ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5822Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | Палагін, Володимир Васильович | - |
| dc.contributor.author | Воробкало, Олексій Костянтинович | - |
| dc.date.accessioned | 2025-07-08T12:26:05Z | - |
| dc.date.available | 2025-07-08T12:26:05Z | - |
| dc.date.issued | 2025 | - |
| dc.identifier.uri | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5822 | - |
| dc.description.abstract | Мета роботи – розробка та практична реалізація системи дистанційного керування макетом розумного будинку з застосуванням інфрачервоної технології та з можливістю додаткового керування пристроями з клавіатури. У роботі реалізовано універсальну платформу, яка дає змогу за допомогою ІЧ-пульта керувати освітленням, та клімат контролем. Основою системи є мікроконтролер Arduino, який приймає сигнали від ІЧ-приймача, опрацьовує дані та передає результати на дисплей. У роботі детально описано принцип дії системи, алгоритм її функціонування, структурну схему та використані компоненти. Розробка є прикладом практичного застосування сучасних технологій у сфері автоматизації, має високий рівень адаптивності. Розроблена система дистанційного керування практично реалізована на макеті розумного будинку | uk_UA |
| dc.language.iso | uk | uk_UA |
| dc.subject | розумний будинок | uk_UA |
| dc.subject | інфрочервоне керування | uk_UA |
| dc.subject | arduino | uk_UA |
| dc.subject | датчик температури | uk_UA |
| dc.subject | датчик вологості | uk_UA |
| dc.title | Розробка системи дистанційного керування розумним будинком | uk_UA |
| dc.type | Bachelor Thesis | uk_UA |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_Воробкало_Палагін.pdf Restricted Access | 1.41 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА
МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ
ТА КІБЕРБЕЗПЕКИ
Допущений до захисту
“____” червня 2025 р.
Завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор
_________Володимир ПАЛАГІН
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній ступінь)
на тему:
Розробка системи дистанційного керування
розумним будинком
Виконав: студент 4 курсу, групи РТ-15
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Радіотехніка та
робототехнічні системи»
Воробкало О.К.
(прізвище та ініціали)
Керівник Палагін В.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Бондаренко М.О.
(прізвище та ініціали)
Черкаси – 2025 року
Форма № Н-9.01
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки
Освітній рівень бакалавр
Спеціальність 172 – Телекомунікації та радіотехніка
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системи
ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри Палагін В.В.
« » 2025 р.
ЗАВДАННЯ
НА ДИПЛОМНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ
Воробкало Олексію Костянтиновичу
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка системи дистанційного керування
розумним будинком
Керівник проекту (роботи) Палагін Володимир Васильович, д.т.н., професор
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом по університету від « 05 » березня 2025 р. № 63/03-03
2. Термін здачі студентом закінченої роботи 06.06.2025
3. Вихідні дані до проекту (роботи) ІЧ-технологія керування, керування
освітленням в будинку, вимірювання температури та вологості, вивід інформації
на РК дисплей.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)
1. Технології керування розумним будинком
2. Розробка та принцип дії системи дистанційного керування
3. Підбір елементної бази системи дистанційного керування
4. Розробка програмного забеспечення
5. Охорона праці
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Назва роботи, об’єкт та мета роботи, технології керування розумним будинком.
структурна схема системи дистанційного керування, елементна база системи
дистанційного керування, середовище розробки Arduino IDE, охорона праці.
6. Консультанти розділів проекту (роботи)
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
1. Охорона праці Кожем’якін
Олексій Сергійович
7. Дата видачі завдання 10.02.2025
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного Строк виконання етапів
Примітка
з/п проекту (роботи) проекту (роботи)
1. П ошук та огляд літератури 20.02.2025
А наліз технологій керування розумним 29.02.2025
2.
