СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ УМНОГО ДОМА В ИРАКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ PIC-МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

SMART HOME AUTOMATION SYSTEM IN IRAQ USING PIC MICROCONTROLLER

Zainab Hussam Al-Araji

Assistant professor, University of Baghdad, College of Science for Women,

Iraq, Baghdad

Mirvat Dawood Majed

Assistant professor, University of Baghdad, College of Science for Women, Iraq, Baghdad

Аннотация. Высокие счета за электроэнергию в домах вызвали серьезные исследования для решения этой проблемы. Системы домашней автоматики предлагают все необходимое, чтобы положить конец этим неудобствам, так как чаще всего они включают в себя ряд интеллектуальных устройств (микроконтроллеры и датчики). В представленной работе описана разработка микроконтроллерной системы автоматизации солнечного умного дома с использованием автоматических датчиков освещения и теплового комфорта (температура, влажность) и функций безопасности (утечка газа, обнаружение дыма). Эта система основана на микроконтроллерах PIC и применяется посредством реализации полного алгоритма. Программа написана на Micro C, и для реализации схемы управления и симуляции в испытательном программном обеспечении использовалось программное обеспечение Proteus, которое свободно доступно в Интернете. Управление температурой и загрязнением воздуха было реализовано с помощью PIC16F877A, а управление освещением — с помощью PIC18F4550. Также был предоставлен прототип оборудования для экспериментов с разработанной стратегией управления. Результаты этой работы позволили сделать некоторые выводы и подтвердили преимущества такого рода систем автоматизации.

Abstract. We have chosen the PIC18F452 chip for designing and modeling their home automation systems.

Built also built on PIC18F452, our sensor measures the glass doors of the house and transfers a warning, and then the signal to the local population. Call the police if someone tries to destroy it. This defense was implemented.

He can also recognize the identity of the lessor.

Enter the house without removing the security and without activating the alarm. Access control also prescribes-enti-dependence. Follow the bedroom doors, and there is a chance of hacking. The system constantly checks the condition of their house, which the hostess does not want. As a way to avoid hacking and theft, the installation of a security system has gained popularity. Embeded Linux can now ensure stability, observing people's homes, thanks to significant improvements in microcontrollers.

We have developed an observation system using the PIC18F452 computer, which can monitor the windows of the homeowner. The idea is to design a home alarm home system, which uses a number of doors with a linear circuit breaker.

Ключевые слова: Умный дом, Автоматическое управление, Умное освещение, Микроконтроллеры, Домашние датчики, Низкая стоимость.

Keywords: Arrays, Embedded Systems, Light Emitting Diodes, Microcontrollers, Monitoring Hardware.

ВВЕДЕНИЕ

В Ираке  жилой сектор является одним из крупнейших потребителей энергии, поскольку на него приходится около 43% национального потребления освещения [1], а также он способствует увеличению глобального потепления. В 2018 году правительство Ирак приняло обновление своего Плана развития

возобновляемых источников энергии и энергоэффективности до 2030 года [2]. Умные города или умные дома нацелены на интеллектуальное управление энергопотреблением, что является единственным способом оптимизации энергопотребления[3].

В нынешнем энергетическом контексте защита окружающей среды проходит через энергетический переход, который рекомендует прогрессивное использование возобновляемых источников энергии вместо ископаемых ресурсов. С другой стороны, помимо улучшения теплоизоляции дома и эффективных бытовых приборов, снижение энергопотребления также означает внедрение домашней автоматизации, В основном это связано с бытовой техникой и различными электронными устройствами, используемыми в повседневных домах [4].

В ходе обзора литературы были изучены различные методы и технологии управления освещением [5]. Интегрированные средства управления освещением могут значительно улучшить эксплуатационные характеристики здания, энергоэффективность, а также повысить комфорт и удовлетворенность жильцов застроенной средой [6]. В то время как несколько исследований пришли к выводу, что простые средства управления освещением, такие как датчики присутствия, эффективны для снижения количества электроэнергии, потребляемой для освещения в зданиях, передовые стратегии управления освещением могут обеспечить еще большую экономию энергии и предлагают множество преимуществ по сравнению с простым управлением. Согласно система или устройство управления освещением рассматривается как устройство, которое, получая информацию, решает, что делать с этой информацией, и изменяет работу системы освещения. Система управления освещением не является охранным устройством и не должна рассматриваться как таковая. Он обеспечивает удобный доступ и интеллектуальные функции, которые отличают его от всех других освещенных помещений, которые приближают его к устройству безопасности.

Хотя управление внутренней энергетикой считается развитой темой, оно, как правило, основано на дорогостоящих компонентах, таких как ПЗС-камера. Поэтому предлагаемые решения трудно применять в развивающихся странах. Целью данной работы является разработка недорогой системы, ориентированной на автоматизацию и внутреннее освещение, которая также включает критерии качества воздуха, безопасности и комфорта.

