Творческий проект
Творческий проект
«Умный дом»
«Умный дом»
Подготовила ученица 7 «б» класса
Куценко Кристина

1.Проблемная ситуация
На уроки технологии нам задали вопрос, что такое
комплексная система управления "Умный дом"?
Я набрала в поисковой системе Интернета эти слова
и получила множество ссылок и сайты, где можно
найти информацию. Я изучила их и поняла, что эта
система
современных технологий действительно
делает дом умным. Например, с помощью приборов
можно управлять светом. Я решила подробнее узнать
преимущества такой системы и рассказать родителям.
В нашем доме тоже нужно установить различные
приборы, а вот какие – это я постараюсь выяснить.

2.Цель проекта
с
Ознакомиться
возможностями
системы "Умный дом" и рассмотреть
применение элементов этой системы
для нашего дома.

3.Задачи проекта
комплексной
посвященную
1. Собрать необходимую информацию по сайтам
Интернета,
системе
управления "Умный дом".
2.Проанализировать потребности в управлении нашим
домом с помощью различных датчиков.
3.Создать список (перечень) наших проблем.
4.Найти технологии, подходящие для нашего дома.
5.Определить, какими средствами для их реализации
располагает наша семья.

Лукяненко Э.А. МКОУ СОШ №256 г.Фокино

4.Исследование






Я ознакомилась с соответствующими сайтами Интернета, из которых подробнее узнала о том, что же
входит в понятие "умный дом". Поскольку это очень интересный для меня вопрос,
обратилась за разъяснением к папе. Оказалось, что это система автоматизации домов,
офисов, квартир, включающая в себя следующие компоненты:
управление светом;
установка различных датчиков присутствия, движения, освещенности и др.;
управление жалюзи и рольставнями;
управление вентиляцией и кондиционированием;
управление климатом и отоплением;
системы multiroom (распределение аудио­, видеосигналов различных источников в
разные помещения);
управление охранной и пожарной системами дома (в том числе с оповещением о
происходящем по любому каналу связи);
управление другими устройствами, которые можно подключить к общей системе;
возможность централизованного управления "Умным домом" через компьютер,
Интернет, посредством пульта, мобильного телефона.



Система "Умный дом" проектируется и собирается индивидуально для каждого
потребителя. Это делают профессионалы. Самостоятельно такую систему в доме
сделать практически невозможно. Некоторые из перечисленных выше систем можно не
устанавливать или, наоборот, добавить новые.

6.Выбор конкретных систем
Для уменьшения стоимости системы "Умный дом" для
нашей семьи можно установить отдельные элементы.
Необязательно объединять все в единое целое. Так,
оборудовав в доме такие составляющие системы, как
управление
пожарная
сигнализация, датчики от протечки воды и утечки газа, мы
получим экономию электроэнергии и обеспечим защиту
материальной
действий
злоумышленников, техногенных факторов, от влияния
человеческого фактора. А так же я хочу чтобы был
прибор управлявший температурой воздуха.
собственности
от
освещением,
охранная
и
Управление всем этим может осуществляться с помощью
пульта.

Предварительный просмотр:

Фестиваль творческих открытий и инициатив «Леонардо»

Научно-исследовательская работа

« Проект «Умный дом» в среде Arduino »

Подготовил:

Ливенский Вадим Николаевич,

обучающийся 6 класса

Руководитель работы:

Мельникова Татьяна Александровна,

учитель информатики

МОУ «Мантуровская СОШ»

Курск, 2017

Введение

С каждым годом тема «Умный дом» завоевывает все большую и большую популярность и, как в свое время автомобиль, интеллектуальное жилище становится не роскошью, а необходимостью. Из прежних игрушек умная автоматика перерастает в неотъемлемую часть современного дома. И с каждым годом система управления становится все сложнее и сложнее. Эта тема заинтриговала нас своей способностью делать пребывание в собственном жилище наиболее комфортным и безопасным.

Главной целью в нашей научной работе на тему «Умный дом» является исследование и рассмотрение возможности современной интеллектуальной системы управления зданием в доступной и понятной для школьников форме.

Гипотеза: Если изучить возможности системы «Умный дом», то можно реализовать их в среде Arduino на основе программного кода.

Цель: Ознакомиться с возможностями системы "Умный дом" и реализовать применение элементов системы в среде Arduino.

Задачи исследования:

• собрать необходимую информацию, посвященную комплексной системе управления "Умный дом";
• создать свой аналог элементов управления системы в среде Arduino.

Объект исследования: беспроводная связь (среда Arduino) на основе программного кода .

Предмет исследования:

• процесс управления двигателем;
• процесс управления климатом и отоплением и другими устройствами, которые можно подключить к общей системе.

Методы исследования: сбор материала по теме, его анализ и обработка.

