

Компьютер обеспечивает универсальность, гибкость, расширяемость, простоту в

использовании. С помощью компьютера можно решать огромное количество

совершенно различных задач в рамках одной системы. Большое количество

доступного программного обеспечения, библиотек, Фреймворков, позволяют

наделить систему обширнейшей функциональностью. В компьютере есть

практически все для аппаратного и программного объединения различных

элементов в единую систему. Современное движение производителей

оборудования к использованию широко распространенных протоколов и

стандартов (RS232, USB, Ethernet, TCP/IP, Wi-Fi), принятых в компьютерном

мире, значительно облегчает интеграцию блоков и создание системы Умного

Дома. Умный Дом нужно понимать не только как управление коммуникациями,

климатом и оборудованием, сколько средой для обмена и трансформации

данных, медиа-сервером, контент-сервером, чем-то таким, что не только

помогает экономить энергоресурсы и повысить комфорт, но и средством

развлечения и общения, позволяющим качественно изменить уровень жизни.

Создание на базе ПК Умного Дома из программно-аппаратных средств,

оснащенных Web-интерфейсом <http://www.ab-log.ru/page.php?ID=39>, является

перспективным и интересным занятием, в котором может участвовать не один

разработчик-пользователь.сервер домашней автоматизации - это всего лишь

интерфейс, а не основное ядро системы. Ядром системы является комплекс

скриптов, работающих постоянно или запускаемых по расписанию, через cron,

которые записывают результаты своей работы в базу данных. Например, каждые

5 минут запускается PHP-скрипт, который опрашивает все датчики температуры

и записывает полученные данные в соответствующие таблицы БД. Программы,

которые запущенны постоянно - это, например, скрипт-сервер дискретных

датчиков 1-wire, скрипт управления отоплением <http://www.ab-log.ru/page.php? PAGE \* MERGEFORMAT 76

ID=19>, скрипт управления аэрацией <http://www.ab-log.ru/page.php?ID=49>,

программа для видеонаблюдения <http://www.ab-log.ru/page.php?ID=12>, сервер

1-wire сети owfs <http://www.ab-log.ru/page.php?ID=17>, сервер синтеза речи

<http://www.ab-log.ru/page.php?ID=46> и т.д. Скрипты, написанные для Web

нужны для отображения состояния систем, модулей и управления "ядерными"

программами и процессами.

1.4 Встроенная система "Умного дома" на базе контроллера

Децентрализация:

При использовании контроллера все элементы Умного Дома работают

сами по себе. Они могут обмениваться информацией, посылать друг другу

команды, но никакого единого центра, который бы собирал всю информацию и

принимал решение, нет (рис 1). Учитывая это обстоятельство, а также то, что

вычислительные ресурсы отдельных элементов очень невелики, в

децентрализованных схемах невозможно реализовать какие-либо

интеллектуальные алгоритмы управления. Как правило это очень примитивные

схемы, которые с натяжкой можно назвать по-настоящему Умным Домом.

Преимущество децентрализованного подхода только в том, что при выходе из

строя одного или нескольких элементов, все остальные системы будут работать.

Например, если сломался холодильник, это не означает, что вы не сможете

воспользоваться микроволновкой.

2. Централизация:

Все элементы системы подчиняются главному управляющему элементу

(контроллеру, компьютеру, серверу). Все события стекаются в единый центр, и

только главный компьютер принимает решение что делать, что включить, а что

выключить. Такой подход является наиболее перспективным с точки зрения PAGE \* MERGEFORMAT 76

реализации интеллектуальных алгоритмов, а также позволяет программировать

систему централизованно. И чем большими ресурсами обладает компьютер, чем

он мощнее, тем больше потенциал у системы. Такой Умный Дом способен не

только управлять инженерными системами, безопасностью, освещением, но и

взять на себя многие ресурсоемкие мультимедийные задачи, видеонаблюдение,

распознавание речи, образов и многое другое. В прошлом в качестве главного

элемента, как правило, выступал какой-либо маломощный контроллер, но

сегодняшние реалии все чаще заставляют применять более производительное

оборудования. Сегодня в качестве такого "умного" контроллера скорее

используют компьютер, сервер. Именно он позволяет создавать красивые,

функциональные и удобные Web-интерфейсы, с помощью которых пользователь

общается с Умным Домом посредством коммуникаторов, планшетов,

персональных компьютеров, ноутбуков как из дома, так и из-за его пределов. Но

у централизации есть один очень неприятный недостаток. Как только возникает

проблема с сервером, абсолютно вся система перестает работать.


1.5 Анализ совмещения подходов

Модуль MegaD-328 является устройством, которое может работать как в

децентрализованной схеме, так и в централизованной. Например, к одному

подключены кнопки и светильники. Пользователь посредством Web-интерфейса

настраивает устройство таким образом, чтобы при нажатии на кнопку,

включались те или иные светильники или другие подключенные приборы. При

этом существует возможность удаленного управления подключенными

нагрузками и изменения логики работы с помощью встроенного в MegaD-328

Web-интерфейса.

Когда же в системе есть сервер, в котором заложены все интеллектуальные

алгоритмы, MegaD-328 при нажатии на кнопку сообщает об этом событии ему и

внимательно слушает ответ. Если сервер приказал включить или выключить те

или иные потребители, MegaD-328 незамедлительно выполняет эти команды.

Сервер также по собственной инициативе (по заложенному в программе

алгоритму) или по команде пользователя может послать любую команду для

включения и выключения приборов. Таким образом, пользователь может

работать через свой iPhone, HTC или Samsung с красивым Web-интерфейсом

сервера, а сервер в свою очередь будет передавать команды устройствам MegaD-

328 по сети Ethernet (рис 3).

Но и это еще не все. MegaD-328 может всецело подчиняться серверу, но

как только произойдет сбой и сервер исчезнет из сети, MegaD-328 при

возникновении события (например, нажатия кнопки-выключателя света) будет

самостоятельно переключать лампы в зависимости от настроек по умолчанию,

которые заданы пользователем (рис 4).

Иными словами логику устройства можно выразить так: есть сервер -

работаем с ним, нет сервера - работаем сами. Пользователь всегда может

рассчитывать на интеллектуальное управление со стороны сервера, но при PAGE \* MERGEFORMAT 76

возникновении аварии ключевые функции по-прежнему будут работать.


- очень распространенный стандарт. Он очень хорошо документирован.

Существует огромное количество контроллеров, микропроцессоров, отдельных

чипов, готовых устройств со встроенным Ethernet. Порт Ethernet интегрируется в

бытовую технику, телевизоры, плееры, ресиверы, не говоря уже о компьютерах.

Минимальная скорость передачи данных составляет 10/100 Мбит/с, что более

чем достаточно для любых задач домашней автоматизации. Технология Ethernet

обладает хорошей помехозащищенностью и надежностью при немалой для дома

длине сегментов. В технологию заложены все необходимые механизмы

разрешения "коллизий", контроля целостности передачи данных. Устройства для

"умной" организации сети (коммутаторы, маршрутизаторы) продаются в любом

магазине практически за копейки. Фактически Ethernet сейчас является если и не

главным, то одним из основных стандартов для организации высокоскоростного

обмена информации между различными устройствами как дома, так и в офисе.

Кроме этого, меня в технологии Ethernet интересовал не только и не столько

физический уровень модели данных, сколько сетевой и транспортный. Не

секрет, что Ethernet чаще всего используют вместе с протоколами TCP/IP.


