Aqlli uy uchun aloqa kanallarini adaptiv tanlash vositalari va usullarini tahlil qilish
-Bob. ALOQA KANALLARINI AQILLI UY UCHUN ADAPTİV TANLASH VOSITALARI
Download 1.7 Mb.
|
Aqlli uy diplom ishi
|
3-Bob. ALOQA KANALLARINI AQILLI UY UCHUN ADAPTİV TANLASH VOSITALARI
3.1. Aqlli uy uchun aloqa kanallarini moslashuvchan tanlash usulini apparat va dasturiy ta'minotini amalga oshirish Uskuna platformasini tanlash. Standartlarning paydo bo‘lishi va rivojlanishi simsiz texnologiyalarning ko‘lamini doimiy ravishda kengaytirmoqda. Bu sensorlar, boshqariladigan komponentlar va mexanizmlarning keng tarmog‘iga asoslangan. Bundan tashqari, zamonaviy avtomatlashtirish vazifalari shaffof hamkorlikni, ilg‘or xizmatlarni, ma'lumotlar bazasining o‘zaro ishlashini va hatto foydalanuvchi interfeysi dasturini talab qiladi. Element bazasini tanlashda muhim bo‘lgan asosiy mezonlar - quvvat sarfi, radiochastotaning xususiyatlari (qabul qiluvchining sezgirligi, uzatuvchining chiqish quvvati), xotira, mavjud ilovalar va uzatilgan ma'lumotlarning xavfsizligi. Simsiz komponentlar ishlab chiqaruvchilari simsiz tugunlarni qurish uchun uchta yondashuvni taklif qildilar va keng miqyosda ishlab chiqdilar. Birinchi yondashuv boshqaruv mikrokontrolleri bilan birga qabul qiluvchidir. Bunday holda, mikrokontroller tarmoq stekining ishlashi va amaliy vazifalarning ishlashi uchun javobgardir. Qabul qilgich SPI yoki UART interfeysi orqali kontrollerga ulanadi. Ushbu yondashuv simsiz komponentlar va kontrollerlarni bir yoki bir nechtasi uchun optimal ishlashga erishish uchun birlashtirishga imkon beradi: quvvat sarfi, vazn va o‘lcham xususiyatlari, zarur funktsiyalar to‘plami, dasturiy ta'minot kutubxonalarining mavjudligi. Ikkinchi variant - bitta korpusda va qabul qilgich va mikrokontrolderda joylashgan system-on-a-chip (SOC) tizimlaridan foydalanish. Ushbu dastur yanada ixcham va kamroq komponentlarni talab qiladi. Ikkala holatda ham, dasturni disk raskadrovka qilishda siz protokollar va ilovalar to‘plamining ishini kuzatishingiz kerak. Bundan tashqari, dasturning noto‘g‘ri ishlashi protokolning stek protseduralarining tugatilishiga va natijada tugunning tarmoqdan chiqishiga olib kelishi mumkin, bu esa o‘z navbatida taqsimlangan dasturning umuman bajarilishiga zarar yetkazishi mumkin. Xuddi shunday, protokol stekidagi xatolar mikrokontrollerning ishdan chiqishiga yoki dasturni to‘xtatishiga olib kelishi mumkin. Tugun, bu holda, o‘z vazifalarini bajarishni to‘xtatadi. Ko‘p funktsiyali bitta chipli simsiz ilovalar ishlab chiquvchilarga ilovalarning moslashuvchanligini oshirish, kerakli komponentlar sonini kamaytirish va natijada chop etish tugunining hajmini kamaytirish bilan birga iste'molchilarning eng yuqori talablarini qondirish imkoniyatini beradi. Hozirgi dunyoda Atmel va Microchip, Nordic va STMicroelectronics, Texas Instruments va boshqalar kabi mikrokontrollerlarning bir nechta ishlab chiqaruvchilari mavjud. Chipdagi tizimlarning arxitekturasi doimiy ravishda takomillashtirilmoqda, xususan, qabul qiluvchi parametrlarni optimallashtirish, energiya tejash rejimlari, dasturiy ta'minot