Технические науки/12. Автоматизированные системы управления на производстве

Гусельщикова К.О.

Чорноморський державний університет імені Петра Могили, Україна

Розробка програмного забезпечення для функціонування локальної системи «Розумний дім»

В даний час людство рухається в бік наростання комфорту в наших оселях: сучасна квартира дуже часто крім "арсеналу" побутової техніки та аудіо-відео комплексу містить ще і системи кондиціювання, опалення, освітлення та охорони тощо. Всім цим "електронним організмом" потрібно щодня управляти.

Забезпечення ефективної роботи локальної мережі «Розумний дім» вимагає вирішення цілого комплексу завдань:

1. Гетерогенність системи: суміщення декількох технологій передачі даних (протоколів).

Для передачі інформації до пульта управління використовують різні канали і технології передачі даних, як провідні (з використанням стандартів HPNA (Home Phoneline Networking Assosiation), CEBus (Consumer Electronic Bus), EIB (European Installation Bus) та інші), так і канали радіозв’язку (з використанням протоколів WAP, GPRS, EDGE тощо).

Перспективними є безпровідні технології, основними плюсами яких є висока швидкість розгортання мережі і встановлення датчиків, систем контролю і виконавчих механізмів, низька вартість робіт по монтажу устаткування, легка реконфігурація (безпровідні датчики можуть встановлюватися майже в будь-якому місці в межах чутливості приймача).

Отже, система повина підримувати декілька технолоній передачі даних, тим самим стаючи більш універсальною.

2. Мультидистанційність: управління системою та отримання інформації про її діяльність за допомогою різних каналів передачі даних (SMS сервіс, Інтернет, ПК).

Необхідність отримання інформації про стан будинку, яку надає локальна система «Розумний дім» може бути необхідна в будь-який момент, так само як і необхідність управління системою. Тому актуальним є не лише управління системою з домашнього ПК, що розташований у даній будівлі, а й за допомогою Інтернет чи мобільного зв’язку.

3. Ієрархічність прав користування системою: система розробляється як багатокористувацька, тож доцільним є функція розподілення прав/ролей для користувачів.

Доступ до системи можуть мати декілька користувачів. Це доцільно і для офісних будівель (можуть бути наявні ролі охоронця, прибиральниці, робітника тощо) і для житлових квартир (батьки, дитина). Різні користувачі, що мають доступ до системи можуть мати різні ролі та наділені відповідними правами.

Отже, метою розроблюваної системи є підвищення ефективності та зручності дистанційного та локального управління системою автоматичного контролю параметрів мережі «Розумний дім», розподілення прав/ролей багатокористувацької системи.

Загальна схема роботи розроблюваної системи така: центральний мікроконтроллер (або комп'ютер) приймає сигнали від командних пристроїв, потім передає ці сигнали виконавчим модулів і систем в будинку. Виконавчі модулі та системи отримують команди по електромережі, по інфрачервоному або радіоканалу і включають або вимикають відповідні пристрої: освітлення, систему охорони, кондиціювання повітря, опалення, подачу води тощо.

Для забезпечення контролю людиною дій системи «Розумний дім» існують такі засоби управління як сенсорні панелі, вимикачі і кнопкові панелі, пульти дистанційного управління, персональний комп’ютер (ПК) тощо. В результаті аналізу існуючих засобів управління з ціллю розвитку та вдосконалення їх щодо розв’язання задач, які булі вказані, обрано ПК.

В ході розробки моделі програмного забезпечення системи визначено основні вимоги до системи:

- підтримка декількох каналів передачі даних від центрального мікроконтролера (GSM, USB, COM, TCP/IP);

- підтримка протоколів передачі даних та команд користувача (Internet, SMTP, POP3, GSM(SMS), TCP/IP);

- авторизація та аутентифікація користувачів;

- можливість одночасної роботи з однією системою багатьох користувачів з динамічними рівнями доступу (за допомогою різних протоколів);

- можливість швидкого налагодження системи під окрему систему датчиків та керуючих пристроїв, можливість модифікації схеми.

Проблема одночасної підтримки різних каналів даних вирішена за допомогою ввикористання паралельних потоків. Це значно покращує швидкодію отримання данних, адже програма проводить не послідовне опитування каналів передачі даних на наявність нових повідомлень від центрального контролера, або окремого датчика, а паралельну перевірку каналів. Звичайно, використовувати даний метод краще на ПК на основі багатоядерних процесорів, щоб повністю оцінити всі переваги швидкодії паралельних потоків.

Для вирішення проблеми одночасної роботи з протоколами передачі даних (команд користувача) було використано аналогічний метод. Користувач може завчасно налаштувати ті протоколи, які він буде використовувати та система переходить у стан очікування у паралельних потоках на команду користувача для подальшої їх обробки.

Ієрархічність прав користування системою забезпеченно окремим модулем, за допомогою якого виконується аутентифікація та авторизація користувачів системи. У розроблюваній системі виділено 3 основні групи користувачів: адміністратор (фахівець, що здійснює налагоджування системи), головний користувач (адміністратор серед користувачів) та користувачі з динамічним рівнем доступу.

В результаті розробки моделі програмного забезпечення функціонування локальної мережі «Розумний дім» було створено практичну реалізацію. На рисунку 1 зображене основне вікно розробленої програми.

Рис.1. Практична реалізація моделі програмного забезпечення функціонування локальної мережі «Розумний дім»

Теоретичне значення результатів дослідження:

- отриманні моделі дозволяють будувати гетерогенні мережі та обробляти/передавати/приймати дані, що передані по цим каналам;

- отримані методи організації мультидистаційного керування дозволяють керувати пристроями та відслідковувати їх роботу, використовуючи ті засоби, які є найбільш доступними та зручними у даний момент (SMS, Internet, ПК);

- отримані методи ієрархічності розподілення прав доступу до системи можна використовувати для організації мультидоступу до системи.

Практичне значення результатів дослідження полягає у вдосконаленні інформаційних комплексів системи локальної мережі «Розумний дім» на базі гетерогенності, мультидистанційності та ієрархічності доступу системи. Розробляється програмний продукт (з використанням об’єктно-орієнтованих мов програмування), що дозволяє моделювати топологічні структури розміщення приймально-передавальних пристроїв всередині будівель, отримання та відображення інформації, організації управління ними (згідно отриманих прав/ролей) а також дистанційне управління за допомогою SMS і Інтернет.