SNMP, SMTP и Web-интерфейс на базе протокола HTTP, доступных для







Это очень важный момент, так как в Ethernet нет обязательного мастера сети и PAGE \* MERGEFORMAT 76












автоматизация выглядит затруднительной. В чем же преимущество сети Ethernet

и сфера ее применения?

1. Распространенность;

Для работы с любой специализированной шиной необходим адаптер,

преобразователь. Вы не сможете работать с 1-wire без, например,

преобразователя USB-1wire (DS9490R). MegaD-328 просто подключается

обычным сетевым кабелем, доступном в любом магазине, к серверу, к

компьютеру или в локальную сеть и с ним можно работать (управлять,

настраивать) сразу без какого-либо дополнительного оборудования или

манипуляций.

2. Надежность;

Стандарт Ethernet десятилетиями зарекомендовал себя как очень надежная

среда для передачи данных. Низкая чувствительность к помехам, встроенный

механизм борьбы с коллизиями. Недостаток любой шины заключается в том, что

при ее повреждении, все элементы, находящиеся за повреждением, перестают

работать. В случае Ethernet 10/100Base-T топология сети представляет собой

звезду. И если в одном из лучей возникают проблемы, это никак не сказывается PAGE \* MERGEFORMAT 76

на работе остальной части сети.

3. Скорость;

Большинство шин работают на скорости в несколько десятков или сотен

килобит. MegaD-328 работает на скорости в 10Мбит/с, что позволяет добиться

моментальной реакции системы на любые события. При нажатии на

выключатель, свет зажигается так, как будто бы выключатель подключен

непосредственно к лампе, а не к контроллеру, который успевает сообщить о

нажатии на сервер и получить в ответ указания центральной управляющей

системы.

4. Отказ от схемы мастер-слейв и использование протокола

TCP/IP;

Но самой важной особенностью построения Умного Дома на технологии

Ethernet является возможность применения отработанных сетевых протоколов,

позволяющих строить абсолютно любые по своей гибкости системы управления.

В технологии 1-wire, как и в большинстве других, применяется подход "мастер-

слейв"(рис 6).

Есть один ведущий (мастер) и множество подчиненных, ведомых

элементов (слейвов). Подчиненный может послать сообщение в сеть ТОЛЬКО

по запросу от мастера. Самостоятельно, без запроса ни один ведомый элемент

ничего в сеть "сказать" не может. А теперь представим, что в нашей сети

десятки, а то и сотни элементов. Некоторые элементы, такие как выключатели,

датчики движения, всевозможные считыватели требуют моментальной реакции

системы. Для реализации этой задачи мастер обязан опрашивать элементы

системы очень часто - несколько раз в секунду! Этот процесс называется

"поллингом" и создает приличную нагрузку и на шину, которая и без того, не

является быстрой. Для решения этой проблемы придумывают всевозможные

алгоритмы типа "Conditional Search ROM" (в 1-wire), разделение шины на PAGE \* MERGEFORMAT 76

несколько (для медленных датчиков одна, для поллинга, другая, для

исполнительных третья).

Но с MegaD-328 такой проблемы нет, так как контроллер сам способен

сообщить серверу или других сетевым устройствам о нажатой кнопки без

какого-либо запроса.

В качестве сетевого и транспортного протокола в MegaD-328 используется

TCP/IP, а это открывает огромные возможности. Во-первых, все современные

устройства поддерживают TCP/IP и не требуется никакого дополнительного ПО

для работы с контроллером. Во-вторых, применение TCP/IP позволяет

маршрутизировать, выделять, выставлять приоритеты и делать любые операции

сообщениями между MegaD-328 и пользователем. Вместо постоянного

поллинга, контроллер не только может сам сообщить о срабатывании входа, но и

послать управляющий сигнал другому MegaD-328. Несколько таких устройств

могут общаться друг с другом и без сервера. Это крайне важно в системах

безопасности. К примеру, датчик протечки у нас подключен к одному модулю, а

клапан или кран с сервоприводом к другому. Случилась аварийная ситуация и

сервер не отвечает и тогда MegaD-328, к которому подключен датчик протечки,

сам отправляет по сети команду управления на перекрытие воды(рис 7). Ничего

подобного с традиционной шиной и схемой мастер-слейв не получится.

5. Протокол HTTP и Web-интерфейс;

MegaD-328 работает со стандартном Ethernet по протоколом TCP/IP на

сетевом и транспортном уровне. В Умного Дома все данные передаются по

протоколу прикладного уровня HTTP. Это тот самый протокол, который

обеспечивает работу всемирной паутины. Такой подход позволяет управлять

контроллером MegaD-328 через обычный браузер. Для того, чтобы управлять

MegaD-328 с сервера не требуется никакого специфического ПО, достаточно

самых распространенных программ curl, wget и прочее. Практически во всех

языках программирования, если необходимо создавать собственное ПО, есть PAGE \* MERGEFORMAT 76

поддержка протоколов TCP/IP и HTTP. Сообщения от MegaD-328 также

передаются по протоколу HTTP. Это позволяет установить на сервер (на

Windows, Unix или любой другой) Web-сервер, например Apache и обрабатывать

сообщения от контроллеров любым удобным языком программирования: PHP,

ASP, Perl и т.д.

1.6 Сравнительный анализ

При рассмотрении двух систем «Умного дома» на базе ПК и на базе

контроллера, было выявлено ряд отличий этих систем друг от друга.

На базе ПК важным элементом является центральный блок управления. С

помощью ПК можно решить множество различных задач в рамках одной

системы. И. благодаря программному обеспечению, библиотекам, Фреймворкам,

система является многофункциональной.

Безусловно, возможности такой системы определяются программой,

однако, в большинстве случаев достаточно обеспечить:

Контроль состояния входных цепей, в качестве которых могут выступать

шлейфы сигнализации, датчики системы «Умный дом» (протечки воды,

температуры, освещенности и т.п.);

Управление различными исполнительными устройствами, в зависимости

от состояния упомянутых цепей, а также по заранее заданному расписанию и

дистанционно;

Контроль за состоянием устройств «Умного дома» с возможностью

передачи соответствующей информации владельцу системы.

На базе контроллера были рассмотрены два способа работы системы:

централизация и децентрализация.

При децентрализации все элементы работают сами по себе, и поломка

одного элемента не способствует выходу из строя всех элементов. Они PAGE \* MERGEFORMAT 76

обмениваются информацией и посылают друг другу команды, поэтому на этой

базе нет единого центра.

При централизации же, элементы подчиняются главному управляющему

элементу (контроллер, компьютер, сервер), соединяясь воедино в центре и

главный компьютер решает, что ему делать с элементами. Поэтому при таком

подходе «Умный дом» способен решать ресурсоемкие мультимедийные задачи,

видеонаблюдение и др. Но при сбое сервера перестает работать вся система.

Плюсы данной системы:

. Централизованное расположение интеллектуального оборудования в

одном или нескольких щитах (поэтажно, поквартирно);

. Высокие интеллектуальные возможности даже самого простого

контроллера, вплоть до использования контроллера Embedded PC, являющегося

настоящим промышленным ПК;

. Возможность использовать для задач Умного Дома дешёвое

оборудование с простыми интерфейсами (например, простой выключатель с

интерфейсом «сухой контакт»);

. Возможность использовать любое сложное оборудование с любыми

открытыми интерфейсами (LON, EIB (KNX), RS232, RS485, и т.д.).