1. Понятие умный дом

Заглянем в прошлое. В давние времена жильём для человека были места созданные природой. У древних людей были дома, в пещерах. Дома даже есть на деревьях, из камней. Есть дома на севере. Это – ЧУМЫ, из кожи оленей. Существуют дома в скалах. Это очень необычно и интересно. Потом с развитием методов обработки материала, когда люди научились делать топоры и пилы - дома стали строить из дерева. Дома стали деревянные. А ведь в сказках тоже мы наблюдаем различные дома. Знаменитая избушка на курьих ножках. Замки королей и царевичей. Чем больше люди придумывали материалы и способы их строительства, тем больше рождались новые дома. Кирпичные, многоквартирные. Сейчас у людей много накоплено знаний, и они стремятся к чему-то новому. Из простых домов люди стали делать умные дома.

Умный дом (англ. intelligent building) - жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Под «умным» домом следует понимать систему, которая обеспечивает комфорт (в том числе безопасность), и ресурсосбережение для всех пользователей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в доме, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам.

В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопи-тельными системами, системами видеонаблюдения и охранной сигнализации, моторизированными воротами и прочим.

По оценкам аналитиков рынок умного дома активно развивается. К 2020 году общий объем мирового рынка достигнет $51.77 млрд. В период с 2013 по 2020 года среднегодовые темпы роста рынка будут на уровне 17.74% . Основными игроки в этой отрасли за рубежом - Siemens AG (Германия), Schneider Electric SA (Франция),TELETASK (Бельгия), ABB Ltd. (Швейцария), компания Ingersoll-Rand PLC (Ирландия), Tyco International Ltd. (Швейцария), Emerson Electric Co. (США), Legrand С.А. (Франция), Crestron Electronics, Inc. (США) , Lutron Electronics, Inc. (США), Control4 Corporation (США), и др.

Объемы российского рынка значительно скромнее. В 2012 году объем рынка у нас в стране превысил 56 млн. евро или 2,3 млрд. рублей. В 2013 году по предварительным оценкам рынок вырос на 30% - до 65 млн. евро или почти 3 млрд. рублей. К 2017 году его общий объем может достигнуть 176 млн. евро или 7,9 млрд. рублей .

Концепция «умного дома», родившаяся в семидесятых годах прошлого века, была ориентирована, прежде всего, на экономию электроэнергии. В основе концепции лежало размещение в жилом доме различных датчиков, определявших, находится ли кто-нибудь в помещении, что позволяло включать и выключать свет в зависимости от наличия людей в комнате. По мере развития высоких технологий, концепция стала обрастать дополнительными возможностями.

Сегодня система «умный дом» осуществляет управление освещением , отоплением и вентиляцией, охраной и видеонаблюдением, аудио- и видеоаппаратурой, бытовой техникой, климатом в зимнем саду, поливом газона и очисткой бассейна, открытием форточек и ворот, перекрытием газа и воды в случаях аварии и т.д. Участие людей при этом сводится к минимуму.

Интеллектуальный дом хорош тем, что предлагает разумный подход к использованию энергоресурсов. Для оптимизации расходов на освещение в подсобных помещениях дома возможна установка датчиков движения, которые автоматически включают свет только в присутствии человека. Или, например, система отопления следит за тем, чтобы в ночные часы и во время отсутствия хозяев температура в доме понижалась. А система вентиляции будет включаться только периодически, с заданными временными интервалами. При этом надо помнить о том, что кроме существенной экономии денег бережное использование энергии привносит существенный вклад в решение проблем экологии. Система "умный дом" может оказать неоценимую услугу и спасти от солидных трат в случае протечек воды, утечки газа или возгорания, благодаря установленным датчикам утечки воды, датчикам затопления, детектору дыма. Ведь случайная авария может стать причиной испорченного имущества и загубленного ремонта. Интеллектуальные системы учета и контроля энергоресурсов смогут не только перекрыть воду или газ, но и вовремя сообщить о случившемся хозяину. И, конечно же, не будем забывать об охранной сигнализации, которая в случае нарушения общественного порядка позволяет передать вызов в отделение милиции.

Микроклимат «умного дома» с высокой точностью отслеживает параметры воздуха в помещениях и корректирует ее в соответствии с программой или согласно командам пользователя. Централизованное управление кондиционерами, системой отопления гарантирует комфортные условия для проживания в любое время года. Система включает принудительную вентиляцию или открывает окна для проветривания помещений.