kutubxonalari, protokollar steklari, muhitlar va ishlab chiqish vositalarini taklif qiluvchi dasturiy ta'minot ishlab chiqilmoqda. Simsiz SOC mikrokontrollerlarining apparat imkoniyatlari qayta ishlangan ma'lumotlarning bit hajmida ham, maksimal ish chastotalarida ham farqlanadi. Ko‘pincha, simsiz SOC-larda boshqaruv mikrokontrollerlari sifatida standart protsessor yadrolari mavjud, masalan, 8-bitli x51 arxitektura yadrolari va 32-bitli ARM yadrolari. Arduino Mega2560 R3 platasi, ATMEL mikroprotsessoriga asoslangan - ATmega2560, AVR oilasining 8 bitli mikrokontrolleri - ATmega2560, tizimning asosiy moduli mikrokontrolleri funktsiyalarini bajarish uchun ishlatiladi. Bunday kontroller uchun ishlatiladigan 256 KB flesh xotira , proshivka xotirasi, shuningdek, ma'lumotlarni saqlash uchun mo‘ljallangan 8KB RAM va 4KB mustaqil EEPROM xotirasi mavjud. Shuningdek, apparat majmuasining muhim elementi nRF24L01 simsiz aloqa moduli bo‘lib, u 2,4 gigagertsli chastotada radio tarmog‘ini qurish uchun ishlatiladi. Ushbu radio modem nRF24L01+ chipiga asoslangan va 250Kbit/s, 1Mbit/s yoki 2Mbit/s tezlikni qoʻllab-quvvatlaydi va 126 ta mustaqil kanalda ishlay oladi, shuning uchun bir nechta qurilmalar bir-biriga xalaqit bermasdan bir-biri bilan aloqa qila oladi. Modul mikrokontroller bilan SPI dasturiy protokoli interfeysi orqali ham ishlaydi, mos ravishda modul ATmega328 mikrokontrollerining tegishli kontaktlarida joylashgan Arduino SPI interfeysiga ulangan bo‘lishi kerak. NRF24L01 + radio modulining asosiy texnik xususiyatlari quyidagilardan iborat: Chastota diapazoni 2,4 GGts; - ish masofasi 100 metrgacha, bino ichida - 30 metrgacha; - 2 Mbit / s gacha ma'lumotlarni uzatish tezligi; - mikrokontrollerning ta'minot kuchlanishi 3-3,6V; -Kanallar soni: 126; - mikrokontroller - SPI bilan o‘zaro ta'sir qilish interfeysi; – Maksimal chiqish signali quvvati: 0dBm; – Antennaning kuchayishi (cho‘qqi): 2dBm; - Kanallar soni: 126. Aqlli uyning boshqaruv blokining blok diagrammasi 3.1-rasm. "Boshqaruv bloki" boshqaruv modulining blok diagrammasi Aloqa tizimi quyidagi talablarga javob beradigan tarzda ishlab chiqilgan: - Chastota diapazoni - 2,4 gigagertsli, bu ruxsatnomalarni talab qilmaydi; - diapazoni - bino ichida 30 metrdan; - Tezlik - 2 MB gacha; - Maksimal chiqish quvvati - 0dBm; - Antennaning kuchayishi (cho‘qqi) - 2dBm; - Kanallar soni - 120 ta. Aqlli uyning boshqaruv blokining elektr sxemasi. Elektr sxemasini ishlab chiqish loyihalashtirilayotgan tizimning funktsional tuzilishi va ko‘lamini va uning alohida modullarini belgilaydigan muhim dizayn bosqichlaridan biridir. Tizimning asosiy moduli “Boshqaruv bloki” ishlab chiqilgan. "Boshqaruv bloki" asosiy modulining elektr sxemasining asosiy bloklari: –DM1 - Arduino Mega2560 mikroprotsessori; –DM2 - Piezo-emitter HCM1205X; –DM3 - Simsiz aloqa moduli nRF24L01 +; - DM4 - Android asosidagi smartfon bilan mikroprotsessor platasini ulash uchun mo‘ljallangan Bluetooth moduli; - DM5 - real vaqt moduli DS1302, ikki kanalli relega ulangan qurilmalarni yoqish va o‘chirishning aniq vaqtini belgilash uchun mo‘ljallangan; –DM6 - Relay1 moduli; –DM7 - Relay2 moduli; –KM1 - 4 x 4 matritsa klaviaturasi; –DD1 - PCF8574 chipiga asoslangan I2C moduli; - HG1 - matn va raqamli ma'lumotlarni ko‘rsatish uchun LCD displey moduli. "Boshqaruv bloki" asosiy modulining elektr sxemasi 3.2-rasmda ko‘rsatilgan. 