Минусы данной системы:

. Централизованное интеллектуальное оборудование: при выходе из строя

процессора или программы работы процессора вся подсистема обслуживаемая

контроллером парализуется;

. Высокая стоимость контроллера делает невыгодным его использование

для простых задач (например, управление с пяти выключателей пятью группами

света).

Поэтому из выше сказанного следует, что целесообразнее использовать

систему на базе ПК.


2. РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ (НА БАЗЕ

ПЛАТФОРМЫ ARDUINO)

2.1 Реализация интерфейса микроконтроллерной системы

Аппаратная часть

Плата Arduino состоит из микроконтроллера Atmel AVR, а также элементов

обвязки для программирования и интеграции с другими схемами. На многих

платах присутствует линейный стабилизатор напряжения +5В или +3,3В.

Тактирование осуществляется на частоте 16 или 8 МГц кварцевым резонатором.

В микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик BootLoader, поэтому

внешний программатор не нужен.

На концептуальном уровне все платы программируются через RS-232, но

реализация этого способа отличается от версии к версии. Плата Serial Arduino

содержит простую инвертирующую схему для конвертирования уровней

сигналов RS-232 в уровни ТТЛ, и наоборот. Текущие рассылаемые платы,

например, Diecimila, программируются через USB, что осуществляется

благодаря микросхеме конвертера USB-to-Serial FTDI FT232R. В версии

платформы Arduino Uno в качестве конвертера используется микроконтроллер

Atmega8 в SMD-корпусе. Данное решение позволяет программировать

конвертер так, чтобы платформа сразу определялась как мышь, джойстик или

иное устройство по усмотрению разработчика со всеми необходимыми

дополнительными сигналами управления. В некоторых вариантах, таких как

Arduino Mini или неофициальной Boarduino, для программирования требуется

подключение отдельной платы USB-to-Serial или кабеля.

Платы Arduino позволяют использовать большую часть I/O выводов

микроконтроллера во внешних схемах. Например, в плате Diecimila доступно 14

цифровых входов/выходов, 6 из которых могут выдавать ШИМ сигнал, и 6 PAGE \* MERGEFORMAT 76

аналоговых входов. Эти сигналы доступны на плате через контактные площадки

или штыревые разъемы. Также доступны несколько видов внешних плат

расширения, называемых «англ. shields» (дословно: «щиты»), которые

присоединяются к плате Arduino через штыревые разъёмы.

Рис.2.1 Принципиальная блок схема платы управления


Рис. 2.2 Блок схема работы программы в микроконтроллере


Рис 2.1.1 Устройство в сборе

Устройство интеллектуальной системы имеет специальную микросхему

"Эзернет драйвер" который позволяет отправлять и принимать по сети потоки

бит и обрабатывать их. В моем случае устройство имеет статический IP адрес

сети класса С 192,168,1,177. При подключении сетевого кабеля к сети

устройство начинает вещание информации полученной с датчиков в виде WEB

страницы по протоколу TCP. Таким образом пользователь при подключении к

устройству посредством WEB браузера на компьютере либо на телефоне может

получить последнюю информацию о состоянии датчиков в контролируемой

зоне.


http://2.bp.blogspot.com/-evm0vtbNRno/UQvWUVlYn8I/AAAAAAAAHEI/rADt3_7yr44/s1600/openelectronics.jpg

Программы для Arduino пишутся на простом и интуитивно понятном си-

подобном языке Wiring (с возможностью подключения сторонних библиотек на

C/C++, например, для управления LCD-дисплеями или двигателями),

компилируются и загружаются в устройство одной кнопкой. Интегрированная

среда разработки «Arduino IDE» — это кроссплатформенное приложение на

Java, включающее в себя редактор кода, компилятор и модуль передачи

прошивки в плату. Программное обеспечение Arduino работает на Windows,

Macintosh OS X, Linux и других операционных системах, поскольку является

открытым и работает на Java.

Исходный код для интегрированной среды разработки и библиотек опубликован

и доступен под лицензией GPLv2. Язык может быть расширен с помощью С++

библиотек, более продвинутые специалисты могут создать свой собственный

инструментарий для Arduino на основе компилятора AVR С.

Arduino имеет открытые спецификации и схемы оборудования. Документация,

прошивки и чертежи Arduino распространяется под лицензией Creative Commons

Attribution Share Alike 2.5 и доступны на официальном сайте Arduino. Можно

создать собственную версию модуля для своих нужд.


2.2 Изучение базы микроконтроллера ATMega 328

Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема,

предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный

микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных

устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный

компьютер, способный выполнять простые задачи.

Все микроконтроллеры AVR построены по так называемой Гарвардской

архитектуре, то есть использована раздельная адресация памяти программ и

памяти данных. Преимущества этой архитектуры заключаются в повышенном

быстродействии, например ATmega выполняет одну инструкцию за один

тактовый импульс, то есть при частоте 16МГц МК выполняет 16 миллионов

операций в секунду.

Рис.2.3 Обобщенная схема ATMega


1. Тактовый генератор выполняет синхронизацию всех внутренних

устройств.

2. ПЗУ – постоянное запоминающее устройство, используется для хранения

программы и неизменяемых данных (констант).

3. Дешифратор команд – Преобразует уровни команд.

4. АЛУ – арифметико-логическое устройство, выполняет арифметические

(сложение, вычитание и т.д.) и логические (И, ИЛИ, НЕ, Исключающее

ИЛИ) операции над числами.

5. РОН – регистры общего назначения, ими АЛУ оперирует, а так же

используются для временного хранения данных.

6. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, используется для хранения

данных, массивов и стека.

7. PORTA-PORTn – связь с внешними устройствами, порты ввода/вывода.

8. Спец. УВВ – специальные устройства ввода/вывода, контроллеры разной

периферии, например USART (по другому СОМ-порт).

Технические параметры:

Память для программ составляет 32 Кб с возможностью перезаписать 10

000 раз

1 Кбайт флеш-памяти для хранения переменных (100 000 циклов

перезаписи)

1 Кб ОЗУ и 32 регистра общего назначения

Два 8-разрядных Таймера/Счетчика с раздельным прескалером, режим

сравнения

16-разрядный Таймер/Счетчик с раздельным прескалером, режим

сравнения, режим захвата

Таймер реального времени с независимым генератором


6 каналов ШИМ

6 каналов 10-разрядного АЦП

Программируемый последовательный USART

Интерфейс SPI с режимами Master/Slave

Программируемый сторожевой таймер с отдельным независимым

генератором

Встроенный аналоговый компаратор

Сброс при включении питания, программируемая защита от провалов

питания

Встроенный калиброванный RC-генератор

Обработка внутренних и внешних прерываний

Напряжение питания 4.5 - 5.5В

Тактовая частота 0-16 МГц

Данный тип микроконтроллера имеет 23 порта ввода/вывода, объединенных в 3 группы:

Порт В (PB0 - РВ7): Два вывода (РВ6 и PB7) используются для

подключения кварцевого резонатора. Выводы РВ2 - РВ5

зарезервированы для внутрисхемного программирования. Таким

образом, для общего применения остаются порты PB0 и PB1.

Порт С (PC0 - РС6 : 7 выводов): Порты PC0 - РС5 можно использовать в

качестве аналоговых входов. РС6 обычно используется для сброса.

Порт D (PD0 - PD7 : 8 выводов): Эти порты можно использовать для

общего применения.