В общих чертах, система состоит из следующих элементов:

• Специальный контроллер или компьютер (управляет всей системой)
• Множество датчиков (передают информацию контроллеру)
• Исполнительные устройства (по команде контроллера управляют различными объектами, например гаражными воротами)
• Источники питания (обеспечивают бесперебойное электроснабжение для всех элементов системы)
• Линии связи (соединяют между собой все вышеперечисленные устройства)

Система работает следующим образом. К контроллеру подключено множество датчиков и исполнительных устройств. В качестве линий связи могут быть использованы: отдельно проложенные провода, существующая электропроводка или радиоканал. Пользователь настраивает алгоритм работы контроллера под свои требования. Сотни раз в секунду контроллер опрашивает датчики, следящие за состоянием всех систем «умного дома». После опроса этих датчиков система анализирует ситуацию и в зависимости от установок, заданных ей пользователем, принимает то или иное решение. Исполнительные модули и системы получают команды и включают-выключают соответствующие устройства: освещение, систему охраны, кондиционирование воздуха, отопление, подачу воды и т.д.

Кроме автоматического режима система управляется и автономно, например, с помощью «умного» обучаемого пульта. Универсальным пультом дистанционного управления можно управлять не только телевизором и домашним кинотеатром. С его помощью легко активировать любую функцию «умного дома»: задать различные сценарии освещения , открыть и закрыть ворота, поставить дом на охрану и т.д.

Больше всего впечатляет то, что управлять системой можно,– через интернет (используя электронную почту) или мобильную связь (используя SMS-сообщения). Сидя на работе, например, можно дать команду подготовиться к вашему возвращению домой - включить систему "климат-контроля" , подогреть пол, разогреть сауну и т.п.

Важно отметить, что все инженерные подсистемы «умного дома» должны иметь возможность работать в автономном режиме. В случае, если какая-то из подсистем вышла из строя, то и вся система не сможет исправить проблему, поскольку «умный дом» является надстройкой над остальными инженерными системами.

Самые "умные" здания мира

Первым «интеллектуальным» зданием в мире стал «дом трона» японского профессора Кена Сакамуры в Токио, построенный в конце 1980-х годов. Датчики погоды открывали окна, когда дул свежий бриз, и включали кондиционер, когда становилось жарко; если радио играло слишком громко, окна автоматически закрывались, чтобы не потревожить соседей; если звонил телефон, компьютер снижал звук аудиосистемы, и так далее.

Самым известным и дорогим на сегодня ($100 млн.) стал дом, построенный в США для человека по имени Билл Гейтс, знаменитого создателя корпорации Microsoft. Это многоэтажная вилла, оснащенная самым "продвинутым" оборудованием. В здании осуществляется компьютерный контроль и управление всем инженерным оборудованием, поддерживается оптимальный микроклимат в каждом помещении. При входе в жилище каждый посетитель получает специальный электронный значок, который обеспечивает подключение ко всем информационным службам дома. В дальнейшем этот значок сообщает датчикам, где находится гость, для того, чтобы дом смог выполнить все его пожелания. В темное время суток каждого сопровождает движущаяся световая волна, при этом, чем дальше светильник находится от человека, тем меньше его яркость.

Все стены оборудованы встроенными телевизионными экранами. С помощью того же универсального пульта управления на экраны выводятся любые изображения из огромного архива картин, видеозаписей, фильмов и телепрограмм. Системы автоматического управления климатом , освещением , телефонами и множеством других электронных устройств доведены до логического совершенства, но при этом человек не становится «рабом» электронного «мозга» своего дома, поскольку в любой момент может вернуться к традиционному «ручному» управлению - рядом с электронными панелями мирно уживаются и «старомодные» выключатели.

2. Выполнение эксперимента.

В разработке проекта «Умный дом» использовалась Arduino 1.8.1

Программа Arduino - марка аппаратно-программных средств для построения простых систем автоматики и робототехники , ориентированная на непрофессиональных пользователей. Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE ) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры. Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат , продающихся как официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции Arduino. Arduino может использоваться как для создания автономных объектов автоматики, так и подключаться к программному обеспечению на компьютере через стандартные проводные и беспроводные интерфейсы.

Программы Arduino можно использовать для выполнения базовых команд, таких как создание вспышек LED-устройств, или комплексных функций, таких как передача данных по Интернету. Для определенных приложений доступны различные схемы Arduino.

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. В концепцию Arduino не входит корпусной или монтажный конструктив. Разработчик выбирает метод установки и механической защиты плат самостоятельно.

Язык программирования

Язык программирования Arduino является стандартным C++ (используется компилятор AVR-GCC ).

Также существует возможность создавать и подключать к проекту стандартные файлы C++.

Простейшая Arduino-программа состоит из двух функций:

• setup() : функция вызывается однократно при старте микроконтроллера.
• loop() : функция вызывается после setup () в бесконечном цикле все время работы микроконтроллера.

Описание системы

Для электронной схемы «Умный дом» использовались следующие элементы:

Проекты "умных" домов предполагают постройки жилого типа, которые оборудованы с помощью высокотехнологичных устройств и автоматизации.