будинком
3. Ро зробка структурної схеми 10.03.2025
4. В ибір елементної бази 20.03.2025
5. Ро зробка програмного забезпечення 20.04.2025
6. О хорона праці 12.05.2025
7. О формлення пояснювальної записки 26.05.2025
8. Розробка презентації 05.06.2025
Студент-дипломник Олексій ВОРОБКАЛО
(підпис)
Керівник проекту Володимир ПАЛАГІН
(підпис)
ЗМІСТ
сторінка
Вступ ………………………………………………………………………………...5
1. ТЕХНОЛОГІЇ КЕРУВАННЯ РОЗУМНИМ БУДИНКОМ …...…………....6
1.1. Смарт-технології …...…………………………………………………...…6
1.2. Розумний будинок........................................................................................7
1.3. Способи керування розумним будинком………………………………...8
1.3.1. Радіочастотне керування …………………………………………..8
1.3.2. Керування за допомогою інфрачервоного пульта ……………...10
1.3.3. Технологія WiFi……………………………………………………11
1.3.4. Bluetooth технологія керування в розумному будинку…………13
1.3.5. Zigbee технологія керування в розумному будинку……………15
1.3.6. Голосове, акустичне та керування жестами розумним
будинком…………………………………………………………..16
1.4. Постановка задачі ………………..............................................................20
2. РОЗРОБКА ТА ПРИНЦИП ДІЇ СИСТЕМИ ДИСТАНЦІЙНОГО
КЕРУВАННЯ...................................................................................................22
2.1. Розробка структурної схеми…..................................................................22
2.2. Принцип дії системи …………………………………………………….23
3. ПІДБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ СИСТЕМИ ДИСТАНЦІЙНОГО
КЕРУВАННЯ.................................................................................................26
3.1. Загальна характеристика платформи Arduino ….....................................26
3.2. Інфрачервоні детектори …….…………………………………………...29
РТ15.025.028.248 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Воробкало О,К, Розробка системи Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Палагін В.В. дистанційного керування 3 72
розумним будинком
Н. Контр. ЧДТУ
Затверд. Палагін В.В.
3.3. Керування світлодіодами через реле за допомогою Arduino………….34
3.4. Датчики клімат контролю в розумному будинку ………………….…36
3.5. Рідкокристалічний індикатор …………………………………………...39
3.6. Керування системою за допомогою мембранної клавіатури……….…41
4. РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ........................................43
4.1. Середовище розробки Arduino IDE……………………………………...43
4.2. Розробка коду……………………………………………………………..45
5. ОХОРОНА ПРАЦІ..............................................................................................51
5.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на співробітника
проектної лабораторії ……..............................................................................51
5.2. Розрахунок системи кондиціонування повітря лабораторії…………..58
Висновки ............................................................................................................…..65
Список використаної літератури….....................................................................66
ДОДАТКИ………………………………...………………………………………..68
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
4
Змн Арк № докум. Підпис Дата
ВСТУП
У сучасному світі спостерігається стрімкий розвиток технологій
автоматизації, який безпосередньо впливає на побут людини. Одним із ключових
напрямів є впровадження концепції «розумного будинку» – інтелектуальної
системи, яка забезпечує комфорт, енергоефективність, безпеку та дистанційне
керування різними пристроями та процесами в житлі.
Особливу увагу серед технологій автоматизації привертають рішення, які
дозволяють керувати електронними пристроями дистанційно, зокрема за
допомогою інфрачервоної (ІЧ) технології. ІЧ-керування є поширеним способом
бездротової передачі команд і широко використовується в побутових приладах
(телевізорах, кондиціонерах, мультимедійних системах тощо). Вона
характеризується простотою реалізації та достатньою надійністю в умовах
коротких дистанцій. Системи такого типу особливо цінні в умовах обмеженого
бюджету, коли використання складніших технологій (наприклад, Wi-Fi або GSM)
є недоцільним.
Розробка недорогих і ефективних автоматизованих систем є актуальним
завданням у різних сферах: побуті, промисловості, охороні здоров’я, сільському
господарстві тощо. Особливу роль відіграють пристрої, які здатні контролювати
параметри навколишнього середовища (температура, вологість, освітленість тощо)
та виводити інформацію для користувача у зрозумілому вигляді.
Одним із найпоширеніших інструментів у цій галузі є платформи на базі
мікроконтролерів, зокрема Arduino, які завдяки відкритій архітектурі, широкому
вибору датчиків і модулів, а також простоті використання, широко застосовуються
як у навчальних цілях, так і в реальних інженерних рішеннях.