Последоваетельный периферийный интерфейс (SPI) — это последовательный синхроный протокол передачи данных используемый микроконтроллерами для обмена данными с одним или несколькими периферийными устройствами на небольших расстояниях. Для организации соединения SPI необходимо одно ведущее устройство, обычно это микроконтроллер, которое управляет соединением с ведомыми устройствами. Обычно подключение осуществляется тремя общими линиями и линией выбора переферийного(ведомого) устройства:

Master In Slave Out (MISO), переводится как "вход ведущего выход ведомого", используется для передачи данных от ведомого к ведущему.

Master Out Slave In (MOSI) — выход ведущего вход ведомого, для передачи данных от ведущего к периферийным устройствам.

Serial Clock (SCK) — синхронизирующая линия, синхросигнал генерируется ведущим устройством.

Slave Select pin — вход на ведомых устройствах с помощью которого ведущий может инициировать обмен данными с периферийным устройством. Если на этом входе LOW, то ведомый взаимодействует с ведущим, если HIGH, то ведомый игнорирует сигналы от ведущего.

Максимальная скорость приема/передачи (в битах в секунду) равна 1/4 частоты тактового сигнала микроконтроллера.

К одному ведущему устройству могут быть подключены несколько ведомых. Функции ведущего и ведомого могут меняться в процессе работы системы.

Порт SPI, который может работать в режиме ведущего и ведомого и использоваться для обмена данными в процессе работы.

Последовательный порт ввода-вывода UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) предназначен для передачи и приема байтов данных по двухпроводным линиям связи (например, по интерфейсу RS-232). Прием и передача могут вестись одновременно. При передаче байта формируется последовательность из десяти или одиннадцати битов (кадр), содержащая стартовый бит, имеющий нулевое значение, восемь битов байта (DO, D1.....D7) и


столовый бит, имеющий единичное значение. Между старшим битом байта (D7) и стоповым битом может помещаться дополнительный бит.

Функция широтно-импульсного модулятора (PWM) заключается в формировании на определенном выходе микроконтроллера импульсной последовательности с заданными периодом повторения и длительностью импульсов.

2.3 Разработка Ethernet платы расширения для микроконтроллерной системы

Общие сведения

Arduino Ethernet – это плата микроконтроллера на базе ATmega328. Она имеет

14 цифровых входных/выходных выводов, 6 аналоговых входов, кварцевый

генератор на 16 МГц, подключение RJ45, разъем питания, соединитель ICSP, и

кнопку «Reset».

Arduino Ethernet отличается от других плат тем, что на нем нет встроенной

микросхемы драйвера USB/serial, зато имеется интерфейс Ethernet.

Встроенный кард-ридер microSD, который можно использовать для хранения

файлов и работы с ними по сети, доступен с использованием библиотеки SD

Library.

Характеристики

Микроконтроллер ATmega328

Рабочее напряжение 5 В

Входное напряжение (предельное) 6-18 В

Зарезервированные выводы Arduino с 10 по 13 используются для SPI

Аналоговые входы 6


Постоянный ток через вход/выход 40 мА

Постоянный ток для вывода 3.3 В 50 мА

Флеш-память 32 Кб (ATmega328) из которых

0.5 Кб используются для

загрузчика

ОЗУ 2 Кб (ATmega328)

EEPROM 1 Кб (ATmega328)

Тактовая частота 16/25 МГц

Классический Ethernet Shield от Arduino на микросхеме Wiznet W5100 появился

одним из первых, и интегрирован в плату Arduino Ethernet.

Питание

Плата также может питаться от внешнего источника питания или с

использованием FTDI-кабеля/разъема USB-Serial.

Внешнее питание может поступать либо с AC/DC блока питания, либо от

батареи. Адаптер подключается к разъему питания платы 2,1 мм штепсельной

вилкой с центральным положительным контактом. Выводы с батареи должны

быть вставлены в гнезда Gnd и Vin штыревого разъема соединителя POWER.

Плата может работать при внешнем питании от 6 до 20 В. Но в случае подачи

напряжения ниже 7 В на выводе «+5 В» может оказаться меньше 5 В, и плата

будет работать нестабильно. При использовании более 12 В регулятор

напряжения может перегреться и повредить плату. Рекомендуемый диапазон

напряжений питания – от 7 до 12 В.

Выводы питания:

VIN. Входное напряжение платы Arduino при использовании внешнего

источника питания (в противоположность 5 В от USB-соединения или другого PAGE \* MERGEFORMAT 76

регулируемого источника питания). Вы можете подавать напряжение на этот

вывод или, если питание подается через разъем питания, через этот вывод

получить к нему доступ.

5V. Регулируемый источник питания, используемый для питания

микроконтроллера и других компонент на плате. Питание может поступать либо

с вывода VIN через регулятор напряжения, либо от USB или другого

регулируемого источника напряжения 5 В.

3V3. Напряжение питания 3,3 В, генерируемое встроенным преобразователем.

Максимальный ток 50 мА.

GND. Выводы Ground (земля).

Для получения питания по обычному Ethernet-кабелю, витой паре категории 5,

используется дополнительный(опциональный) PoE модуль.

Рис.2.3.1 Готовое устройство Ethernet платы расширения

Тем не менее, использование W5100 - вовсе не единственный способ добавить в

устройство на основе Arduino возможность взаимодействия с LAN сетью.

Фирма Microchip выпустила Ethernet-контроллер ENC28J60,


http://1.bp.blogspot.com/-ViLpJBGquaw/UQvOgpCw4PI/AAAAAAAAHDg/virzYn3Rglk/s1600/arduino_ethernet.jpg

который изготавливается не только в SMD-исполнении, но и в DIP-корпусе, что

сделало его незаменимым для DIY-любителей.

Рис.2.3.2 Микросхема ENC28J60 в DIP корпусе

Если сравнивать W5100 и ENC28J60, сразу же выяснится, что их основная общая

черта - способность работать по шине SPI и тем самым экономить пины

микроконтроллера для других задач. Но по техническим характеристикам

ENC28J60 уступает - он не может пощеголять ни аппаратной поддержкой TCP,

ни скоростью 100 Мбит.

Когда говорят о скорости 100 Мбит/с, подразумевают скорость

работы физического интерфейса (а не скорость поступления полезных данных,

которая всегда меньше). К сожалению, Arduino UNO/Mega работает на тактовой

частоте 16 МГц и способен выполнять только 16 000 000 операций в секунду.

Вероятно, он не справится со сложным потоком медиаданных, зато на обмен

небольшими порциями управляющей информации - вполне способен. Скорее

всего, не почувствуется разница между 10 и 100 Мбит/с, если считывать

состояние датчиков или давать управляющие команды. Сетевые интерфейсы, PAGE \* MERGEFORMAT 76

http://2.bp.blogspot.com/-w7yeVrqbeG4/UQvPOGio3nI/AAAAAAAAHDw/HKBHCQ7nvDU/s1600/ENC28J60SP.jpg

способные работать на 100 Мбит/с, как правило, поддерживают и 10 Мбит/с -

если только эта скорость не будет запрещена в конфигурации сетевого

устройства системным администратором.

Что касается аппаратной поддержки TCP, который обеспечивает

гарантированную доставку данных для многих протоколов, включая http, то

здесь тоже все относительно просто: микросхема W5100 работает с четырьмя

соединениями одновременно, обрабатывая перезапросы; в микросхеме

ENC28J60 такой возможности нет (хотя она и поддерживает подсчет

контрольной суммы, а также имеет буфер на 8 килобайт). То, что не делается

аппаратно - приходится реализовывать программно, хоть и нагружая МК

Arduino. Для программиста прикладного уровня (читаем - для рядового Arduino-

пользователя типа нас с вами) это решается использованием соответствующей

библиотеки, с оглядкой на свободную память микроконтроллера. Опытным

путем я установил, что разница по объему скетчей хоть и есть, но не такая

драматически большая, как мне показалось с первого взгляда.