Общее описание

Под вышеупомянутым выражением стоит понимать систему, обеспечивающую ресурсосбережение и безопасность, а также комфорт для каждого пользователя. В самом простом случае она имеет способность распознавать определенные ситуации, которые происходят в доме, а также соответствующим образом реагировать на них. Таким образом, одна из систем способна управлять поведением других по выработанным алгоритмам. Это проще понять, если удастся представить, что система отопления не функционирует против системы кондиционирования. Отопление дома осуществляется по погоде и с учетом множества других факторов. Среди последних можно выделить силу ветра и время суток. Например, ночью наиболее комфортная температура меньше, чем днем. Данную концепцию можно назвать наиболее прогрессивной при взаимодействии человека с жилым пространством. Проекты "умных" домов исключают необходимость использования сразу нескольких пультов, выключателей и отдельных блоков управления. Это касается просмотра телевизионных передач, управления освещением, а также системами охранной сигнализации и видеонаблюдения.

Технологии

Проекты "умных" домов могут быть созданы на основе нескольких или одного протокола/ платформы. С их помощью связываются в единую сеть подсистемы дома. LanDrive, например, является самой доступной на сегодня платформой для шинных распределенных систем управления, сюда можно отнести уличное и внутреннее освещение, электроприборы, силовые нагрузки, кондиционирование, контроль доступа, а также протечки воды. Помимо прочего, есть возможность управлять видео- и аудиотехникой, рольставнями, насосами, домашними кинотеатрами, жалюзи, шторами и двигателями. Наиболее часто такая система используется в составе именно умного дома, однако в последнее время ее все чаще можно встретить в качестве части системы сбережения и учета энергоресурсов, контроля доступа пожарно-охранных систем.

TELETASK - это протокол/шина, которая предназначается для домашней автоматизации помещений и зданий, где владелец находится достаточно продолжительное время. Сюда можно отнести гостиницы, коттеджи, офисы и квартиры. Протокол управления X10 предназначается для автоматизации контроля за электроприборами. Сигнал подается с помощью проводов или в радиодиапазоне. Среди недостатков можно выделить низкую скорость передачи информации, возможность проблемы ложного срабатывания, а также отсутствие обратной связи. 1-Wire - это технология, позволяющая связать приборы и датчики в единую сеть, управление которых производится с помощью персонального компьютера. Для передачи информации в данной сети применяются один провод. Отличается данная технология простотой монтажа и низкой стоимостью.

Система кондиционирования и отопления

Проекты "умных" домов предполагают наличие систем кондиционирования, отопления и вентиляции. С помощью данной технологии можно обеспечивать постоянную температуру, интенсивность поступления свежего воздуха и заданный уровень влажности. Помимо прочего, технология способна экономить энергию за счет экономного применения использования температуры внутренней среды. Могут иметь место быть механизмы автоматического закрытия и открытия окон для поступления теплого и холодного воздуха в определенное время суток. Управление происходит через сеть кондиционирования.

Система освещения

Рассматривая задачи проекта «Умный дом», можно выделить наиболее высокую степень комфорта проживания человека. Среди прочих технологий можно выделить систему освещения, которая контролирует уровень света. Данная технология используется и для экономии электроэнергии. Добиться такого эффекта возможно за счет использования Среди подсистем можно выделить автоматику для выключения и включения света в определённые промежутки суток, датчики движения, автоматику для закрытия открытия ставней, а также регулировки прозрачности специальных стекол.

Система электропитания

Цель проекта «Умный дом», помимо вышеназванных задач, состоит еще и в бесперебойном питании системы электричества. Это достигается за счет переключения на альтернативные источники. Среди подсистем можно выделить промышленные ИБП, а также дизель-генераторы.

Система безопасности

Сюда можно отнести контроль доступа внутрь здания, видеонаблюдение, слежение за системами методом удаленного контроля, пожарно-охранную сигнализацию. Система обеспечивает защиту от протечек, возникновение которых блокирует водоснабжение при заливе помещения. Проведение монтажных работ предполагает наличие специальных датчиков и кранов, которые способны детектировать проблемные ситуации. Хозяин может использовать систему удаленного информирования по ситуации в доме, на объекте или в квартире. Управление можно производить с помощью телефона.

Подъезд к дому

Готовый проект "умного" дома обязательно должен предполагать встречу хозяина методом использования соответствующих технологий. Таким образом, освещение должно быть задействовано над воротами или входной дверью. Управление есть возможность осуществлять с помощью датчиков движения, а также радиобрелоков. Последний вариант позволяет включить освещение еще до подъезда машины.

Внутренний двор

Когда составляется проект по технологии «Умный дом», то создается план территории двора. Управление может производиться сразу тремя способами, а именно: с помощью датчиков, по графику или посредством выключателей. Есть необходимость добавить возможность управления от сигнализации. «Умный» дом имеет возможность указать на группы освещения и время их использования. Например, до 23:00, в случае обнаружения движения, система может задействовать основное освещение на полную яркость. Тогда как после указанного времени интенсивность может быть снижена на 50%. Если хозяин прибыл после 24:00, то во дворе могут загораться только лишь дорожки.