Мета роботи – розробка та практична реалізація системи дистанційного
керування макетом розумного будинку з застосуванням інфрачервоної технології
та з можливістю додаткового керування пристроями з клавіатури.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
5
Змн Арк № докум. Підпис Дата
1. ТЕХНОЛОГІЇ КЕРУВАННЯ РОЗУМНИМ БУДИНКОМ
1.1. Смарт-технології
Смарт-технології – це створення та використання пристроїв та систем, здатних
приймати автономні рішення на основі даних, які надходять від сенсорів або інших
джерел інформації [1].
Основою смарт-технологій є комп'ютерні системи та мікропроцесори, які
виконують задані програмою задачі, отримуючи інформацію з датчиків, через
дистанційне керування людиною, або через інтернет.
Приклади використання smart-технологій охоплюють різноманітні напрямки,
включаючи розробку смарт-пристроїв, автоматизацію домашніх систем, створення
IoT-проектів та інші. Найбільш популярні з них такі [2]:
- Розумний дім: створення домашніх систем автоматизації для управління
освітленням, температурою, безпекою, мультимедійними пристроями. Можна
налаштувати освітлення, яке автоматично вмикається при заході сонця, або
підлаштувати роботу різних пристроїв під свій режим дня.
- Розумний сад та город: створення своїми руками автономного домашнього
саду на дачі чи біля приватного будинку, з підсвічуванням та автополивом для
рослин, смарт-грядками чи розумними теплицями.
- Розумні речі: розробка різноманітних гаджетів, девайсів, побутових приладів
та інших цифрових smart-пристроїв та роботів, корисних для людини та її оточення.
Розумні горщики для квітів чи мікрозелені з автоматичним поливом рослин,
розумні іграшки, led-гірлянди на ялинку, настільні smart-лампи та нічники, led-
світильники з датчиком руху, неонові світлодіодні стрічки для підсвітки телевізора,
лічильники електроенергії, подовжувачі, смарт-годинники та будильники, розумні
колонки, кухонні та напольні ваги, розумні стои, дзеркала, смарт-плівки для вікон,
смарт-скло, дверні замки, домофони, інструменти, зарядні пристрої для телефонів
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
6
Змн Арк № докум. Підпис Дата
чи автомобільних акумуляторів, розумні окуляри з камерою, поплавки і навіть
вулики.
Для побудови розумного будинку та інших систем чи пристроїв на базі смарт-
технологій використовують такі елементи [1]:
- Мікроконтролери Arduino або Raspberry Pi: основні обчислювальні модулі
для керування пристроями.
- Смарт-датчик, або сенсор: збирає дані про зовнішнє середовище
(температура, рух, вологість).
- Смарт-реле: керує потоком електроенергії до пристроїв.
- Розумний вимикач: автоматично керує світлом та електричними приладами.
- Розумна розетка: дозволяє керувати енергопостачанням дистанційно.
- Смарт-світч: перемикач для керування освітленням або іншими пристроями.
- Розумний хаб, або контролер розумного будинку: центральний пристрій для
підключення та взаємодії різних смарт-пристроїв.
1.2. Розумний будинок
Розумний будинок (англ. Smart Home) – це житло, оснащене системою
автоматизації, яка забезпечує дистанційне або автономне керування різними
пристроями та системами в будинку [3]. До таких систем можуть належати:
- Освітлення
- Опалення, вентиляція та кондиціонування повітря (HVAC)
- Системи безпеки та відеоспостереження
- Побутова техніка
- Штори, жалюзі
- Аудіо- та відеосистеми
Основні особливості розумного будинку [3]:
1. Автоматизація – система може виконувати дії без втручання користувача
(наприклад, вмикати світло при вході до кімнати).
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
7
Змн Арк № докум. Підпис Дата
2. Дистанційне керування – за допомогою смартфона, планшета або
комп’ютера через інтернет.
3. Інтеграція пристроїв – взаємодія між різними компонентами системи
(наприклад, сигналізація автоматично вмикає камери спостереження при
підозрілому русі).
4. Енергоефективність – оптимізація споживання енергії завдяки розумному
управлінню освітленням, опаленням тощо.