3.2-rasm. "Boshqaruv bloki" asosiy modulining sxematik diagrammasi Aqlli uy tizimining asosiy modulining ishlash algoritmi. Taklif etilgan algoritm aqlli uy uchun qisqa tutashuvni adaptiv tanlash usuli ishining test dasturini amalga oshirish uchun ishlab chiqilgan. Uning asosiy vazifasi - axborot modullari bilan aloqa o‘rnatish va "Boshqaruv bloki" boshqaruv modulining LCD displeyiga ma'lumot yoki signal xabarlarini chiqarish. "Boshqaruv bloki" asosiy modulining algoritmi quyidagicha: Kutubxonalarni ulash va ishga tushirish; O‘zgaruvchilarni e'lon qilish; I/U portlarini ishga tushirish; Tashqi modullarni ishga tushirish; Chastota diapazonini skanerlash; Erkin chastotalar ro‘yxatini yaratish; Asosiy chastotani o‘rnatish va chiziqni tinglang; Agar ulanishga urinish bo‘lsa, keyin davom eting yoki 11-bosqichga o‘ting; 9) Yangi tizim moduli bilan aloqa o‘rnatish, konfiguratsiya ma'lumotlarini olish (modul identifikatori va uning manzili); 10) Bepul chastotalar ro‘yxatini va asosiy chastota kodini o‘tkazamiz; 11) Voqealar ro‘y berishi haqidagi chiziqni tinglaymiz; 12) LCD displeyda tarmoq holatini ko‘rsatish; 13) Foydalanuvchi harakatini tanlash menyusini ko‘rsatadi; 14) Biz klaviaturani so‘rov qilamiz va kiritilgan buyruqlarni qayta ishlaymiz; Agar buyruq kiritilsa, biz buyruqni qayta ishlaymiz, agar bo‘lmasa, biz davom etamiz; 16) Belgilangan vaqtni kutamiz va 11-bandga o‘tamiz. 17) Aqlli uy tizimining modullarini o‘rganish, ulanishni tekshirish; 18) Agar urinish muvaffaqiyatsiz bo‘lsa, biz LCD displeyda tegishli xabarni ko‘rsatamiz - 17-bandni uch marta ko‘rsating va takrorlang, agar radioaloqa o‘rnatishga urinish muvaffaqiyatli bo‘lsa, davom eting; 19) Axborotdan ma'lumot olish uchun so‘rov yuboriladi; 20) Biz ma'lumotlarni qabul qilamiz va ularni LCD displeyda ko‘rsatamiz; 21) Agar ogohlantirish xabari olinsa, ushbu ko‘rsatkichlarni LCD displeyda ko‘rsating, agar bo‘lmasa, davom eting; 22) Belgilangan vaqtni kutamiz va 12-bandga o‘tamiz. Aqlli uy tizimining asosiy moduli dasturiy ta'minotining tavsifi. Asosiy funktsiyalar va ularning usullari 3.3-rasmda ko‘rsatilgan. Kutubxona kodining ro‘yxati 3.3-rasmda ko‘rsatilgan. 3.3-rasm. Kutubxonaga ulanish dasturlari ro‘yxati Xulosa deklaratsiyasining dastur kodlari ro‘yxati 3.4-rasmda ko‘rsatilgan. 3.4-rasm. Xulosalarni e'lon qilish dasturining ro‘yxati H aqiqiy vaqt rejimida modulni ishga tushirish dasturi kodining ro‘yxati 3.5-rasmda ko‘rsatilgan. 3.5-rasm. Dastur ro‘yxatini ishga tushirish vaqti moduli LCD displeyda sana va vaqtni aniq ko‘rsatish uchun dastur kodining ro‘yxati 3.6-rasmda ko‘rsatilgan. 3.6-rasm. Dasturning ro‘yxatini ko‘rsatish NRF24L01 + radio modulini o‘rnatish uchun dastur kodining ro‘yxati 3.7-rasmda ko‘rsatilgan. LCD displeyni o‘rnatish uchun dastur kodining ro‘yxati va tabrik matnining chiqishi 3.7-rasmda ko‘rsatilgan. 