РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ONLINE КОНТРОЛЯ ПОМЕЩЕНИЙ

На сегодня изобретено и успешно работает огромное количество устройств, принадлежащих классу Internet of Things. В этой статье описана разработка системы для диагностики защиты складских помещений, основанная на технологии Интернет вещей. Данное устройство позволяет контролировать входы и выходы в любом помещении из любой точки Земли, при наличии у пользователя устройства с возможностью выхода в Интернет.

Основа разработки - модуль ESP8266. ESP8266 является полноценным микроконтроллером с шинами SPI (для подключения всевозможных устройств), UART (универсальный асинхронный приемопередатчик), выводами GPIO (интерфейс ввода/вывода общего назначения). Вышеперечисленный факторы позволяют использовать Wi-Fi модуль ESP8266 автономно без иных плат с контроллерами. Модуль управляется AT-командами, для него не нужны специализированные библиотеки [1].

Тестирование и отладка аппаратно-программного комплекса

Разработанная система сконструирована для следующих условий:

1. Помещение с одной дверью (входной)
2. Фиксация времени закрытия двери на замок
3. Оперативная поставка информации: 5 секунд.

В начале экспериментальной деятельности устанавливается «общение» с модулем. Для этого он подключается к компьютеру. Обязательное условие подключения: необходимое напряжение 3.3 В. Этот вопрос решает USB-UART конвертер на основе чипа FTDI232RL с возможностью выходного напряжения 3.3В. Схема подключения представлена на рисунке 1:

Рисунок 1. Схема подключения модуля к USB-UART

Важное замечание: данная схема подключения, а именно момент привязки GPIO0 к GND, необходима лишь для перепрошивки модуля. Для данной работы подходит прошивка NodeMCU, позволяющая запускать Lua скрипты на ESP8266.

После перепрошивки задаются первоначальные настройки модулю. Для этого используется программа LuaLoader. Пошаговая инструкция настройки:

1. Подключение к COM-порту: Settings-CommPortSettings. В появившемся окне выставляется необходимый порт и задается скорость общения с модулем.
2. Подключаение к модулю и взаимодействие с ним осуществляется с помощью кнопок Heap (получить размер свободного ОЗУ), chipID (получить серийный номер чипа ESP8266 вашего модуля), Restart (перезагрузка модуля).
3. Для работы модуля в качестве клиента (STA), указывается точка доступа Wi-Fi, модулю задается имя беспроводной сети (SSID)и пароль(Password). Список доступных подключений можно увидеть благодаря кнопке Survey [2].

После выполненных манипуляций при включении модуль автоматически подключается к выбранной сети.

Следующим этапом проектирования системы является программирования модуля на языке LUA посредством программы ESPlorer. Для проектирования устройства по технологии IoT программируется модуль на отправку данных на сервер. Укрупненная блок-схема программы для модуля представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Блок-схема программы модуля

Отправка на сервер осуществляется с помощью GET запроса к файлу door.php. Файл door.php- вспомогательный файл, размещенный на сервере. В его функции входит получение данных с модуля и запись этих данных в базу данных. Укрупненная блок-схема работы door.php представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Блок-схема door.php

База данных расположена так же на сервере. Она состоит из 1 таблицы, в которой 3 поля: id, val, time. «id»- поле с автоинкрементом, предназначено для удобства программиста, «val» содержит значение, присланное модулем, «time» фиксирует время и дату записи значения.

Сайт содержится в файле index.php. Укрупненная блок-схема представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Блок-схема index.php

После подготовительных работ, система встраивается в среду испытания. Окончательная схема подключения указана на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема подключения

При подобном типе подключения при закрытии двери на подается логическая 1 на вход GPIO0. В качестве ключа была выбрана кнопка без фиксации. При закрытии на двери на замок ригель давит на кнопку, замыкая цепь. В таком случае на сайте можно наблюдать следующую информацию (рисунок 6).

Рисунок 6. Дверь заперта

В противном случае, при открытой двери или двери закрытой, но не запертой на замок, можно увидеть следующую информацию (рисунок 7).

Рисунок 7. Дверь открыта

В случае неисправности модуля, отсутствии интернет-подключения в контролируемом помещении на сайте возникает следующий баннер (рисунок 8).

Рисунок 8. Неполадки

Тестирование программно-аппаратного комплекса верифицировало возможность использования описанных элементов для удовлетворения желаний проектировщика. Разработанная система полностью справилась с поставленными задачами.

На основе описанной системы возможны следующие варианты ее применения:

1. Контроль персонала: система устанавливается на двери офисов и фиксирует время работы сотрудников, их преждевременный уход с рабочего места.
2. Охранная система: описанная разработка дополняется различными датчиками (звуковыми, дыма, движения), отсылаемая информация транслируется на пульт управления охранника.
3. Умный дом: контролирует закрытие дверей на замок при выходе хозяина помещения за пределы дома.

Список литературы:

1. Беспроводная связь [Электронный ресурс]. – Режим доступа.– URL: https://arduino-kit.ru/textpage_ws/pages_ws/proekt-30_--besprovodnaya-svyaz.-modul-wi-fi-esp8266 (дата обращения: 12.05.18)
2. Подключение Wi-Fi модуля ESP8266 [Электронный ресурс]. – Режим доступа.– URL:http://arduino-project.net/podklyuchenie-wi-fi-modulya-esp8266/ (дата обращения: 12.05.18)