Технології, які використовуються:
• Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave
• Датчики руху, температури, вологості
• Голосові помічники (Google Assistant, Alexa, Siri)
• Центри управління (smart hubs)
Рис.1.1- Розумний будинок
1.3. Способи керування розумним будинком
1.3.1. Радіочастотне керування
Існує багато варіантів дистанційного керування. Однією з перших технологій
стала радіочастотна (РЧ) [4]. Вона базується на передачі сигналів у
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
8
Змн Арк № докум. Підпис Дата
радіочастотному діапазоні за допомогою модуляції хвиль. Пульт, що використовує
РЧ-технологію, надсилає сигнал до центрального пристрою з вбудованим РЧ-
приймачем (рис. 1.2). Приймач ідентифікує сигнал, декодує його та виконує
відповідну команду.
Основні переваги радіочастотного управління [4]:
• широкий діапазон дії;
• сигнал проходить крізь стіни, що дає більшу свободу в розміщенні пристроїв;
• можливість налаштування на різні частоти;
• відносно низька вартість реалізації.
Рис.1.2 – Радіочастотний детектор
Попри переваги, радіочастотне керування має й низку недоліків. Основним з
них є перенасичення ефіру радіосигналами, що може спричинити перебої у
передачі даних і зробити систему менш надійною. До того ж, сама система може
створювати електромагнітні завади [4]. При неправильному проектуванні зони
покриття датчика можуть виходити за необхідні межі. Також варто враховувати
результати досліджень, які вказують на можливий негативний вплив активних
датчиків на здоров’я людини.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
9
Змн Арк № докум. Підпис Дата
1.3.2. Керування за допомогою інфрачервоного пульта
Однією з найпоширеніших і найбільш уживаних технологій дистанційного
керування є інфрачервона (ІЧ) [5]. ІЧ-пульти працюють, випромінюючи невидимі
світлові імпульси з довжиною хвилі приблизно 950 нм, що знаходяться нижче межі
видимого спектру.
На відміну від радіочастотних пристроїв, інфрачервоні пульти потребують
точного наведення на цільовий пристрій, як це зображено на рисунку 1.3. У
сприятливих умовах – без фізичних перешкод та сторонніх джерел світла –
максимальна дальність дії такого пульта може сягати до 10 метрів [5].
Переваги інфрачервоного керування включають [5]:
• низьку вартість завдяки простій схемотехніці;
• низьке енергоспоживання (тривалий строк служби батареї порівняно з РЧ- та
Wi-Fi-пультами);
• відсутність потреби в ліцензуванні, оскільки використовується відкрита
технологія;
• мінімальні вимоги до апаратної частини як на передавальній, так і на
приймальній стороні.
• безпечність у передаванні сигналів (відсутність електромагнітного
випромінювання, яке легко перехопити);
• простота інтеграції у системи з мікроконтролерами.
Недоліки ІЧ-детекторів:
• Обмежений радіус дії (зазвичай до кількох метрів);
• Необхідність прямої видимості між передавачем та приймачем;
• Низька швидкість передавання даних порівняно з іншими бездротовими
технологіями;
• Чутливість до зовнішніх впливів (температура, запилення, освітлення);
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
10
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис.1.3 – ІЧ-керування
Попри обмеження, пов’язані з необхідністю прямої видимості та чутливістю
до зовнішніх джерел світла, ІЧ-керування залишається актуальним у розумних
системах, де важлива простота, стабільність та невисока вартість рішень.
1.3.3. Технологія WiFi
Наступною широко використовуваною технологією керування в розумному
будинку є WiFi. Як відомо, Wi-Fi (Wireless Fidelity) – це бездротова технологія
передачі даних, яка використовує радіочастотний діапазон (зазвичай 2,4 ГГц або 5
ГГц) для забезпечення стабільного високошвидкісного зв’язку між пристроями [6].
У системах розумного будинку Wi-Fi є однією з найпопулярніших технологій
завдяки широкій доступності, високій пропускній здатності та можливості
інтеграції з інтернетом.