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ

Жилой объект исследования представляет собой дом площадью 57 м2, установленный в (широта: 36° 38’ 33’’ северной широты; долгота: 36°).

38’ 33’’ северной широты. Этот дом предназначен для питания в основном от фотогальванического электричества. Дом оснащен фотогальванической системой, состоящей из фотоэлектрического генератора на основе поликристаллического кремния (m-Si) мощностью 3,2 кВт, расположенного на крыше и обращенного на юг с углом наклона 20° к горизонтали, свинцово-кислотного источника мощностью 12 кВт·ч. аккумуляторная батарея и подключенный к сети инвертор мощностью 4 кВт . Целью данной работы является автоматизация искусственного освещения и обеспечение безопасности дома путем интеграции различных датчиков для управления и управления ими через микроконтроллеры. Сначала была разработана и испытана в лаборатории электронная схема для разработки алгоритма управления и проверки его эффективности. Во-вторых, разработанное устройство применялось на рассматриваемом доме.

ОБЩИЙ ОБЗОР СИСТЕМЫ

Домашняя автоматизация, связанная с освещением и комфортом (температура, влажность, безопасность), представлена на рис. 1. Система состоит из трех ступеней: - Блок управления отоплением: первая ступень — это блок управления отоплением, который позволяет обогревать или кондиционировать дом на основе внутренней и наружной температуры - Блок управления вентиляцией: второй этап касается качества окружающего воздуха в доме, которое оценивается по двум параметрам, а именно влажности и загрязненности воздуха, разрешать или запрещать вентиляцию дома. дом - Блок управления освещением: Последний этап предназначен для управления освещением, которое, в зависимости от условий наружного и внутреннего освещения и наличия или отсутствия жителей, разрешает или запрещает освещение в доме.

Рисунок 1. Состав системы домашней автоматизации

Проектирование оборудования и программного обеспечения

A. Требуемые электронные компоненты

Согласно предложенному алгоритму автоматического управления домом, для реализации системы автоматического управления необходимы следующие модули:

. * PIC18F4550 для управления освещением

*PIC16F877A для контроля температуры и контроля уровня загрязнения воздуха.

*Шаговый двигатель для моторизации жалюзи и двигатель постоянного тока с питанием через L293D (четырехкратный сильноточный драйвер половинной высоты) предназначен для обеспечения двунаправленных приводных токов до 600 мА при напряжении от 4,5 В до 36 В). L293D использовались для вращения в обоих направлениях.

*Датчик освещенности LDR для измерения дневного света. LDR или свет зависимые резисторы — это светочувствительные устройства, сопротивление которых уменьшается, когда на них падает свет, и увеличивается в темноте.

* Для внутреннего освещения используются светодиодные светильники, известные своим низким энергопотреблением.

* "Пассивные инфракрасные" датчики PIR для обнаружения людей. Они небольшие, недорогие, маломощные и простые в использовании. Этот датчик может обнаруживать низкое излучение инфракрасного излучения. Как детектор движения, мы фактически разделили его на две половины.

Причина этого в том, что мы стремимся обнаружить движение, а не средние уровни ИК-излучения [8]. Таким образом, при создании автоматического ночного освещения датчики LDR и PIR должны работать вместе.  LDR будет функционировать как датчик освещенности, в то время как датчик PIR будет обнаруживать человеческие тела. В течение дня сопротивление LDR довольно низкое, что приводит к меньшему падению напряжения на нем. При отсутствии яркого света падение напряжения на LDR велико, так как сопротивление велико. Датчик PIR использует инфракрасное излучение, исходящее от человеческого тела, для обнаружения присутствия и выдает выходное напряжение 3,3 В. Когда уровень напряжения обоих датчиков LDR и PIR высок, микроконтроллер PIC18F4550 автоматически включает ночник. Таким образом, автоматический ночник не остается включенным.В течение всей ночи и экономит значительное количество энергии. Он включается автоматически только тогда, когда нам это нужно ночью, и остается выключенным, когда рядом нет человека.

Мы показываем алгоритм освещения с использованием датчиков LDR и PIR на рис. 2.

* Датчик широкого спектра газов MQ-2 использовался для контроля уровня загрязнения воздуха внутри помещений. Датчик газа MQ-2 обладает высокой чувствительностью к сжиженному газу, пропану и водороду, а также может использоваться для метана и других горючих паров. Он недорог и подходит для различных применений.

Чувствительным материалом датчика газа MQ-2 является SnO2. Когда целевой горючий газ существует, проводимость датчика выше вместе с ростом концентрации газа.

* Зуммер используется для оповещения жителей соседних домов в случае утечки газа или пожара (дыма). Кроме того, для отвода загрязняющих газов используется вытяжной вентилятор.

