СПОСОБЫ ДИСТАНЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫМ КОМПЛЕКСОМ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЗАМКНУТОЙ ЭКОСИСТЕМОЙ

METHODS OF REMOTE INTERACTION WITH A HARDWARE-SOFTWARE COMPLEX FOR AUTOMATION OF CONTROL AND MANAGEMENT OF A CLOSED ECOSYSTEM

Olga Zavadskaya

student, Faculty of Software Engineering and Computer Systems, University ITMO (National Research University ITMO),

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

Рассмотрен функционал аппаратно-программного комплекса автоматизации контроля и управления замкнутой экологической средой. Выделены основные способы дистанционного взаимодействия с АПК в рамках локальной сети. По результатам анализа положительных и отрицательных сторон каждого метода, выбраны несколько способов для реализации.

ABSTRACT

In this work, various functions of the hardware-software complex for automation of control and management of a closed ecosystem are considered, ways of remote interaction with such complex in the local network are highlighted, the best ways are selected.

Ключевые слова: автоматизация, аппаратно-программный комплекс, дистанционное управление.

Keywords: automation, hardware-software complex, remote control.

На сегодняшний день происходит повсеместная автоматизация рутинных операций в самых различных областях. Для поддержания в помещениях комфортной психологической атмосферы зачастую производится установка аквариума. Внедрение комплексной автоматизации управления состоянием замкнутой экологической среды, на основе управляющих устройств и различных датчиков, позволяет минимизировать финансовые, а также временные издержки при уходе за резервуаром.

Большинство физико-химических показателей воды можно держать в допустимых пределах, управляя некоторыми физическими параметрами. Внедрение комплекса, который автоматизирует рутинные действия – такие, как управление освещением, компрессором, фильтрующей установкой и обогревательным устройством – является сравнительно недорогим процессом.

В качестве освещения рационально использование светодиодных элементов. Применение широтно-импульсной модуляции позволит реализовывать имитацию таких природных явлений, как рассветы и закаты.

Фильтрующая установка и компрессор отключаются в ночное время с целью экономии электроэнергии и снижения шума от АПК. Для управления электрическими розетками используются твердотельные реле. Их срок службы велик, а цена минимальна.

Для своевременного включения и отключения оборудования применяются часы реального времени, а также синхронизация NTP-серверами глобальной сети.

В зависимости от данных датчика температуры производится управление нагревательным элементом. Сам датчик расположен непосредственно в аквариуме.

В качестве управляющего устройства, которое задает логику работы всех компонентов, выступает Arduino Nano [4]. Для реализации возможности конфигурирования параметров в рамках локальной сети используется ESP8266.

Для размещения компонентов применяется электрический щиток с розетками. На его базе установлена LCD-панель и кнопки для осуществления ручного управления контроллером.

Для удаленного взаимодействия обычно используются специализированные пульты управления, персональные компьютеры или мобильные устройства. Также существуют такие кроссплатформенные решения, как использование web-страниц [2].

Специализированные пульты управления заточены на выполнение строго определенных функций и предназначены для конкретного экземпляра оборудования.

Программа, написанная для стационарных персональных компьютеров или ноутбуков, позволяет пользователю в рамках локальной сети производить дистанционное управление, не покидая рабочее место.

Оба способа взаимодействия ограничивают мобильность пользователя, который будет вынужден либо находится в непосредственной близости от управляемого устройства, либо рядом с персональным компьютером, на котором установлено требуемое программное обеспечение.

На сегодняшний день использование мобильного приложения для операционных систем Android или iOS является одним из самых распространённых способов взаимодействия.

Для операционной системы Android используются различные среды разработки – например, Android Studio, Eclipse, AIDE и другие. В каждом из них имеется поддержка несколько языков программирования.

Написание мобильного приложения для операционной системы iOS производится на наитивных языках программирования – таких, как Swift и Objective-C. Существует возможность использовать кроссплатформенные языки программирования. Для этого необходимо провести компиляцию приложения под iOS. Оптимизированный код на этих языках будет функционировать медленнее, чем на наитивных.

Использование кроссплатформенных языков программирования для iOS позволит сократить временные затраты на разработку двух отдельных приложений под разные операционные системы. Для взаимодействия с АПК производительность программного продукта не является критическим фактором.

Процесс взаимодействия пользователя с web-страницами построен по принципу «вопрос-ответ». Все вычисления производятся на стороне web-сервера, на стороне пользователя только отображается информация [3].

Преимуществом использования web-страниц для взаимодействия с АПК является их кроссплатформенность. Нет привязки к определенной операционной системе или устройству. Получить доступ к web-страницам можно как с мобильных устройств, так и с персональных компьютеров, ноутбуков – с любого устройства, имеющего доступ к сети. Недостатки использования web-страниц заключаются в отсутствии поддержки старых операционных систем, а также в высоких требованиях браузера к вычислительной мощности устройства.

Для взаимодействия с аппаратно-программным комплексом автоматизации контроля и управления замкнутой экологической средой будет использоваться мобильное приложение, написанное на языке программирования Java в бесплатной интегрированной среде разработки Android Studio [1]. Данное решение позволит при необходимости осуществить перенос на иную платформу для расширения функционала и увеличения охвата поддерживаемых устройств.

Для кроссплатформенного взаимодействия написаны web-страницы. Для хранения и управления контентом веб-сервера используется SD-карта в АПК.

Таким образом выбранные способы взаимодействия охватывают большинство возможных устройств пользователя: как слабой конфигурации, так и с высокой вычислительной мощностью. Удаленное конфигурирование дублирует функционал работы непосредственно с контроллером в ручном режиме, а также дополняет функциями, связанными с работой АПК в сети.

Список литературы:

1. Бугаренко Е. Элегантные объекты. Java Edition / Егор Бугаренко; Санкт-Петербург: Изд-во Питер, 2019. – 224 c.
2. Дакетт Д. HTML и CSS. Разработка и дизайн веб-сайтов / Джон Дакетт; Москва: Изд-во Эксмо, 2020. – 480 с.
3. Емельянов А. А. Некоторые аспекты информационно-экономической безопасности при разработке систем защиты от несанкционированного доступа // Информационно-технологическое обеспечение цифровой экономики: сборник статей – 2018. – с. 37-41.
4. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino / У. Соммер; Санкт-Петербург: Изд-во БХВ, 2016. – 256 c.