Суть керування через Wi-Fi полягає в тому, що пристрої-споживачі (розетки,
лампи, камери, термостати тощо) підключаються до однієї бездротової мережі
разом із контролюючим елементом – смартфоном, планшетом, сенсорною панеллю
або іншим контролером [6]. Через домашню точку доступу Wi-Fi здійснюється
передача команд від користувача до виконавчих пристроїв (рис. 1.4).
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
11
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис.1.4 – Технологія керування з WiFi
Пульти дистанційного керування з підтримкою Wi-Fi можуть бути реалізовані
у вигляді:
• спеціалізованих сенсорних панелей;
• мобільних застосунків для смартфонів і планшетів;
• голосових асистентів (через інтеграцію з хмарними сервісами).
Wi-Fi дає змогу керувати пристроями дистанційно з будь-якої точки світу за
наявності доступу до мережі [7]. Це відкриває можливості для створення
централізованої системи управління через мобільний додаток або веб-інтерфейс.
Пристрої, які підтримують Wi-Fi, можуть включати освітлення, розетки, камери
відеоспостереження, системи опалення, кондиціювання, сигналізацію тощо.
Основні переваги Wi-Fi керування:
• Широкий радіус дії в межах Wi-Fi мережі (до 100 м вільного простору);
• Висока швидкість обміну даними, що дозволяє передавати як прості
команди, так і відео/аудіо потоки;
• Можливість хмарної синхронізації та інтеграції з голосовими помічниками
(Google Assistant, Alexa, Siri);
• Зручність в налаштуванні та розширенні системи без потреби в
додатковому обладнанні (у багатьох випадках).
Недоліки:
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
12
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Високе енергоспоживання порівняно з іншими технологіями (наприклад,
Zigbee або Bluetooth);
• Залежність від стабільності інтернет-з’єднання;
• Можливість виникнення проблем із безпекою за недостатньої захищеності
мережі;
• Інтерференція з іншими бездротовими пристроями, особливо у діапазоні
2,4 ГГц.
Wi-Fi-технологія є особливо ефективною у розумних будинках середнього та
великого масштабу, де важливим є централізоване керування, можливість хмарної
синхронізації та віддаленого доступу. Завдяки широкій інтеграції з сучасними
мобільними платформами, Wi-Fi забезпечує користувачам високий рівень
зручності та контролю над домашніми системами автоматизації.
1.3.4. Bluetooth технологія керування в розумному будинку
Bluetooth – це стандарт бездротової передачі даних на короткі відстані, що
працює у діапазоні 2,4 ГГц [8]. У контексті систем розумного будинку Bluetooth
використовується для організації локального керування різними пристроями без
потреби в підключенні до інтернету або домашньої мережі Wi-Fi.
Bluetooth-зв’язок дозволяє об’єднувати декілька пристроїв у єдину мережу
(так звану piconet) із можливістю передачі команд безпосередньо від контролера –
смартфона, планшета або Bluetooth-пульта – до виконавчих пристроїв (рис. 1.5).
Рис.1.5 – Bluetooth-зв’язок
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
13
Змн Арк № докум. Підпис Дата
У розумному будинку Bluetooth найчастіше застосовується в таких сценаріях
[9]:
• керування освітленням у межах однієї кімнати;
• підключення до колонок, медіаплеєрів, розумних годинників;
• автоматичне розблокування дверей при наближенні користувача з мобільним
пристроєм.
Основні переваги Bluetooth технології:
• Низьке енергоспоживання, особливо у версіях Bluetooth Low Energy (BLE),
що є критично важливим для автономних пристроїв;
• Відносно проста інтеграція у побутові прилади завдяки малій вартості
модулів;
• Відсутність потреби в зовнішній мережі або точці доступу – пристрої
з'єднуються напряму;
• Широка підтримка мобільними операційними системами (Android, iOS).
Основні обмеження:
• Невеликий радіус дії – до 10 метрів у стандартному режимі та до 100 метрів
у BLE (в ідеальних умовах);
• Обмежена кількість одночасно підключених пристроїв;
• Низька пропускна здатність порівняно з Wi-Fi – не підходить для передачі
відео або великих обсягів даних;
• Нестабільність сигналу при наявності фізичних перешкод (стіни, металеві
конструкції).