Вход в дом

Составляя проект "Умный дом" (7 класс сложности), вы можете учесть наличие контроллера, который может быть в одном или нескольких экземплярах. Он необходим для обработки информации, поступающей с экрана домофона. С человеком можно будет переговорить по любому телефону, так как каждый аппарат подключен к микро-МТС. Если дома никого нет, то изображение гостя будет немедленно отправлено на электронную почту, после чего хозяин сможет решить, пустить ли посетителя внутрь или оставить его без внимания. Отключение сигнализации будет происходить методом набора секретного кода по телефону.

Прихожая

Если вами рассматривается проект на тему «Умный дом», то нельзя не обратить внимание на систему этой части дома ночью включается автоматически. Технология избавляет хозяин от необходимости задействовать разного рода кнопки. В продаже можно найти всевозможные устройства автоматизации, они позволят проанализировать, из какой комнаты и в каком часу человек вышел в прихожую. При этом свет включается на необходимый уровень яркости. Плавное включение не приводит к частому перегоранию ламп, продлевая срок их службы. Подобные системы наиболее часто устанавливаются в проходных зонах или помещениях, которые используются достаточно редко. Функциональный и творческий проект «Умный дом» предусматривает в прихожей наличие полезного приспособления, который отвечает за выключение всего освещения постройки методом нажатии всего лишь одной кнопки. После того как она будет задействована, не придется производить обход всей территории для проверки света. Помимо прочего, нажатие данной кнопки способно вызвать выключение некоторых розеток, к которым наиболее часто подключаются пожароопасные устройства по типу утюгов.

Гостиная

Творческий проект «Умный дом» гарантирует комфортное нахождение в самом главном помещении постройки. Речь идет о гостиной, в которой должно быть много света. Здесь достаточно часто устанавливается домашний кинотеатр. Здесь наиболее часто устанавливают до 10 групп освещения. Рядом с выключателями света целесообразно расположить которые отвечают за определенную световую сцену. Для примера можно рассмотреть заблаговременно записанную последовательность действий, которая называется макросом. Если семейство решило посмотреть кино, то для этого необходимо будет усесться на диван и нажать всего лишь одну кнопку. Шторы при этом закрываются, определенные группы света приглушаются, а остальные и вовсе выводятся из действия. Первые две минуты подсветка работает на 50%, тогда как по истечении этого времени она гаснет полностью. Когда составляется творческий проект "Умный дом" (7 класс), технология которого может предполагать наличие всех вышеописанных систем, то программирование обеспечивается с помощью пульта дистанционного управления. Посредством данного инструмента возможно управлять всей техникой.

Спальня

Это помещение должно быть одним из самых уютных. Однако и здесь имеет место быть автоматизация. Иногда хозяин ложится в кровать для того, чтобы почитать книгу, но через некоторое время понимает, что есть необходимость выключить свет, а также приглушить его в других помещениях. Подобные рейды перед сном нельзя назвать приятными, однако совершать их все же приходится. С системой «Умный дом» можно будет забыть об этом, так как в спальне наиболее часто располагается кнопка, которая выводит из действия все остальное освещение в доме. Для этого можно использовать радиовыключатель, который укрепляется на стене и имеет толщину в 7 миллиметров. Фиксация данного элемента может быть осуществлена на любой поверхности, в том числе, на спинку кровати. С помощью данного выключателя можно управлять шторами и освещением самого помещения.

В спальне целесообразно установить еще одну систему автоматизации, которая будет отвечать за температуру. Во время сна специалисты рекомендуют поддерживать ее уровень в пределах от 14 до 18 градусов. Утром вылезать из-под одеяла при прохладном внутреннем климате совсем не хочется. Система «Умный дом» способна решить данную проблему. После отбоя столбик термометра постепенно достигает необходимой отметки, а ближе к пробуждению поднимается до комфортной во время дневного бодрствования. Летом за это будет отвечать кондиционер, тогда как в зимнее время - электромагнитный клапан. Он корректирует поток теплоносителя в отопительной системе. Когда составляется творческий проект "Умный дом" (7 класс), технология которого может предусматривать наличие всех систем, описанных в статье, то спальня наиболее часто снабжается специальной сенсорной панелью, отвечающей за освещение. Ее можно использовать еще и в качестве будильника. На панели время подъема может быть установлено, например, на 8:30. В 8:15 в спальне может загораться основное освещение с интенсивностью в 30% от обычного уровня яркости. В 8:30 освещение достигает стопроцентной яркости, в то же время могут автоматически открываться шторы.