3.7-rasm. Displeyni sozlash dasturining ro‘yxati 3.7-rasm. nRF24L01 radio moduli konfiguratsiya dasturining ro‘yxati Ma'lumotlarni uzatish uchun dastur kodining ro‘yxati 3.9-rasmda ko‘rsatilgan 3.9-rasm. Ma'lumotlarni uzatish dasturlari ro‘yxati Signal xabarini chiqarish uchun dastur kodining ro‘yxati 3.10-rasmda ko‘rsatilgan. 3.10-rasm. Signalni chiqarish dasturining ro‘yxati 3.2. Aloqa kanallarini moslashuvchan tanlash usuli yordamida aqlli uy tizimining tavsifi Smart Home modul tizimi foydalanuvchiga atrof-muhit holati (masalan, harorat, namlik va yorug‘lik darajalari), shuningdek, xonada odam borligi, gaz sizib chiqishi kabi "favqulodda" holatlar haqidagi ma'lumotlarni taqdim etadi. Aqlli uy tizimining funktsional modullari. Ishlab chiqilgan tizimda bir-biri bilan o‘zaro ta'sir qiluvchi to‘rtta simsiz funktsional modul mavjud (3.11-rasmga qarang). Ya'ni, tizimning asosiy moduli - "Boshqarish markazi" ("Uy markazi") va uchta "axborot" moduli "Harakat sensori" ("Motion center"), "Gaz sensori" ("Smoke sensor"), "Toshqin sensori" ("Flood sensor"). 3.11-rasm. Aqlli uy tizimining modullari orasidagi radioaloqa sxemasi Aqlli uy kontseptsiyasi tizimning barcha modullari orasidagi radioaloqadan foydalanishga asoslangan. Ushbu aloqa ikkala boshqaruv buyruqlarini uzatish va tizimning "axborot" modullaridan ma'lumot olish uchun amalga oshiriladi. Har bir modul o‘zining identifikatsiya raqamiga ega tizimning alohida "ob'ekti" sifatida qaraladi. Ushbu amalga oshirish tizimning boshqa modullaridan ma'lumotlarni boshqarish yoki qabul qilish uchun "Boshqarish markazi" ("Home center") yagona boshqaruv modulidan foydalanishni o‘z ichiga oladi. "Harakat sensori" ("Motion center "), "Gaz sensori" ("Smoke center "), "Toshqin sensori" ("Flood center ") uchta axborot modullarini amalga oshirish, datchiklardan ma'lumot olish va ushbu ma'lumotlarni radioaloqa va belgilangan me'yorlarga muvofiq individual sensorlar (harakat, gaz, suv toshqini, harorat, namlik yoki yorug‘lik sensori) bo‘yicha belgilangan darajadan oshib ketishiga o‘z vaqtida javob berish (3.12-rasmga qarang) ga masul. Asosiy e'tibor "Boshqaruv bloki" asosiy moduliga qaratiladi, chunki uning funktsiyasiga quyidagilar kiradi: - Axborot olish yoki boshqaruv buyruqlarini uzatish uchun periferik modullar bilan aloqa o‘rnatish; - qurilmaning axborot ekranida tizim holati va uning ishlash rejimini vizual ko‘rsatish; - Rele moduli yordamida maishiy texnikani boshqarish; - Klaviatura interfeysi orqali asosiy modulni boshqarishni qo‘llab-quvvatlash. 3.12-rasmda Harakat sensori modulining blok diagrammasi ko‘rsatilgan. 3.12-rasm. "Harakat sensori" modulining blok diagrammasi "Harakat sensori" axborot moduli quyidagilarni o‘z ichiga oladi: - "Motion Sensor" modulining ishlashini boshqarish uchun mo‘ljallangan Arduino Nano mikroprotsessori; - 2,4 gigagertsli chastotada radio tarmog‘ini qurish uchun mo‘ljallangan simsiz aloqa moduli nRF24L01 +; - ovozli xabarnomani amalga oshirish uchun mo‘ljallangan HCM1205X piezo emitteri; - Harakat sensori (PIR), xonada inson harakatini aniqlash uchun mo‘ljallangan; - xonadagi yorug‘lik darajasini o‘lchash uchun mo‘ljallangan yorug‘lik sensori (fotorezistor); - Namlik va harorat sensori (DHT-11), xonadagi namlik va haroratni o‘lchash uchun mo‘ljallangan. 