АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И РЕГУЛИРОВАНИЯ КЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИИ

В условиях стремительного развития технологий, увеличения их доступности и интеграции все больше становится актуальной разработка системы, позволяющей контролировать и регулировать климат в помещении. Актуальность разработки обусловлена отсутствием автоматизированных систем, предназначенных для решения в полном объеме указанных задач с помощью облачной технологии.

Основное назначение системы АСМиРКвп является автоматизация процесса контроля и управления климатом на предприятиях. АСМиРКвп обеспечивает надежную работу, самостоятельно контролирует климатические условия и управляет ими, исходя из заданных параметров, а также, при необходимости, воспроизводит климатические условия, характерные для других географических местоположений. Существует множество систем, позволяющих проводить удалённое управление температурой и получать различные уведомления. Все они позволяют контролировать климат в помещении и управлять ими. Но в имеющихся решениях нет возможности аналитической обработки данных, а также практически не реализована их защита, что учтено при разработке АСМиРКвп путем применения облачных технологии от IBM.

Данная система обеспечивает удаленное управление приборами, позволяющими регулировать климат, с помощью сервера, на котором настроена облачная технология от IBM Bluemix, где хранятся основные подсистемы анализа и визуализации данных.

Выбор архитектуры системы

Так как для разработки АСМиРКвп применяется облачная платформа, в которую все клиентские устройства передают данные через Интернет для аналитической обработки, то целесообразно использовать клиент - серверную архитектура. Это означает, что пользователи используют веб-браузер для доступа к ресурсу, на котором выполняется обработка на сервере. При этом в случае обновления системы, достаточно обновить её только на сервере. Также база данных может располагаться там же, что обеспечит консистентноность данных для всех пользователей системы. Ещё одним преимуществом данного подхода является то, что клиент не нуждается в дополнительном оборудовании и ПО. Все, что ему необходимо – это наличие Интернет соединения и веб-браузера. Таким образом, вся инфраструктура системы должна быть настроена только на сервере. В частности, компиляторы языков программирования, СУБД, веб-сервер и другие. В случае клиент-серверного приложения для администрирования всей системы достаточно одного человека, который выполняет роль администратора и разработчика одновременно и осуществляет поддержку системы. В частности, ему необходимо проводить мониторинг состояния системы, восстанавливать систему в случае сбоев, а также исправлять имеющиеся в ней ошибки. Таким образом, одной из основных элементов архитектуры системы является описание процесса разработки веб-приложения, которое содержит в себе базу данных, аналитическую обработку данных и разделение прав между администратором и пользователем, а также описание проектирования и сбора аппаратной части системы.

Рисунок 1. Диаграмма вариантов использования системы

2 Выбор языка и технологии программирования

При разработке любых информационно – технических систем необходимо грамотно выбрать языка программирования для реализации проекта. От правильного выбора языка программирования до корректного использования среды разработки можно достаточно сильно упростить объем работы, путем подключения различных библиотек. Особенно этот вопрос становится важным при проектирования программно–аппаратного продукта, где часто необходимо объединять несколько языков программирования вместе так, чтобы конечный продукт функционировал правильно.    

Все языки программирования можно разделить на две группы: интерпретируемые и компилируемые.  Интерпретируемые языки обладают рядом достоинств, основным из которых является их простота и скорость изучения. Однако они намного медленнее, чем компилируемые языки, а также в большинстве из них не существует возможности одновременной работы нескольких потоков, что может быть полезным при написании веб-сервера. Компилируемые языки более сложны, обладают строгим синтаксисом, из-за чего процесс разработки дольше, чем на интерпретируемых языках, зато с их помощью возможно создать более быстродействующую и надёжную систему.

Основным языком для написания АСМиРКвп является JavaScript, Python, C++ с применением различными библиотек (например, jQuery, RPIO, Express, Grove, DHTsensor, Websocket, RCswitch, JSChart, Bootstrap).

Для аппаратной части были выбраны языки программирования Python и C++, а для интерфейса были использованы JavaScript, HTML и CSS.   

Для одноплатного компьютера Raspberry Pi был выбран язык программирования Python. Этот выбор был основан на том, что Python является стандартным языком в ОС Raspbian. Ядро Raspbian представляет собой пересобранное ядро OC Linux, из чего следует, что Python встроен в Raspbian также, как и в Linux. Из чего можно понять, что Python работает с Raspberry на низком уровне, то есть на аппаратном уровне. Также Python достаточно прост в использовании, кроме того, большинство библиотек для Raspberry написаны на этом языке, что увеличивает масштабируемость системы.

В аппаратной части были задействованы микроконтроллер Arduino и датчики температуры, влажности и света. Для Arduino необходимо использовать язык С++, потому что он является стандартным языком для данного микроконтроллера, и на нем написаны множество библиотек для подключения датчиков.

Для Raspberry Pi язык Python является оптимальным и по быстродействию соответствует требованию проекта, несмотря на то, что Python является интерпретируемым языком. Для Arduino целесообразно выбрать язык С++, так как он быстр и надежен. 

В качестве интерфейса для пользователей были принято решение реализовать веб страницу, которая удобна тем, что она универсальна для любых систем, имеющих браузер для выхода в интернет. Именно поэтому в качестве языка для написания серверной части веб-приложения был выбран язык JavaScript. Его основными преимуществами является простой синтаксис, компилируемость в байт-код, который выполняется в NodeJS. На данный момент для многих устройств существуют версии NodeJS, исходя из чего можно сделать вывод, что язык JavaScript является кроссплатформенным. Так же NodeJS предоставляется платформой Bluemix как сервис, что позволяет ей выступать в качестве хостинга.

На рисунке 2 показано как подсистемы взаимодействуют друг с другом, а также указаны используемые языки программирования.

Рисунке 2. Диаграмма взаимодействия подсистем

Заключение

В результате произведенного исследования были раскрыты аспекты, касающиеся выбора языка программирования и cоставлена архитектура приложения.

Список литературы:

1. Падалкин Д. А.  Умный интернет вещей — кто он и с чем его едят?// Хабрахабр. – 2016. [Электронный ресурс] – Режим достуа. – URL:  https://habrahabr.ru/post/259243/ (дата бращения 12.12.2017)
2. Что такое IBM Bluemix? [Электронный ресурс] – Режим достуа:  https://www.ibm.com/developerworks/ru/library/cl-bluemixfoundry (дата бращения 22.12.2017)
3. Сэмюэл Грингард. Интернет вещей. Будущее уже здесь/ Альпина Паблишер. – 1-е изд., перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2017. – 188 с.