Необходимая обвязка микроконтроллера для сопряжения с Ethernet драйвером

28J60:

схема тактирования (кварц 25 МГц + емкости);

питание +3,3В;

шина SPI c согласованием уровней логических сигналов (+5В у Arduino и

+3,3В у контроллера Ethernet);

развязка с линией (трансформатор, разрядник и резисторы - желательно

1%-ые);

внешний "точный" (1%-ый) резистор для работы опорного источника

напряжения.


Собственно, все эти компоненты вполне реально существуют в выводном

исполнении.

Рис 2.3.3 Сетевое устройство на общей плате (самодельный вариант)


http://2.bp.blogspot.com/-NyJhADQb_-I/UQvVcXSLYhI/AAAAAAAAHEA/F5lq8nuII1E/s1600/instuctables_ethernet.jpg

Рис. 2.3.4 Структурная схема платы расширения Ethernet драйвер


http://3.bp.blogspot.com/-nosvZXicrjk/UQvYuCfP3zI/AAAAAAAAHEo/roe9rJEWhCA/s1600/openelectronics_schematic.png

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА НАПИСАНИЯ ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛНОЙ СИСТЕМЫ

3.1 Руководство по программному обеспечению для программиста

Создание и трансляция проекта

После запуска Arduino IDE для создания нового проекта необходимо в главном

окне программы зайти в меню "Файл" и выбрать пункт "Новый проект". Как

следствие откроется окно нового проекта в котором в последствии будет

создаваться сам проект.

Рис 3.1.1 Главное окно программы


Т.к. существует большое количество разнообразных микроконтроллеров их

необходимо указать для правильно компелирования готового проекта.

Рис 3.1.2 Выбор нужной платы с микроконтроллером

Т.к. я программирую на ATmega1280 то следовательно я ее выбираю из списка

"Инструменты/ Платформа/ Arduino Mega (ATmega1280)".

Более того при установке программного обеспечения программатора в

диспетчере устройств появляется виртуальной COM порт с уникальным

номером. Если периферийных устройств много то COM портов так же может

быть много, следовательно их необходимо выбрать из выпадающего списка в

окне программы.

Рис 3.1.3 Выбор COM порта с микроконтроллером

После того как программатор был обнаружен приступаем к написанию

программного кода для микроконтроллера.


Программа в микроконтроллере состоит из четырех основных блоков. Во

первых необходимо подключить внешние библиотеки которые расширяют

программу скрывая в себе часто повторяющиеся действия. Во вторых

необходимо настроить порты Ввода-Вывода микроконтроллера как на выход

если необходимо выводить значения с микроконтроллера на периферийные

устройства либо на вход если микроконтроллер считывает значения с

периферийных устройств и обрабатывает их. В третьих самой главной частью

программы микроконтроллера является та которая выполняется в бесконечном

цикле. Любая программа в микроконтроллере будь то бегущий огонек либо Веб

Сервер специально пишутся в бесконечном цикле. Наконец в четвертых после

того как программа выполнит вычисления она выдает значение в виде сигналов

на порты выхода в виде дискретных значений сигналов от 0 до 5 вольт, которые

в свою очередь можно преобразовать в напряжения больших потенциалов.

Примеры программного кода

Библиотеки в программе подключаются с помощью ключевого слова #include.

При создании моего проекта были использованы 2 библиотеки SPI и Ethernet.

Первая описывает протокол взаимодействия микросхемы ENC28J60 с

микроконтроллером по шине SPI. Вторая библиотека запускает службы Ethernet

по которым микроконтроллер взаимодействует с микросхемой Ethernet

драйвера.

#include <SPI.h>

#include <Ethernet.h>

Так же в этой части программы можно указать статические переменные и задать

им начальные значения. Микроконтроллер при включении обратится к этой PAGE \* MERGEFORMAT 76

части программы один раз, считает значения переменных и запишет данные во

Флеш память программ.

В моей микросхеме на 13 порту микроконтроллера установлен светодиод-

индикатор. для того чтобы не обращаться непосредственно к порту

микроконтроллера я ввожу новую переменную и называю ее LedPin. Данная

переменная имеет расширение integer - целочисленная переменная. Как и в

любой сетевой карте необходимо задать MAC и IP адреса для правильного ее

функционирования. MAC адрес это шестнадцатеричное число

характеризующее само устройство - ее индивидуальный номер. Данное число

должно отличаться от других MAC адресов в сети во избежание конфликтов в

сети. Данное число состоит из 48 бит. Следующее значение это IP адрес, он

необходим для размещения устройства в сети. IP адрес состоит из 4 актетов по 8

бит в каждом.

int LedPin = 13;

byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };

IPAddress ip(192,168,1, 177);


4 Безопасность жизнедеятельности

Влияние метеорологических условий на организм человека

В организме человека непрерывно протекают окислительные процессы,

сопровождающиеся образованием тепла. Вместе с тем непрерывно происходит и

отдача тепла в окружавшую среду. Совокупность процессов, обуславливающих

теплообмен человека с окружающей средой, называется терморегуляцией.

Сущность терморегуляции заключается в следующем. В обычных условиях в

организме человека поддерживается постоянное соотношение между приходом

и расходом тепла, благодаря чему температура тела сохраняется на уровне

36...З7°С, необходимом для нормального функционирования организма. При

понижении температуры воздуха организм человека реагирует на это сужением

поверхностных кровеносных сосудов, в результате чего уменьшается приток

крови к поверхности тёла и температура их снижается. Это сопровождается

уменьшением разности температур между воздухом и поверхностью тела и,

следовательно, уменьшением теплоотдачи. При повышении температуры

воздуха терморегуляция вызывает в организме человека обратные явления.

Тепло с поверхности тела человека, отдаётся путем излучения, конвекции и

испарения.

Под излучением понимается поглощение лучистого тепла организма человека

окружающими его твердыми телами (пол, стены, оборудование), если их

температура ниже температуры поверхности тела человека.

Конвекция — непосредственная отдача тепла поверхности тела менее нагретым

притекающим к нему слоям воздуха. Интенсивность теплоотдачи при этом


зависит от площади поверхности тела, разности температуры тела и

окружающей среды и скорости движения воздуха.

Испарение пота с поверхности тела также обеспечивает отдачу тепла

организмом окружающей среде. На испарение 1г влаги требуется около 0.6 ккал

тепла.

Тепловое равновесие организма также зависит от наличия вблизи рабочих мест

сильно нагретых поверхностей оборудования или материалов (печи,

раскаленный металл и т.д.). Такие поверхности отдают при излучении тепло

менее нагретым поверхностям и человеку. Самочувствие человека, не

защищенного от воздействия тепловых лучей, будет зависеть от интенсивности

облучения и его продолжительности, а также от площади облучаемой

поверхности кожи. Длительное облучение даже небольшой интенсивности

может привести к ухудшению самочувствия.

Наличие в помещении холодных поверхностей также отрицательно влияет на

человека, увеличивая отдачу тепла излучением с поверхности его тела. В

результате этого у человека появляется озноб и ощущение холода. При низкой

температуре окружающей среды теплоотдача организма усиливается,

теплообразование не успевает компенсировать потери. Кроме того,

переохлаждение организма в течение длительного времени может привести к

простудным заболеваниям и ревматизму.

