АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОБОРУДОВАНИЕМ НА БАЗЕ КОНТРОЛЛЕРА ARDUINO

Системы автоматизации в том или ином виде используются сегодня практически на всех объектах производства. Это связано с тем, что использование электроники, в конечном счете, всегда выгоднее, чем использование большего количества персонала. Системы автоматизированного управления предназначены для управления различными процессами в рамках технологического производства предприятия. Они используются в производстве уже достаточно долгое время, но практически не использовались в быту, в виду своей дороговизны, и необходимости постоянного обслуживания. Но современный темп и качество жизни накладывают свои требования ко всему, что нас окружает, а особенно к частному домовладению. Благодаря развитию новых технологий автоматизированы многие процессы, а автоматика также обеспечивает управление всеми инженерными системами в нашем доме, что мы и называем «Умный дом».

Сложность системы «Умный дом» может варьироваться в весьма широких пределах.

По своей сути она является интегрированной системой безопасности и управления, которая может включать управление освещением, бытовыми приборами, видео, контролем доступа, осуществлять отправку извещений о состоянии систем контроля вашего дома.

Эти функции могут реализовываться заранее заданным алгоритмом (по расписанию), активироваться вручную (радиоканал, GSM, интернет), включаться автоматически при возникновении определенного события (например, повышение или понижении температуры в помещении).

Сама система может быть реализована в различных вариантах - с использованием специализированного оборудования, а также на базе технических средств систем безопасности: охранно-пожарная сигнализация, видеонаблюдение, оборудование систем контроля доступа. Для создания «Умного дома» в определенных случаях могут использоваться GSM приборы.

Все эти функции можно разделить на подсистемы, каждая будет отвечать за свои задачи.

Подсистема освещения и бытовых приборов: система регулирует работу абсолютно всех электроприборов, как внутренних, так и внешних, по определенному режиму или сценарию работы.

Подсистема контроля климата: создание климата является одной из основных функций умного дома, отлажено должны работать системы отопления, кондиционирования, увлажнения и вентиляции. В данном случае «Умный дом» также может создавать необходимые климатические условия по заранее запрограммированному алгоритму.

Подсистема безопасности: безопасность – это очень важная составляющая умного современного дома, которая позволяет избежать несанкционированного доступа посторонних лиц на территорию вашего дома, а так же может контролировать протечки воды, утечки газа и возникновение пожара. Благодаря размещению специальных датчиков она может включать тревожные сигналы

В целом эти системы включают в себя:

• технические средства обнаружения (извещатели);
• технические средства сбора и обработки информации (приборы приемно-контрольные, системы передачи извещений и т.п.);
• технические средства оповещения (звуковые и световые оповещатели, модемы и т.п.);
• программные средства;
• системы технического зрения.

Для принятия решений на основе информации, поступающей из разных узлов системы, используется центральный блок управления. Для каждого процессора существует язык программирования его логики. Arduino и Arduino-совместимые платы спроектированы таким образом, чтобы их можно было при необходимости расширять, добавляя в устройство новые компоненты. Эти платы расширений подключаются к Arduino посредством установленных на них штыревых разъёмов. Существует ряд плат с унифицированным конструктивом, допускающим конструктивно жесткое соединение процессорной платы и плат расширения в стопку через штыревые линейки. Кроме того, выпускаются платы уменьшенных габаритов (например, Nano, Lilypad) и специальных конструктивов для задач робототехники. Независимыми производителями также выпускается большая гамма всевозможных датчиков и исполнительных устройств, в той или иной степени совместимых с базовым конструктивом Arduino. Микроконтроллеры для Arduino отличаются наличием предварительно прошитого в них загрузчика (bootloader). С помощью этого загрузчика пользователь загружает свою программу в микроконтроллер без использования традиционных отдельных аппаратных программаторов. Загрузчик соединяется с компьютером через интерфейс USB (если он есть на плате) или с помощью отдельного переходника UART-USB. Поддержка загрузчика встроена в Arduino IDE и выполняется в один щелчок мыши.

Другой достаточно известной платой является Raspberry.  Raspberry Pi представляет собой полнофункциональный компьютер, на котором может быть запущена операционная система Linux, поддерживающая многозадачность. К USB-портам можно подключать различные устройства, например для беспроводного подключения к сети Интернет.

Для сбора макета комплекса для автоматизации управления удобно использовать макетную плату (рисунок 1). Макетная плата — универсальная печатная плата для сборки и моделирования прототипов электронных устройств.

Рисунок 1. Макетная плата для цифровых устройств, для монтажа без пайки

Макетные платы подразделяются на два типа: для монтажа посредством пайки и без таковой. Есть несколько различных типов макетных плат:

• Универсальные — имеют исключительно металлизированные отверстия, которые разработчик должен соединять перемычками.
• Для цифровых устройств — намечены возможные места для микросхем, по всей плате проведены шины питания.
• Специализированные — для устройств на микросхеме конкретной модели. На таких платах есть как заранее разведённые стандартные цепи, так и матрица отверстий и дорожек для нестандартных. Например, для микроконтроллерных устройств стандартными цепями будут посадочное место для микросхемы, питание, «земля», кварцевый резонатор и линии внутри­схемного программирования.

Макетная плата представляет собой несколько групп контактов, замкнутых между собой. Отверстия в пластиковом корпусе макетной платы позволяют установить радиодетали на макетную плату и соединять выводы между собой с помощью специальных проводов или перемычек. Расстояние между контактными отверстиями составляет стандартные 2,54 мм, что позволяет без проблем установить на макет почти любые микросхемы, датчики и модули.

На рисунке 2 показан способ подключения Arduino и светодиода к монтажной плате.

Рисунок 2. Подключения Arduino и светодиода монтажной плате

Синий и красный провод служит магистралью для подключения питания. На красный подается +5V с платы Arduino, а на синий подключается ноль(GND).

Так как у датчика достаточно длинные коннекторы 0.1", можно устанавливать его непосредственно на макетную или монтажную плату (рисунок 1.3).

Рисунок 3. DHT на макетной плате

Непосредственное подключение к Arduino простое. На сенсоре 4 коннектора:

• Питание (VCC) - от 3 до 5 В.
• Вывод данных.
• Не подключается.
• Земля (GND).

Коннектор 3 не подключается. Желательно подключить подтягивающий резистор на 10 кОм между питанием и сигналом. На Arduino есть встроенные резисторы, но их номинал 100кОм не подойдет.

На рисунке 4 приведена схема подключения DHT к Arduino через монтажную плату.

Рисунок 4. Подключение DHT к Arduino через монтажную плату

Разработка аппаратной части системы для автоматизированной системы управления энергооборудованием возможна с использованием простых датчиков, что повлияет на конечную стоимость продукта. Также подключение датчиков и извещателей весьма простое и при изучении инструкций и спецификаций не станет проблемой для обслуживающего персонала. Это повлияет как на стоимость разработки, так и поддержки готовой системы. В готовом продукте макетная плата может быть заменена на печатную или разработанную самостоятельно для более лёгкого подключения и замены датчиков и извещателей.

Список литературы:

1. Петин В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino. - БХВ-Петербург, 2014. – 401 c.
2. Брайан В. Адамс. Arduino блокнот программиста. - США, 2007. – 40 c.