Bluetooth найчастіше використовується для побудови локальних розумних
систем, де важлива автономність, енергоефективність і проста реалізація без
зовнішньої інфраструктури. Він є особливо зручним для невеликих квартир,
готельних номерів або окремих зон будинку, де немає потреби в глобальному
мережевому з’єднанні [9].
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
14
Змн Арк № докум. Підпис Дата
1.3.5. Zigbee технологія керування в розумному будинку
Zigbee – це енергоефективний бездротовий протокол зв’язку, розроблений для
передачі невеликих обсягів даних на короткі відстані, з орієнтацією на
автоматизовані системи, зокрема в розумному будинку. Він функціонує в діапазоні
2,4 ГГц (також доступні варіанти 868/915 МГц) і підтримує створення mesh-мережі,
де кожен пристрій виконує роль не лише отримувача, а й ретранслятора сигналу
[10].
Рис.1.6 – Zigbee технологія
Zigbee активно застосовується у побутовій автоматизації для керування:
• освітленням;
• розумними розетками та вимикачами;
• системами безпеки та датчиками (руху, диму, відкриття тощо);
• терморегуляторами та кліматичними установками.
Однією з головних особливостей технології є створення самоорганізованої
сітки пристроїв, де сигнал може передаватися з одного вузла до іншого, долаючи
великі відстані без втрати надійності зв’язку [11]. Це особливо ефективно у великих
будинках або офісах.
Основні переваги Zigbee:
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
15
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Низьке енергоспоживання, що дозволяє живити пристрої від батарей
протягом кількох років;
• Mesh-архітектура, яка забезпечує стабільну роботу системи навіть у разі
виходу з ладу окремого пристрою;
• Висока масштабованість – мережа може включати до кількох сотень
пристроїв;
• Низька затримка передачі команд, що забезпечує швидку реакцію на дії
користувача.
Недоліки:
• Необхідність в координаційному пристрої – так званому Zigbee-хабі або
шлюзі, який виступає центральною точкою зв’язку;
• Обмежена пропускна здатність, достатня лише для передачі простих
команд, але не придатна для потокових даних;
• Інтерференція з Wi-Fi, оскільки обидві технології можуть використовувати
частоту 2,4 ГГц;
• Не всі пристрої сумісні між собою, навіть якщо використовують протокол
Zigbee (через різні реалізації виробників).
Завдяки своїй надійності, економічності та здатності до самовідновлення
мережі, Zigbee є одним із провідних стандартів у галузі розумного будинку [11].
Його найчастіше використовують у системах, де важливі стабільність,
енергозбереження та підтримка великої кількості пристроїв без навантаження на
Wi-Fi-мережу.
1.3.6. Голосове, акустичне та керування жестами розумним будинком
До малопоширених технологій керування розумним будинком можна додати
голосове, акустичне керування та керування жестами [12]. Ці технології ще не
надто поширені, але вони починає все більше досліджуватися.
Сучасні системи розумного будинку дедалі частіше інтегрують голосове та
акустичне керування як зручний і інтуїтивний спосіб взаємодії користувача з
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
16
Змн Арк № докум. Підпис Дата
технікою. Голосові команди сприймаються мікрофоном і обробляються за
допомогою спеціальних алгоритмів розпізнавання мовлення, після чого
трансформуються у відповідні керувальні сигнали [5].
Найбільш популярними платформами голосового керування є:
• Amazon Alexa
• Google Assistant
• Apple Siri
• Яндекс Аліса (для російськомовних користувачів)
• Microsoft Cortana (в окремих застосуваннях)
Ці системи можуть керувати:
• освітленням (вмикання/вимикання, регулювання яскравості);
• кліматом (термостати, кондиціонери);
• побутовою технікою (плити, кавоварки);
• безпекою (замки, камери, сигналізація);
• мультимедіа (музика, телевізор).
Голосове керування значно підвищує ергономіку та функціональність систем
розумного будинку, але вимагає відповідного технічного забезпечення:
мікрофонних масивів, стабільного інтернет-з’єднання та надійних алгоритмів
розпізнавання мовлення. Також важливою є мовна адаптація — не всі системи
однаково добре працюють з українською мовою, хоча прогрес у цьому напрямку
постійно триває.