Ванная комната

Если вы рассматриваете проект на тему: «Умный дом» (7 класс сложности), то необходимо позаботиться и технологичной ванной. С помощью данной системы будет удобно управлять теплыми полами. Достаточно часто потребители задаются вопросом о том, зачем управлять данной системой, если она обладает собственным регулятором температуры. Ответить на этот вопрос можно приведением факта, который указывает на высокое потребление электроэнергии теплыми полами. Большую часть времени система не используется, а если отключить ее на ночь, то экономия окажется значительной. "Умный" дом без посторонней помощи самостоятельно будет выключать и включать систему. Ее можно настроить на суточную автоматическую регулировку. Включить такие полы можно будет даже по телефону, сидя в офисе, или по дороге домой из машины. Особенно удобно, если управление полами будет производиться вместе с будильником. Например, отключение может быть произведено в 23:00, а включение - за час до пробуждения.

Заключение

Если вы решили выбрать для своего жилья проект «Умный дом», проблемная ситуация вам будет не страшна. В случае необходимости технология система позволит отключить водоснабжение и подачу газа, а также электроэнергии, что очень удобно для обеспечения безопасности. Понемногу данные системы частично входят в нашу жизнь. Например, во многих частных домах уже установлены современные системы освещения, работающие за счет датчиков движения.

Практическая работа № 1 СИСТЕМА «УМНЫЙ ДОМ»

Аппаратное и программное обеспечение: компьютер с установ­ленной операционной системой Windows или Linux, подключенный к Интернету.

Цель работы: научиться находить ресурсы по заданной теме и при­менять их на практике.

План работы:

1. В операционной системе Windows или Linux, используя браузер, найти информацию об «Умном доме» с помощью одной из по­исковых систем.

2. В операционной системе Windows или Linux в текстовом редак­торе создать отчет о найденной информации об «Умном доме».

3. Выполнить зачетное задание.

Задание № 1. Поиск информации об «Умном доме» с помощью поисковой системы.

Для поиска информации об «Умном доме» выполните следующие действия.

1. В операционной системе Windows или Linux в браузере открой­те стартовую страницу одной из поисковых систем, например http://google.ru.

2. Найдите определение, что такое «Умный дом». Для этого в строку поиска введите фразу «Определение Умный дом»

3. Откройте в новой вкладке страницу сайта ru.wikipedia.org/wiki/ Умный_дом. Для этого щелкните мышью по гиперссылке Умный дом - ВикипедиЯ. Прочитайте об «Умном доме» на стра­нице Википедии.

4. Вернитесь на страницу поиска http://google.ru, не закрывая те­кущую вкладку.

6. Вернитесь на страницу поиска http://google.ru, не закрывая теку­щую вкладку, и измените поисковый запрос на «Купить Умный дом».

7. Посмотрите самостоятельно информацию о системе «Умный дом» на 2 - 3 найденных сайтах. Каждый сайт открывайте в новой вкладке, не закрывая остальные вкладки.

Ознакомьтесь самостоятельно с примерами других «умных» систем или приборов. «Умный свет» - это система управления освещением этажей многоэтажного дома, коридоров гостиниц и офисов. Свет включается, когда в помещении появляется человек, выключается свет автоматически там, где человека уже нет. «Умная плита» имеет массу датчиков, которые непрерывно следят за приготовлением блюда. Плита сама распознает момент, когда нужно снижать температуру нагрева. При включении нагревается только та часть варочной поверхности, которая находится под дном посуды, посуду можно передвинуть, «кон­форка» сама направится вслед за ней и продолжит нагревание.

Задание № 2. Создание отчета в текстовом редакторе о найденной информации об «Умном доме».

Для создания отчета выполните следующие действия.

1. Откройте текстовый редактор OpenOffice.org Writer. По центру страницы введите название отчета «Умный дом».

2. Скопируйте определение «Умного дома» в текстовый редактор OpenOffice.org Writer с сайта ВикипедиЯ. Для этого перейдите в брау­зере на открытую вкладку Умный дом - ВикипедиЯ и выделите мы­шью первый абзац статьи. Скопируйте выделенный абзац с помощью контекстного меню.

3. Вернитесь в текстовый редактор и вставьте скопированный абзац после заголовка. Для этого можно воспользоваться командой Вставка кон­текстного меню. Выровняйте вставленный абзац по ширине (рис. 1.4).

4. Сохраните созданный тестовый файл под именем «Умный дом» с расширением.doc.

5. Вставьте в текстовый редактор таблицу «Различие систем “Умный дом” в Европе и в России». Заполните ее, используя информацию со страницы сайта ВикипедиЯ.

6. В текстовом файле создайте подзаголовок «Возможности:» и, ис­пользуя информацию, размещенную на сайте http://www.eskd72.ru/, скопируйте их в отчет об «Умном доме».

7. Измените поисковый запрос в браузере так, чтобы найти сайты компаний, которые занимаются проектировкой и монтажом системы «Умный дом».

8. В текстовом файле создайте подзаголовок «Сравнение систем “Умный дом”» и заполните таблицу, используя найденную инфор­мацию.