На тепловое равновесие человека существенное влияние оказывает влажность

окружающего воздуха и степень его подвижности. Наиболее благоприятные

условия для теплообмена при прочих равных условиях создаются при влажности

воздуха 40...60% и температуре около +18°С Воздушная среда характеризуется

значительной сухостью при ее влажности ниже 40%, а при влажности воздуха


выше 60% — повышенной влажностью. Сухой воздух вызывает повышенное

испарение влаги с поверхности кожного покрова, слизистых оболочек

организма, поэтому у человека возникает ощущение сухости этих участков. И

наоборот, при повышенной влажности воздуха испарение влаги с поверхности

кожи затруднено.

Подвижность воздуха в зависимости от его температуры может по-разному

влиять на самочувствие человека. Температура движущегося воздуха должна

быть не выше +З5°С. При низкой температуре движение воздуха ведет к

переохлаждению организма вследствие повышения теплоотдачи путем

конвекции, что подтверждается характерным примером: человек легче

переносит холод при неподвижном воздухе по сравнению с ветреной погодой

при той же температуре. При температуре воздуха выше +35'С единственным

путем теплоотдачи с поверхности тела человека является практически

испарение.

В горячих цехах, а также на отдельных рабочих местах температура воздуха

может доходить до 30...40°С. В таких условиях значительная часть тепла

отдается за счет испарения пота. Организм человека в таких условиях может за

смену терять до 5...8л воды путем потоиспарения, что составляет 7...10% веса

тела. При потении человек теряет большое количество солей, витаминов,

жизненно важных для организма. Организм человека обезвоживается и

обессоливается.

Постепенно он перестает справляться с отдачей тепла, что приводит к перегреву

тела человека. У человека появляется ощущение слабости, вялости. Его

движения замедляются, а это приводит, а свою очередь, к снижению

производительности труда.


С другой стороны, нарушение водно-солевого состава организма человека

сопровождается нарушением деятельности сердечно-сосудистой системы,

питания тканей и органов, сгущением крови. Это может привести к «судорожной

болезни», характеризующейся появлением резких судорог, преимущественно в

конечностях. Температура тела при этом повышается незначительно, или не

повышается вовсе. Меры первой помощи при этом направлены на

восстановление водно-солевого баланса и заключаются в обильном введении

жидкости, в отдельных случаях — во внутривенном или подкожном введении

физиологического раствора в сочетании с глюкозой. Большое значение при этом

имеет также покой и ванны.

Резкие нарушения теплового баланса вызывают заболевание, называемое

тепловой гипертермией, или перегревом. Это заболевание характеризуется

повышением температуры тела до +40...41°С и выше, обильным

потоотделением, значительным учащением пульса и дыхания, резкой слабостью,

головокружением, потемнением в глазах, шумом в ушах, иногда помрачением

сознания. Меры первой помощи при этом заболевании сводятся, в основном, к

предоставлению заболевшему условий, способствующих восстановлению

теплового баланса: покой, прохладные души, ванны.


Организация рабочих мест

Большое значение в работе управленческого аппарата имеет организация рабо-

чих мест сотрудников и создание благоприятных условий труда.

Организация рабочего места — это система мероприятий по оснащению рабоче-

го места средствами и предметами труда и их функциональному размещению

с учётом антропометрических данных исполнителя.

Основными факторами при разработке планировки рабочего места являются тех-

нология и характер выполняемых работ, взаимосвязи в процессе труда, правила

пожарной безопасности и промышленной санитарии, специфические требования

органов государственного надзора к специальным помещениям и службам.

Согласно рекомендациям учёных для рациональной организации рабочих мест

необходимо:

в размещении рабочего места учитывать нормативную площадь на одного

работающего; правильную освещённость (естественный свет должен па-

дать слева или спереди); незагромождённость пространства ненужными

для непосредственных рабочих операций предметами; обеспечение сво-

бодного и безопасного доступа к местам включения средств оргтехники

в сеть; по возможности исключения отвлекающего неблагоприятного воз-

действия уличных раздражителей, теплового излучения от приборов отоп-

ления и светового излучения от экранов мониторов, телевизоров и других

аудиовизуальных средств;

выбрать форму и габариты мебели с учётом антропометрических показате-

лей для обеспечения удобного положения корпуса работника при работе,

создания хорошего зрительного восприятия и свободного положения;


подобрать оргтехнику, средства механизации с максимально возможной

степенью их типизации;

организовать места сотрудников в соответствии с технологическим про-

цессом выполняемых ими работ;

совершенствовать условия труда, создавая благоприятные санитарно-гиги-

енические условия труда.

Нормативная площадь на одного работающего составляет не менее 4-х кв. м.

Схемы размещения рабочих мест должны предусматривать расстояние между

рабочими столами с видеомониторами не менее 2,0 м. Площадь на одно рабочее

место для пользователей ПЭВМ должна составлять не менее 6,0 кв. м, а объ-

ём — не менее 20,0 куб. м.

Высота рабочего стола рекомендуется в пределах 68-73 см, столешница должна

быть твердой и гладкой, преимущественно из дерева. Покрытие поверхности

стола должно быть матовым (серого, зелёного, коричневого цвета с коэффициен-

том отражения 20-50 %) и легко чиститься; углы и переднюю верхнюю грань

столешницы следует выполнять закругленными. Высота пространства под сто-

лом для ног рекомендуется 60 см (на уровне колен) и не менее 80 см на уровне

ступней. Всё, что постоянно требуется сотруднику во время работы, должно рас-

полагаться в пределах вытянутой руки, чтобы можно было взять необходимое,

не вставая.

Важным элементом рабочего стола является внутренняя организация отделений

рабочего стола, зависящая от его конструкции, вместимости, характера обраба-

тываемых документов. В рабочем столе также должен быть строгий порядок.

Большой ящик лучше приспособить для вертикального хранения материалов,

в остальных ящиках должны быть различные специальные приспособления —

для карточек, малой оргтехники, канцелярских принадлежностей. Целесообраз-


но выделить один ящик для хранения личных вещей. Все ящики должны легко

выдвигаться, даже если они тяжело нагружены.

Дела и папки, хранящиеся как в столе, так и в шкафах, на полках, должны иметь

яркую маркировку различной расцветки с кодовыми отметками, номерами дел

по номенклатуре, что поможет быстро найти нужное дело или документ.

Компьютеры с плоскими (ТFТ) мониторами стали занимать значительно меньше

места на рабочем столе. Но все-таки и монитор, и системный блок, и клавиатуру

лучше вынести на специальный стол-приставку, освободив площадь основного

рабочего стола для документов.

Может показаться преувеличением, но такой простой вид мебели, как стул, игра-

ет большую роль в организации рабочего места управленческого работника.

От выбора стула в немалой степени зависит эффективность труда — неудобная

поза утомляет, делает человека менее работоспособным. Стул должен быть вра-

щающимся и иметь спинку, передвигаемую в вертикальном и горизонтальном

направлениях, что позволит подогнать его под любой рост. Сиденье стула дол-

жно быть слегка закруглённым с краёв, чтобы не затруднять кровообращение бё-

дер, и с несколько вдавленным сиденьем в месте размещения центра тяжести.

Для управленческих работников изготовляют стулья и кресла с подлокотниками,

для работы на компьютере — без подлокотников, чтобы не стеснять движения.

Сиденье стула должно быть покрыто латексом толщиной около 1 см, сверху ко-

торого накладывается влагонепроницаемый материал (меланжевая ткань, нату-

ральное волокно).