Рисунок 2. Принцип работы системы управления освещенностью с использованием датчиков LDR и PIR

* Датчик LM35 используется для измерения температуры в помещении Диапазон рабочих температур от -55°С до 150°С.

Выходное напряжение изменяется с шагом 10 мВ в ответ на повышение температуры на каждый градус Цельсия.

*DHT11 — недорогой цифровой датчик температуры и влажности. Он предоставляет значения относительной влажности в процентах (от 20 до 90% относительной влажности) и значения температуры в градусах Цельсия (от 0 до 50 °C).

Б. Дизайн программного обеспечения

Алгоритм предлагаемой системы автоматизации был реализован в микроконтроллерах PIC, при этом тестирование всей схемы проводилось по следующим этапам:

. 1- Написание программы на языке Micro C

. 2-Моделирование с помощью программы Proteus, на которой контроль как температуры, так и загрязнения воздуха реализован с помощью PIC16F877A (рис. 4), а управление освещением выполнено с помощью PIC18F455.

. (рис. 5)

 3- После успешного тестирования программных симуляций были проведены практические испытания на плате EasyPIC V.8 [9], которая позволяет загружать программу на микроконтроллер и выполнять различные тесты с кнопками и светодиодами, используемыми в качестве входов и выходов, соответственно.

Рисунок 3. Блок-схема контроля температуры/загрязнения воздуха

Рисунок 4. Блок-схема управления освещением

РЕАЛИЗАЦИЯ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Эта система управления состоит из двух программ, работающих

независимо друг от друга, и обе программы были протестированы с помощью программного обеспечения Proteus.Схема управления, представленная на рис .6 , была изготовлена на тестовой плате и исправно работала; впоследствии его можно реализовать на печатной плате.

Рисунок 5. Электронная схема предлагаемого автоматического управления на PIC18F4550 и PIC16F877A

АНАЛИЗ ЦЕН

Аппаратная стоимость представленной схемы намного дешевле существующих «коммерческих» схем. Общая стоимость оборудования для системы, описанной в этом исследовании, указана в ТАБЛИЦЕ I. Эта стоимость значительно ниже по сравнению с обычной системой управления освещением, которая включает в себя датчик света/движения/присутствия (стоимость: 250 dollar’s), и более сложной системой управления освещением. системы с датчиками изображения и другими высококачественными компонентами (стоимость> 1500 dollar’s).

Таблица. 1

Стоимость системы автоматизации без приводов [10].

Затраты, указанные в таблице 1, представляют собой удельные затраты на отдельные компоненты. Ожидается, что в случае производства такой системы в больших объемах стоимость значительно снизится. С другой стороны, основной функционал предлагаемой системы служит основным целям автоматизации.

 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проектирование и внедрение системы автоматического управления на основе микроконтроллера в умном доме было достигнуто с использованием недорогих компонентов, которые могут широко использоваться в развивающихся странах.

Разработанная схема сделает дом комфортнее и безопаснее для жителей и будет потреблять меньше энергии.Эту конструкцию можно легко адаптировать к любому дому, где требуется использование датчиков. Система автоматического управления домом на основе микроконтроллера, разработанная в этом исследовании, может использоваться в нескольких случаях, таких как: местные органы власти, общественные автостоянки, жилые автостоянки, больницы и т. Чтобы эффективно реализовать такую систему, необходимо понимать основы характеристик датчиков, работу микроконтроллера и принципы языка ассемблера. Датчики служат преобразователями для обнаружения людей, в то время как язык программирования имеет основополагающее значение для разработки программного обеспечения, основанного на системных требованиях. Спецификации и план работы системы. Обратите внимание, что ограничение этой конструкции зависит от надежности датчика. Используя эту конструкцию, удалось снизить общую стоимость блока управления и энергопотребление инфраструктуры, которая управляется этой системой. Для дальнейшей исследовательской работы следует рассмотреть следующие предложения:

1. Следует рассмотреть более совершенные датчики, предлагающие расширенную функциональность. Например, подходящий датчик, такой как инфракрасный, следует использовать вместе с датчиками LDR, которые работают только при наличии света.

Инфракрасные датчики подходят для всех ситуаций, так как они зависят не от света, а от тепла, исходящего от людей, входящих в помещения.

2. Используйте другие микроконтроллеры, такие как Arduino (или аналогичные), которые могут управлять всеми приводами и датчиками, встроенными в дом. Данные, отправленные датчиками, могут быть получены и обработаны платой Arduino, которая затем передаст их на компонент Ethernet и, таким образом, позволит визуализировать их в локальной сети или в Интернете.

3. Внедрить систему и датчики в реальный дом и изучить их поведение в долгосрочной перспективе, чтобы протестировать все параметры и оценить потенциал энергосбережения.