3.13-rasmda Gaz sensori modulining blok diagrammasi ko‘rsatilgan. 3.13-rasm. "Gaz sensori" modulining blok diagrammasi "Gaz sensori" axborot moduli quyidagilarni o‘z ichiga oladi: - "Motion Sensor" modulining ishlashini boshqarish uchun mo‘ljallangan Arduino Nano mikroprotsessori; - 2,4 gigagertsli chastotada radio tarmog‘ini qurish uchun mo‘ljallangan simsiz aloqa moduli nRF24L01 +; - ovozli xabarnomani amalga oshirish uchun mo‘ljallangan HCM1205X piezo emitteri; - gaz sensori (MQ-5), tabiiy gaz, propan, koks gazi, spirt bug‘lari va tutun darajasini o‘lchash uchun mo‘ljallangan; - xonadagi yorug‘lik darajasini o‘lchash uchun mo‘ljallangan yorug‘lik sensori (fotorezistor); - Namlik va harorat sensori (DHT-11), xonadagi namlik va haroratni o‘lchash uchun mo‘ljallangan. 3.14-rasm. "Toshqin sensori" modulining blok diagrammasi ko‘rsatilgan. 3.14-rasm. "Toshqin sensori" modulining blok diagrammasi "Toshqin sensori" axborot moduli quyidagilarni o‘z ichiga oladi: - "Motion Sensor" modulining ishlashini boshqarish uchun mo‘ljallangan Arduino Nano mikroprotsessori; - 2,4 gigagertsli chastotada radio tarmog‘ini qurish uchun mo‘ljallangan simsiz aloqa moduli nRF24L01 +; - ovozli xabarnomani amalga oshirish uchun mo‘ljallangan HCM1205X piezo emitteri; - Suv toshqini sensori (Suv sensori), ko‘chirilgan joylarda suv oqishini aniqlash uchun mo‘ljallangan; - xonadagi yorug‘lik darajasini o‘lchash uchun mo‘ljallangan yorug‘lik sensori (fotorezistor); - Namlik va harorat sensori (DHT-11), xonadagi namlik va haroratni o‘lchash uchun mo‘ljallangan. 3.3. Aqlli uy tizimining asosiy modullarining sxemasi. Aqlli uy ning ishlab chiqilgan tizimi quyidagi periferik modullardan iborat: "Harakat sensori", "Gaz sensori", "Tutun sensori", "Toshqin sensori". Ularning sxemalari mikroprotsessor va radio modul o‘rtasidagi bog‘lanishga asoslangan va o‘zaro almashtiriladigan modulli tuzilishga ega. Bu shuni anglatadiki, ular orasidagi asosiy farq faqat ishlatiladigan asosiy sensor bo‘lib, undan tizim modullarining nomi kelib chiqadi va periferik komponent barcha sxemalar uchun umumiydir. Sxematik elektr diagrammasi ushbu qurilmalarning batafsil tuzilishini, shuningdek, ular orasidagi munosabatlarni ko‘rsatadigan asosiy bloklar, komponentlar, qismlarni ko‘rsatish uchun mo‘ljallangan. Bunday sxemadan ushbu bloklardan foydalanish va ularning asosiy rejimlarda ishlash printsipi, ularning ulanishi va komponentlarning o‘zaro ta'siri aniq bo‘lishi kerak. Tadqiqotlar asosida aqlli uy uchun aloqa kanallarini adaptiv tanlash usuliga asoslangan dasturiy mahsulot ishlab chiqildi. Aqlli uy tizimining sinov modullari ham ishlab chiqilgan: "Harakat sensori", "Gaz sensori", "Toshqin sensori". Ushbu modullarning konstruktiv va elektr sxematik diagrammalari yaratilgan. Test dasturi ishlab chiqilgan. "Harakat sensori" asosiy modulining sxemasi 3.15-rasmda ko‘rsatilgan. 