Рис.1.7 – Голосове керування
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
17
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Акустичне керування передбачає використання звукових сигналів (наприклад,
плесків у долоні, свисту або ключових шумів) для активації певних функцій [12].
Приклад – система, що вмикає світло при дворазовому плесканні.
Рис.1.8 – Акустичне керування керування
Переваги голосового та акустичного керування:
• Максимальна зручність — не потребує фізичної взаємодії з пристроями;
• Доступність для людей з обмеженими можливостями;
• Можливість виконувати складні сценарії однією командою (наприклад, «Я
йду з дому» може вимкнути освітлення, заблокувати двері, вимкнути техніку);
• Інтеграція з хмарними сервісами та можливість віддаленого доступу.
Недоліки:
• Залежність від якості мікрофонів та рівня шуму в приміщенні;
• Потреба в підключенні до інтернету (для більшості хмарних систем
розпізнавання мовлення);
• Можливість випадкових спрацювань або неправильного розпізнавання
команд;
• Питання конфіденційності, оскільки пристрої постійно слухають
навколишній простір в режимі очікування.
Керування жестами – це інноваційний інтерфейс взаємодії між людиною та
системою розумного будинку, що ґрунтується на розпізнаванні рухів рук, пальців
або тіла без фізичного контакту з пристроєм. Такі системи забезпечують
безконтактне управління побутовими приладами, освітленням, мультимедіа,
кліматичними системами тощо.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
18
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Технологія жестового керування базується на використанні [5]:
• Інфрачервоних сенсорів;
• Тривимірних камер глибини (наприклад, Intel RealSense, Microsoft Kinect);
• Інерційних датчиків (акселерометри, гіроскопи);
• Комп’ютерного зору на базі алгоритмів штучного інтелекту (AI).
Принцип роботи полягає у фіксації просторового положення руки або частини
тіла та порівнянні його з шаблонами, що відповідають певним командам,
наприклад:
• Проведення рукою вліво/вправо — перемикання слайдів або каналів;
• Піднята рука — пауза відтворення;
• Стиснутий кулак — вимкнення пристрою;
• Коловий рух — регулювання гучності чи яскравості.
Переваги системи жестового керування:
• Повна безконтактність — зручно у випадках, коли руки зайняті або
забруднені;
• Висока ергономіка — не потребує фізичних зусиль чи торкання;
• Інтуїтивність — жести легко запам’ятовуються;
• Можливість інтеграції в мультимедійні системи, кухні, ванні кімнати,
офіси.
Недоліки:
• Висока вартість устаткування — тривимірні сенсори та камери коштують
дорожче, ніж традиційні засоби управління;
• Обмежений діапазон дії — система потребує чіткої зони огляду камери
або сенсора;
• Чутливість до умов освітлення, перешкод і фонових рухів;
• Потреба в попередньому налаштуванні або навчанні користувача жестам;
• Низька точність у недосконалих умовах (наприклад, при слабкому
освітленні або відсутності чіткого фону).
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
19
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Жестове керування найчастіше використовується у високотехнологічних
системах преміум-класу або в приміщеннях зі спеціальними вимогами до гігієни
(медичні заклади, лабораторії, кухні) [5]. Водночас з розвитком технологій
комп’ютерного зору та здешевленням сенсорів ця технологія поступово стає
доступнішою для масового споживача.
1.4. Постановка задачі
У цьому розділі було розглянуто різноманітні типи керування системами
розумного будинку, серед яких: радіочастотне, інфрачервоне, Wi-Fi, Bluetooth,
Zigbee, голосове, акустичне та жестове управління.
Проведений аналіз дозволяє виділити найбільш перспективні технології –
голосове та жестове керування, які вирізняються зручністю у використанні та
відкривають широкі можливості для людей з обмеженими фізичними
можливостями.
Голосове керування має значні переваги над іншими способами, оскільки
дозволяє взаємодіяти з пристроями без фізичного контакту. Це особливо актуально
в ситуаціях, коли руки користувача зайняті або він не має змоги взаємодіяти з
обладнанням безпосередньо – наприклад, у медичних умовах, під час роботи
хірургів чи людей з порушеннями опорно-рухового апарату. Голос дозволяє не
лише управляти пристроями паралельно з виконанням інших завдань, але й
передавати велику кількість інформації швидко й ефективно, що значно зручніше,
ніж ручне введення або фізичне керування.