Как известно, основной способ повышения производительности любого труда,

в том числе управленческого — его механизация, а сегодня и автоматизация.

Учитывая многообразие функций работников службы ДОУ, автоматизации и ме-


ханизации рабочих мест придается особое значение. Эти средства позволяют

значительно сократить трудозатраты и время на составление, оформление, по-

иск, хранение и передачу документов. Сегодня поддаются автоматизации и ме-

ханизации почти все формально-логические и технические процедуры создания

документов и работы с ними. Поэтому рабочее место должно быть соответствен-

но оснащено оргтехникой.

Выделяют следующие виды (классы) средств труда:

средства составления документов: пишущие машинки (ручные и электри-

ческие), диктофоны, средства копирования и размножения документов,

ручки автоматические, карандаши;

средства обработки и оформления документов: резальное, скрепляющее

и склеивающее оборудование и материалы, адресовальные и штемпельные

устройства, машины для нанесения защитных покрытий;

средства хранения и группировки документов: средства скрепления доку-

ментов (сшиватели, специальные папки с зажимами), разного рода карто-

теки, специальные шкафы и стеллажи для хранения документов, чертежей,

магнитных лент, машины для уничтожения ненужных документов;

средства выполнения вычислительных операций: счётно-справочные ли-

нейки, микрокалькуляторы разных видов, механические вычислительные

машины, ПЭВМ;

средства обеспечения оперативной связи: телефонная связь, радиосвязь,

директорские коммутаторы, позволяющие вести разговор (проводить сове-

щания) с несколькими абонентами одновременно, концентраторы, автоот-

ветчики, двусторонняя радиотелефонная поисковая связь и др.;

специальная служебная мебель: мебель и оборудование для рабочих мест

в служебных помещениях.


Необходимо отметить, что при рациональной планировке рабочего места необ-

ходимо соблюдать следующие правила:

на рабочей поверхности стола не должно быть ничего лишнего;

каждый предмет и средство труда должны иметь своё место, поскольку

беспорядочное расположение их вызывает лишние движения и затраты

времени. В зарубежной практике используется закон «свободного стола»:

на столе может находиться лишь одна работа с необходимыми для неё до-

кументами и средствами труда, всё остальное должно быть внутри стола;

канцелярские принадлежности следует хранить в органайзере или ящике

стола со специальными разделителями;

все средства коммуникационной техники (телефон и др.) надо располагать

слева или на специальной подставке, чтобы можно было пользоваться ими

левой рукой, оставляя правую свободной для работы;

документы, с которыми работает сотрудник, помещаются в зоне, обеспе-

чивающей их обзор, для обработанных документов целесообразно иметь

специальные лотки или отделения в ящике;

документы и средства труда располагаются так, чтобы обеспечивалась на-

илучшая последовательность выполнения работы;

движения работника должны быть оптимальными, т. е. более короткими

и экономными с позиций затрат времени и сил;

Чёткая организация рабочего места позволит без лишних затрат времени найти

нужный документ, навести любую справку, выполнить любую операцию с доку-

ментами и значительно больше успеть за день.

Располагая рабочие места, учитывают размеры, рекомендуемые для проходов:


ширина прохода для одного человека — 60 см;

ширина прохода для двух человек — 80 см;

ширина прохода для трёх человек — 100 см;

между столами — 55 см;

между отопительными приборами и рабочим столом — 55 см;

между стеной и столом — 65 см.

Важнейшим фактором обеспечения производительной и качественной работы

при сохранении здоровья являются соответствующие санитарно-гигиенические

нормы условий труда.

К санитарно-гигиеническим и эстетическим составляющим рабочего места отно-

сятся:

нормальное освещение;

благоприятная окраска рабочего помещения;

устранение шумов;

вентиляция воздуха;

температура воздуха;

озеленение помещения

установление правильного режима труда и отдыха.

Санитарно-гигиенические факторы Нормативные показатели

Температура воздуха, °С:

летом

зимой

22-25

18-21

Относительная влажность воздуха, % 40-60

Скорость движения воздуха, м/с, не более 0,2

Освещенность рабочей поверхности, лк:


люминесцентными лампами

лампами накаливания

300

150

Уровень шума, дБ, не более 40-65

Содержание вредных примесей, мг/куб. м пыли 15-20

Коэффициент отражения стен, %, не более 60

Важным условием благоприятного мик ро кли ма та на рабочем месте является оп-

тимальное освещение. Освещение может сделать более интересным абсолютно

функциональное помещение. Освещение оказывает влияние на цвет стен, цвет

мебели и на то, как люди выглядят в этом помещении. Флуоресцентные лампы

дают холодный резкий свет, а вольфрамовый свет лампы делает помещение тёп-

лым. Помещения, где эксплуатируются ПЭВМ, должны иметь естественное и ис-

кусственное освещение.

Искусственный свет должен быть достаточно ярок, чтобы можно было работать,

однако не настолько, чтобы экран компьютера и бумага «бликовали», а у посети-

телей начиналась головная боль. Солнечный свет также неплохо приглушать

в определенные часы, чтобы он не слепил глаза и не перегревал помещение. Ис-

кусственное освещение должно осуществляться системой общего равномерного

освещения. При работе с документами допускается применение системы комби-

нированного освещения, т. е. к потолку вплотную прикрепляются лампы дневно-

го освещения (люминесцентные), а на рабочем столе (или над ним, или рядом

с ним) размещают лампу накаливания.

Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа дол-

жна быть 500 люкс. Для борьбы с монотонностью работы в помещении жела-

тельно предусмотреть динамическое (изменяющееся во времени) освещение.

Для этого светильники общего и местного освещения должны иметь плавную

(ручную или автоматическую) регулировку силы света, обеспечивающую воз-


можность снижения освещённости рабочих поверхностей до 300 люкс. Свет дол-

жен падать на рабочие поверхности стола и средств оргтехники с левой стороны

или спереди. При этом источник света следует располагать под углом более 30 °

от горизонтальной линии взора.

Чем больше в помещении естественного света, тем лучше. Со времени открытия

«сезонной болезни», страдающие которой впадают в хандру в зимний период из-

за недостатка естественного освещения, производители осветительных приборов

освоили выпуск спектральных ламп, которые имитируют естественное освеще-

ние. Новейшие галогенные лампы дают более мягкий тёплый свет, который по-

лезнее и приятнее для глаз.

Микроклимат характеризуется такими величинами как температура, от но си тель -

ная влаж ность и скорость воздуха. Оптимальный температурный режим в поме-

щении является предпосылкой хорошей работоспособности. Высокая температу-

ра в помещении вызывает сонливость, усталость, снижает работоспособность.

В холодном помещении рассеивается внимание, что вредно для людей, занятых

умственным трудом.

В санитарных нормах по микроклимату в служебных помещениях определены

требования к влажности и скорости воздуха. Эти физические величины согласно

законам физики оказывают непосредственное влияние на теплообмен человечес-

кого организма. Температура и влажность являются величинами, зависящими

как от времени года, суток, так и от погодных условий. Кроме того, источниками

тепла в служебных помещениях может быть различное оборудование, потребля-

ющее энергию, часть которой в виде тепла выделяется в окружающую среду,

и сам человек, выделяющий в час до 1 200 кДж. Наиболее комфортной для чело-

века является температура 19-20 °С. Учитывая сезонные и суточные колебания,

температура в служебных помещениях не должна превышать 22 °С в жаркие


дни, и не должна быть ниже 18 °С в холодное время, независимо от количества

людей, находящихся в помещении.