Вставка картинки выполняется следующим образом. В окне брау­зера вызовите контекстное меню у картинки и выберите пункт меню Копировать изображение.

Вернитесь в текстовый редактор, установите курсор в нужную ячейку таблицы и с помощью контекстного меню вставьте рисунок.

При вставке картинки в таблицу настройте обтекание изображения. Для этого воспользуйтесь командой контекстного меню Обтекание - Оптимальное обтекание.

После этого автоматически изменится ширина строки таблицы и картинка будет полностью помещаться в ячейку таблицы.

Заполните оставшуюся часть таблицы самостоятельно

Зачетное задание.

1.Предусмотрите элементы системы «Умный дом» для помещений вашей квартиры (дома): система охраны входа, система управления освеще­нием, система управления бытовыми приборами, система управления температурой в помещениях (подачей отопления), система управления кондиционерами в помещениях, другое.

2.Вставьте фотографии соответствующих элементов системы (с сайтов) в план помещений вашей квартиры (дома).

Актуальность дипломной работы настройка голосового интерфейса в автоматизированной системе " Умный дом" связана с возможностью управления всеми имеющимися инженерными системами в доме: электропитанием, освещением, отоплением, вентиляцией и ид. Голосовому управлению можно подчинить почти каждый электронный прибор, любую электронную систему и любые функции, сценарии и сюжеты в доме.

Цель дипломной работы подробно изучить настройку голосового интерфейса, видов квалификации, а также создание прибора для наглядного пособия работы голосового интерфейса в автоматизированной системе «Умный дом».

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

провести подробный аналитический обзор по автоматизированной системе «Умный дом»

Предметом исследования является анализ использования и настройка голосового управления.

Методы исследования. При исследовании данной темы использовались аналитические и практические методы.

В первой главе рассмотрена классификации системы голосового интерфейса в автоматизированной системе «Умный дом», их достоинства и недостатки, инженерные системы, системы управления освещением. Так же были подробно изучены синтез и распознавание речи. Разработана принципиальная и функциональная схема устройства.

Во второй главе описаны меры безопасности при техническом обслуживании компьютерной техники, требования к оборудованию рабочего места техника и требования пожарной безопасности.

Глава 1. Техническая часть. Настройка голосового интерфейса в автоматизированной системе «умный дом»

1.1 Аналитический обзор

1.1.1 Автоматизированная система «Умный дом»

Представьте картину: вы входите домой, автоматически включается свет и приятный голос приветствует вас. Вы небрежно бросаете фразу в сторону микрофона: «Дом, включи мой компьютер». Через несколько секунд слышите привычный шелест кулеров своего ПК.

Все мы когда-нибудь видели подобные картины в зарубежных фантастических фильмах и мечтали: «Когда-нибудь такое будет и у нас». Спешу вас обрадовать - подобие увиденного можно реализовать уже сейчас и без гигантских затрат.

«Умный дом (англ. digital home) - жилой автоматизированный дом современного типа, организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств. Под «умным домом» следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Основной особенностью интеллектуального здания является объединение отдельных подсистем в единый управляемый комплекс. Важной особенностью и свойством «Умного дома» отличающим его от других способов организации жизненного пространства является то, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека с жилым пространством, когда человек одной командой задает желаемую обстановку, а уже автоматика в соответствии с внешними и внутренними условиями задает и отслеживает режимы работы всех инженерных систем и электроприборов. В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопительными системами, системами видеонаблюдения и сигнализации, воротами и прочим. В доме оборудованном системой «Умный дом» достаточно одним нажатием на настенной клавише (или пульте ДУ, сенсорной панели и т. д.) выбрать один из сценариев. Дом сам настроит работу всех систем в соответствии с Вашим пожеланием, временем суток, Вашим положением в доме, погодой, внешней освещённостью и т. д. для обеспечения комфортного состояния внутри дома.

Вне зависимости от области применения, будь то здание, сборочный цех или поезд метро, целью внедрения таких систем являются снижение эксплуатационных расходов, обеспечение важной информацией, повышение безопасности и комфорта. Для того чтобы понять, как сильно изменились возможности в области автоматизации за последние годы и как они еще поменяются, важно осознать значение некоторых технологических прорывов, которые произошли за последние годы. Разработчики не стоят на месте. Предсказать, как далеко они уйдут вперед всего через несколько лет, можно только, бросив взгляд назад.

Широкое развитие получили сети миникомпьютеров, а затем, дешевых персональных ЭВМ, способных, тем не менее, решать достаточно сложные профессиональные задачи. Правда, на пути технического прогресса оказалось немало серьезных препятствий. Мало того, что системы автоматики различного назначения были автономны, но и сходные по управляющим функциям системы различных производителей были, как правило, несовместимы между собой. Фирмы-разработчики использовали свои закрытые коммуникационные протоколы и не предусматривали интерфейсов для взаимодействия с системами других производителей. Являясь собственностью отдельных компаний, соответствующие продукты и технологии автоматизации с трудом поддавались интеграции друг с другом. Для решения этой проблемы требовались дорогостоящие технические решения, связанные с написанием нового программного обеспечения, изменения топологии сети и закупки дополнительных компонентов.