3.15-rasm. "Harakat sensori" modulining sxematik elektr sxemasi "Harakat sensori" modulining elektr sxematik diagrammasining asosiy bloklari: - DM1 - Arduino Nano mikroprotsessori, "Motion Sensor" modulining ishlashini boshqarish uchun mo‘ljallangan; - DM2 - ovozli xabarni amalga oshirish uchun mo‘ljallangan HCM1205X piezo emitteri; - DM3 - 2,4 gigagertsli chastotada radio tarmog‘ini qurish uchun mo‘ljallangan simsiz aloqa moduli nRF24L01 +; - DAT1 - yorug‘lik sensori (fotorezistor), xonadagi yorug‘lik darajasini o‘lchash uchun mo‘ljallangan; - DAT2 - namlik va harorat sensori (DHT-11), xonadagi namlik va haroratni o‘lchash uchun mo‘ljallangan; - DAT3 - Harakat sensori (PIR), xonada inson harakatini aniqlash uchun mo‘ljallangan 3.16-rasm. "Gaz sensori" asosiy modulining sxematik diagrammasi "Gaz sensori" modulining elektr sxematik diagrammasining asosiy bloklari: - DM1 - Arduino Nano mikroprotsessori, "Motion Sensor" modulining ishlashini boshqarish uchun mo‘ljallangan; - DM2 - ovozli xabarni amalga oshirish uchun mo‘ljallangan HCM1205X piezo emitteri; - DM3 - 2,4 gigagertsli chastotada radio tarmog‘ini qurish uchun mo‘ljallangan simsiz aloqa moduli nRF24L01 +; - DAT1 - yorug‘lik sensori (fotorezistor), xonadagi yorug‘lik darajasini o‘lchash uchun mo‘ljallangan; - DAT2 - namlik va harorat sensori (DHT-11), xonadagi namlik va haroratni o‘lchash uchun mo‘ljallangan; - DAT3 - gaz sensori (MQ-5), tabiiy gaz, propan, izobutan, koks gazi, spirt bug‘lari va tutun darajasini o‘lchash uchun mo‘ljallangan.
3.17-rasm. "Toshqin sensori" asosiy modulining sxematik diagrammasi "Toshqin sensori" modulining elektr sxematik diagrammasining asosiy bloklari: - DM1 - Arduino Nano mikroprotsessori, "Motion Sensor" modulining ishlashini boshqarish uchun mo‘ljallangan; - DM2 - ovozli xabarni amalga oshirish uchun mo‘ljallangan HCM1205X piezo emitteri; - DM3 - 2,4 gigagertsli chastotada radio tarmog‘ini qurish uchun mo‘ljallangan simsiz aloqa moduli nRF24L01 +; - DAT1 - yorug‘lik sensori (fotorezistor), xonadagi yorug‘lik darajasini o‘lchash uchun mo‘ljallangan; - DAT2 - namlik va harorat sensori (DHT-11), xonadagi namlik va haroratni o‘lchash uchun mo‘ljallangan; - DAT3 - To‘fon sensori (Suv sensori), ko‘chirilgan joylarda suv oqishini aniqlash uchun mo‘ljallangan. 3-bob bo‘yicha xulosa "Aqlli uy" tizimida ma'lumotlarni uzatish usullari va vositalarini tahlil qilish asosida aqlli uy uchun aloqa kanallarini moslashuvchan tanlash usulini apparat va dasturiy ta'minotni amalga oshirish taklif etiladi. Taklif etilayotgan usulni amalga oshirish uchun apparat platformasini tanlash, shuningdek, aqlli uy uchun aloqa kanallarini moslashuvchan tanlash imkonini beruvchi aqlli uy boshqaruv blokining tizimli va elektr sxematik diagrammasi ishlab chiqilgan. Taklif etilayotgan usul asosida aqlli uy tizimining asosiy modulining ishlash algoritmi ishlab chiqilgan va uning asosida dasturiy ta'minot ishlab chiqilgan. Aloqa kanallari va uning funksional modullarini adaptiv tanlash usuli yordamida “Aqlli uy” tizimining umumiy tuzilishi tavsiflangan va tizimning eksperimental modeli ishlab chiqilgan. Download 1.7 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|