Уровень температуры связан с влажностью воздуха. При более низких темпера-

турах допускается большая влажность, при высоких влажность воздуха должна

быть ниже. В физиологическом плане большая влажность при высокой темпера-

туре оказывает гнетущее воздействие. Психологически при одной и той же тем-

пературе влажный воздух кажется жарким, сухой — холодным. Минимальная

влажность не должна быть ниже 25-30 %, нормальная — в пределах 40-60 %.

Есть ещё одна характеристика, на которую необходимо обратить внимание —

чистота воздуха. При работе с бумажными носителями, а также в помещениях,

где расположены средства оперативной полиграфии и высокочастотные устрой-

ства, воздух наполняется различными токсическими веществами и биологичес-

кими агентами (бактерии), которые проникают в организм человека и оказывают

раздражающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей, глаз, кожу.

Особенно опасно, когда токсичные вещества через дыхательные пути или по-

врежденную кожу попадают непосредственно в кровь, что вызывает нарушение

деятельности всего организма или его систем.

Наиболее распространенным вредным фактором воздушной среды в современ-

ном офисе является озон. Озон выделяется средствами оргтехники, которые

по технологическому процессу образовывают электрические заряды и ультрафи-

олет.

Другим наиболее распространённым видом загрязнения воздуха является пыль,

в том числе и бумажная. Воздействие пыли зависит от её токсичности и концен-

трации в воздушной среде. На частичках пыли находятся споры, бактерии, гриб-

ки, которые с потоком воздуха разносятся внутри помещения.


Совсем недавно учёные открыли существование микроскопического пылевого

клеща. Живёт такой клещ в мягкой мебели, ковровых дорожках. Попадая на сли-

зистую дыхательных путей, он вызывает чихание, на оболочку глаз — слёзовы-

деление, может вызвать, например, насморк и другие аллергические реакции.

При постоянном попадании в лёгкие возникают специфические заболевания.

Вести борьбу с вредными микроскопическими веществами можно путём обще-

гигиенических мероприятий: влажная уборка, проветривание, регулярная чистка

пылесосом.

Приёмная должна регулярно проветриваться или иметь кондиционирование.

Свежий воздух для небольшого помещения, где нередко скапливается много со-

трудников, посетителей, очень важный фактор для нормальной работы. Кратко-

временное открывание окон (5-8 мин) переносится легче, чем постоянный лёг-

кий воздушный поток (сквозняк).

Уровень шума на рабочем месте не должен превышать 50 дБ. Борьба с шумом

в помещении ведётся путём звукоизоляции шумящего оборудования и рабочих

мест. Для уменьшения шума непосредственно в его источнике можно положить

войлочные или поролоновые прокладки, поставить глушители на телефонные

аппараты, смазать двери, подклеить фланелью или аналогичным материалом

ножки стульев. Для защиты от внешнего шума рекомендуется использовать бе-

руши, которые снижают воспринимаемость внешних шумов на 50 %.

Стоит потрудиться и над озеленением служебного помещения, так как живые

цветы не только красят помещение, но и значительно улучшают микроклимат

в нём. Особенно это важно, если офис находится в центральной части города.

Растения снижают шум, улучшают состав воздуха, увлажняют его, испаряя воду

листьями, что особенно актуально в помещениях с паровым отоплением. Расте- PAGE \* MERGEFORMAT 76

ния для офиса надо подбирать умело, учитывая площадь помещения, на какую

сторону выходят окна, не являются ли цветы аллергенами.

В некоторых странах также выработаны определённые рекомендации по приме-

нению цветущих растений в режиме труда и отдыха деловых людей. Так, напри-

мер, ярко-красные цветы — гвоздики, пионы, тюльпаны, флоксы и т. п. — жела-

тельно ставить в комнату во время деловых переговоров, «мозгового штурма».

Они способствуют быстрейшему повышению работоспособности. Рекомендуют

их вносить в офис в конце трудовой недели для профилактики утомления. Счи-

тают, что цветы, имеющие розовую окраску, — розы, астры, левкои, герань

и пр. — противостоят меланхолии. При плохом настроении, депрессии, вялости

рекомендуют поставить в кабинет оранжевые цветы — календулу, настурцию

и др., оказывающие тонизирующее действие. При напряжённой зрительной ра-

боте советуют периодически переключать внимание на золотарник, золотой шар,

хризантему и т. п., что предотвращает утомление глаз. Композиции из цветов,

имеющих синий и голубой оттенок, — васильки, колокольчики, незабудки

и др. — применяют, если нужно снять напряжение во время совещания, деловой

встречи, а также после работы.

Цветовое оформление не только улучшает внешний вид служебного помещения,

но и повышает производительность труда, сокращает утомляемость, оказывает

на человека огромное эмоциональное влияние.

Цвет выполняет три функции: физиологическую, психологическую и эстетичес-

кую. Выбор цветов для отделки офиса определяется архитектурными особеннос-

тями помещения, освещения, климатическими условиями и в немалой степени

от направления деятельности сотрудников.


При пониженной температуре воздуха предпочтение отдаётся тёплым тонам —

жёлтому, бежевому, розовому, оранжевому. Для тёплого, солнечного помещения

подойдут белый, серый, голубой, зелёный цвета.

В небольших помещениях светлые, малонасыщенные тона создают ощущение

удаленности, увеличения пространства. Более насыщенные тона сделают боль-

шое пространство более уютным.

Рекомендуется использовать тёплые тона с жёлтоватым оттенком в помещениях,

где отсутствует естественное освещение. Желательно выбрать тёплые тона

и в помещениях, где предположительно будет высокий уровень шума.

Таким образом, рациональная организация труда работников складывается

из организации рабочего места и создания благоприятных условий труда.


Список литературы

1. http://www.ydom.ru/

. http://www.insyte.ru/ru/smarthome/

. http://hosm.ru/forum/topic105.html

. http://www.shouse.by/main/section.do?mainId=7&selId=144

. http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=2260297 (историческая справка)

. http://ltdholding.kz/smart-home.html (принцип действия)

. http://hosm.ru/info/aircontrol.html (вентиляция и кондиционирование)

. www.intelkey.ru (центральный пылесос)

. www.elite-systems.ru (связь и АТС)

. http://www.re-e.ru/glav/system/water/sneg/ (ледостай)

. http://www.tria-komm.ru/complex.htm (о контроллерах)

. http://www.benuks.ru/oborud.html#1

. http://www.elin.ru/iB-Net/?topic=organization


Приложения

Приложение 1

Рис. 1. Схема децентрализованной системы Умного Дома без

управляющего контроллера

Рис. 2. Схема централизованной системы Умного Дома с главным

компьютером

Рис. 3. Схема использования MegaD-328 без сервера. Управление


автоматически и через встроенный Web-интерфейс


Рис. 4. Схема использования MegaD-328 с сервером. Управление

нагрузками как напрямую, так и по команде с сервера.

Рис. 5. Схема работы в случае функционирующего сервера и в случае его

отказа


Рис. 6. Традиционная схема мастер-слейв. Для работы с кнопками

требуется постоянный опрос шины

Рис. 7. MegaD-328 в сети Ethernet сам сообщает об активности входов,

посылает и принимает команды от любых устройств в сети


Приложение 2

Презентация

Рис 8. Схема умного дома




Рис 13. Схема передачи сигнала по 1-wire

Рис 14.Схема подключения 1-wire устройств к ПК


Рис 13. Схема подключения устройств по Ethernet


Разработка интелектуальной системы управления...

Documents