Таким образом, в определенный момент на рынке сложились объективные предпосылки для успешного внедрения новых подходов в области автоматизации.

Как комплексное решение задачи сначала появились Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были структурированные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом начали появляться системы мультиплексирования каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно. Бурно развивающаяся информатика позволила форсировать эти работы, когда всем стало ясно, что любой проект кабельной системы здания устаревает к моменту завершения строительства.

Поскольку развитие данного направления представлялась более чем сверхприбыльным, на него были пущены немалые средства, и в результате появилась идея «Умного дома». Типичный пример такого здания показан на рис. 1.

«Умный дом» - это комплекс электроники, которая работает внутри или снаружи дома и выполняет централизованное управление всеми (или почти всеми) инженерными системами. Под инженерными системами понимается всё техническое оборудование дома (от канализации до аудио-видео техники). Идея «умного дома» состоит в том, что единый комплекс электроники согласованно управляет работой всего инженерного обеспечения дома.

Очень важно, чтобы алгоритмы взаимодействия подсистем в доме были гибкими, и могли приспосабливаться под изменяющиеся нужды владельца дома. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Самая главная аксиома «умного дома» состоит в том, что система управления и её инженерные подсистемы должны быть построены по блочному принципу. Это означает, что каждая подсистема должна уметь работать автономно, чтобы её работу можно было отладить и обслуживать, отключив оборудование от центрального управления.

Рис.1. макет «Умный дом»

«Умный дом» имеет ряд преимуществ: позволяет экономить до 10-18% электроэнергии, повышать комфорт и безопасность и т.д.

Принцип работы «умного» дома заключается в центральном компьютере, принимающем сигналы от командных устройств, затем эти сигналы передаются исполнительным системам. Управление различными устройствами осуществляется простейшей системой автоматики.

Впервые задача по созданию «умного дома» была решена в 1978 году компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России. Впрочем, Х10 сегодня уже считается устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием. Для создания «интеллектуального дома» этого явно недостаточно. Аудио- и видеотехника требуют как минимум команд смены каналов, изменения громкости, перемотки и управления воспроизведением; а ведь требуется управлять еще системой HVAC (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха). В поисках решений этой проблемы различными компаниями предпринимались попытки к разработкам новых протоколов передачи данных.

Распознавание человеческой речи является одной из сложных научно-технических задач. В настоящее время пользователями вычислительных машин и средств, оснащенных вычислительными машинами, становятся люди, не являющиеся специалистами в области программирования. Проблема речевого управления возникла, кроме того, в связи с тем, что в некоторых областях применения речь стала единственно возможным средством общения с техникой (в условиях перегрузок, темноты или резкого изменения освещенности, при занятости рук, чрезвычайной сосредоточенности внимания на объекте, который не позволяет отвлечься ни на секунду, и т.д.). Хотя в этой области и достигнуты существенные успехи, тем не менее, системы распознавания еще весьма далеки по своим возможностям от человеческих.

Проблема реализации речевого диалога человека и технических средств - актуальная задача современной кибернетики.

Задача машинного распознавания речи привлекает внимание специалистов уже очень давно. Тем не менее, продвинуться далеко в этом направлении пока не удалось. Чисто формально процесс распознавания речи можно описать буквально в нескольких фразах. Аналоговый сигнал, генерируемый микрофоном, оцифровывается, и далее в речи выделяются так называемые фонемы, то есть элементарные фрагменты, из которых состоят все произносимые слова. Затем определяется, какое слово, какому сочетанию фонем соответствует, и строится соответствующий словарь. Распознать слово - значит найти его в этом словаре по произнесенному сочетанию фонем. По мере развития компьютерных систем становится все более очевидным, что использование этих систем намного расширится, если станет возможным использование человеческой речи при работе непосредственно с компьютером, и в частности станет возможным управление машиной обычным голосом в реальном времени, а также ввод и вывод информации в виде обычной человеческой речи.

В настоящее время всё более актуальным становится управление роботом при помощи голосовых команд. Однако создание программного обеспечения для голосового управления промышленным роботом предусматривает проведение экспериментов во время разработки программы на всех этапах разработки. Проведение таких экспериментов, обеспечивающих устранение недостатков, ошибок программы, является экономически невыгодным в условиях промышленного производства и приводит к повышению стоимости разработки и отладки программного обеспечения. Для уменьшения затрат на создание программного обеспечения целесообразно разработать программу, которая обеспечит трёхмерное моделирование голосового управления промышленным роботом, что приводит к необходимости проведения экспериментов в условиях производства лишь на последнем этапе разработки программного обеспечения.