Аналіз архітектури управління розумним будинком

Грудень 13th, 201211:27 am

0


Аналіз архітектури управління розумним будинком

Завдання комплексного управління, моніторингу та автоматизації для приміщень може виявитися досить складною в силу великої кількості контрольованих параметрів. Передача управління електроніці дозволить точно і своєчасно знімати інформацію про параметри об’єктів, обробляти отримані дані і здійснювати необхідні дії, підтримуючи, таким чином, оптимальний стан об’єктів.

В наш час не досить володіти гарним домом виконаним студією дизайну інтер’єру квартир, а хочеться мати високо-функціональний будинок з усіма зручностями.

Вирішенням таких завдань і займаються системи електронного або розумного будинку. Використання систем управління розумним будинком дозволяє здійснювати моніторинг кліматичних параметрів (температури, вологості, тиску), централізованого автоматизованого управління у відповідності з отриманими даними, контроль і управління доступом, віддалений контроль і управління. Крім того, використання систем розумного будинку дозволяє знизити витрати енергоресурсів.

В цій статті ми спробуємо продумати систему архітектури електронного будинку, розглянути проблемам вибору компонентів, способи об’єднання різних приладів з інтерфейсом 1-Wire в єдину мережу, підключення до мережі пристроїв, що не мають інтерфейс 1-Wire.

Система електронного будинку являє собою розподілену мережу електронних пристроїв з деревоподібної топологією, що дозволяє збільшити протяжність і загальна кількість пристроїв на шині, за рахунок відключення не використовуваних у даний момент гілок.

У складі розумного будинку можна виділити наступні блоки: контроль мікроклімату, управління освітленням, охоронна система, система контролю і управління доступом (СКУД).

При побудові системи розумного будинку потрібно використати широку номенклатура пристроїв: датчик температури (DS1921, DS1820), датчик вологості (DS1923), що адресується ключ (DS2405), мітка (DS2401), аналогово-цифровий перетворювач (DS2450), інтелектуальний хаб (DS2409) .

При цьому система має модульну структуру і складається з окремих блоків, об’єднаних мережею 1-Wire. Така структура дозволяє легко змінювати конфігурацію мережі, підключати нові, заміняти й видаляти вже підключені блоки. Пропонована архітектура надає також можливість доступу до системи електронного будинку за допомогою web-інтерфейсу.

 

Для побудови мережі 1-Wire необхідно три складові: провідний шини (комп’ютер або мікроконтролер), середа передачі (двох-або трипровідною кабель) і пристрої, відповідні протоколу.

Можливо два варіанти керування електронним будинком.

По-перше, використання персонального комп’ютера в якості ведучого шини.

По-друге, використання мікроконтролера в якості основи резервної системи керування електронним будинком, що забезпечує роботу мережі при відключенні персонального комп’ютера. Дана система управляє роботою СКУД і охоронної системи в автономному режимі. Частиною охоронної системи та СКУД є звукова і візуальна сигналізація, мікрофон і GSM-модем.

Резервна система управління розумним будинком може бути виконана на базі універсального мікроконтролера (МК) Cygnal C8051F320. Пристрій містить клавіатуру і дисплей і дозволяє: переглядати список пристроїв підключених до мережі, зчитувати значення температури, управляти адресованими ключами.

Драйвер мережі 1-Wire складається з двох частин: генератора шинних циклів, службовця для передачі даних в мережу і вимірювача тривалості імпульсів. Спосіб читання інформації з мережі трохи не звичайний й полягає не у вибірці значення з шини в заданий момент часу, а у вимірі тривалості окремих імпульсів. Компаратор, що виділяє фронти має високий гістерезис, що в сукупності з даними способом вимірювання та аналізом часових інтервалів дозволяє збільшити надійність роботи.

Так як всі підключаються блоки повинні мати інтерфейс 1-Wire, то при додаванні нових блоків не потрібно зміни апаратної частини майстра шини.

Включення підтримки нових пристроїв і додавання нових функцій проводиться додаванням відповідних прикладних програм. При написанні програм програміст може користуватися готовим набором системних функцій, що надаються ОСРВ, для роботи з дисплеєм, клавіатурою і драйвером мережі. Розподіл процесорного часу відбувається засобами ОС на основі заданих пріоритетів.

Аналізуючи дані про тимчасові параметри і їх розкид можна діагностувати стан самої мережі.

Незважаючи на те, що номенклатура пристроїв, відповідних інтерфейсу 1-Wire досить широка, існує ряд приладів не здатних працювати безпосередньо з мережею.

 

Промисловістю виробляється ряд датчиків тиску як з аналоговим (струмовим, вольта) так і з цифровим інтерфейсом. Для підключення його до мережі 1-Wire будемо використовувати чотириканальний 1-Wire аналого-цифровий перетворювач з максимальним дозволом в 16 біт. Аналогічним способом можливе підключення будь-яких інших аналогових датчиків, наприклад датчиків освітленості.

Наявність таких пристроїв як електронні ключі (DS2406, DS2405), порти вводу-виводу (DS2408) і цифровий потенціометр (DS2890) дозволяє будувати керуючі пристрої. У даній системі таким керуючим приладом є пристрій керування освітленням.

У такому випадку вимикач стає приладом з інтерфейсом 1-Wire і отримує можливість віддаленого або централізованого управління. Подібним способом може здійснюватися управління іншими пристроями, наприклад системами обігріву, кондиціонування або просто електро-чайником. Для пристроїв, що вимагають більшого числа керуючих сигналів переважно використовувати цифрові порти.

Система контролю і управління доступом дозволяє (забороняє) доступ користувачеві якщо номер його електронного ключа збігається (не збігається) з номерами ключів в базі даних. В якості електронних ключів використовуються найпростіші прилади DS1990, що містять лише серійний номер пристрою. В якості ключа може використовуватися небудь прилад з вбудованою незалежною пам’яттю. Використання ключів з вбудованою пам’яттю дозволить посилити захист, використовую додаткові паролі.

Так як зчитувач електронного ключа повинен знаходиться зовні, де до нього можуть мати доступ сторонні, то необхідно відокремить частину 1-Wire мережі, що працює зі зчитувачем, від решти. Інакше є можливість силового впливу на мережу, з виведенням її з ладу; можливість «прослуховування» інформації, що передається по мережі; можливість нелегального управління мережею при підключенні додаткового провідного до зчитувача електронного ключа.

Для розмежування частин мережі використовується інтелектуальний хаб DS2409, що дозволяє підключати додаткову гілку мережі при підключенні ключів. Хаб захищений від короткого замикання і перенапруги в зовнішній мережі 1-Wire.

Використання хаба виключає можливості силового впливу та нелегального прослуховування / управління.

 

Наведені апаратно-програмні рішення досить універсальні. При створенні зроблений упор на сучасні технології, тому можливе управління через мобільний телефон та інтернет, використовуються сучасний інтерфейс USB персонального комп’ютера.

“Автор написаного не відомий” – детально в правилах користування UaStudent.com.