Такі технології є особливо корисними для людей із вадами зору, слуху або для
тих, хто не може розмовляти, оскільки дають змогу адаптувати систему під
індивідуальні потреби користувача.
Однак, попри свій потенціал, голосові та жестові технології поки що
залишаються менш доступними через високу вартість обладнання та
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
20
Змн Арк № докум. Підпис Дата
недосконалість роботи деяких сенсорів. Нерідко виникають проблеми з
розпізнаванням команд або жестів, що обмежує їхнє масове застосування.
З огляду на співвідношення вартість/якість, на сучасному етапі найбільш
оптимальним варіантом для впровадження залишаються інфрачервоні технології,
які є доступними, надійними та простими в реалізації. Тому при розробці
дистанційної системи керування будемо застосовувати інфрачервону технологію.
Метою роботи є розробка та практична реалізація системи дистанційного
керування макетом розумного будинку з застосуванням інфрачервоної технології
та з можливістю додаткового керування пристроями з клавіатури.
Розроблений пристрій повинен виконувати наступні функції:
- вмикати та вимикати освітлення в кожній кімнаті будинку та на фасаді
будинку натиском кнопки на ІЧ-пульті та клавіатурі;
- виводити на дисплей інформацію про стан освітлення, температури та
вологість оточуючого середовища.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
21
Змн Арк № докум. Підпис Дата
2. РОЗРОБКА ТА ПРИНЦИП ДІЇ СИСТЕМИ ДИСТАНЦІЙНОГО
КЕРУВАННЯ
2.1. Розробка структурної схеми
В даній роботі, згідно технічного завдання розробляється система
дистанційного керування, на основі використанням інфрачервоної технології
керування. Основне завдання роботи – створити універсальну, зручну у
використанні систему, яка дозволяє віддалено керувати пристроями, контролювати
навколишні умови та оперативно реагувати на зміни за допомогою вбудованих
сенсорів.
Для реалізації системи дистанційного керування розумним будинком будуть
застосовані наступні основні компоненти:
• ІЧ датчик,
• датчик температури,
• датчик вологості
• мікроконтролез,
• пристрій індикації,
• пристрій управління (ІЧ-пульт),
• мембранна клавіатура.
Розроблена структурна схема системи наведена на рисунку 2.1. Вона ілюструє
архітектуру взаємодії між усіма ключовими компонентами, зокрема відображає
логіку передачі сигналів, обробку даних і зворотній зв’язок з користувачем.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
22
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис. 2.1 – Структурна схема системи керування розумним будинком
2.2. Принцип дії системи
Система виконує послідовність дій, починаючи з ініціалізації, реагування на
команди користувача та завершуючи виведенням інформації на індикатор.
Загальний алгоритм роботи можна умовно поділити на кілька основних етапів:
- Запуск системи:
Після подачі живлення відбувається перехід у стан "Старт", що сигналізує
про запуск мікроконтролера. Плата Arduino активується, ініціалізуються внутрішні
компоненти та виконується зчитування навколишніх даних. Система переходить у
стан "Готовність пристрою управління".
- Очікування дій користувача:
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
23
Змн Арк № докум. Підпис Дата
У цьому режимі система очікує взаємодії з боку користувача – наприклад,
натискання кнопки на пульті управління. Якщо дія не виконується, система
продовжує залишатися в режимі очікування.
- Реагування на команду:
Після отримання сигналу з пульта ІЧ-датчик фіксує команду та передає її
мікроконтролеру. Відповідно до обраної функції (перевірка температури,
виявлення руху тощо), мікроконтролер переходить у режим "Збір даних".
- Збір і обробка інформації:
У режимі збору даних відбувається зчитування показників з відповідного
сенсора. Далі система переходить у стан "Обробка даних", у якому мікроконтролер
аналізує отриману інформацію, структурує її та готує для виведення.
- Виведення результату:
На завершальному етапі дані виводяться на екран індикації, що відповідає
режиму "Виведення на пристрій індикації". Таким чином, користувач отримує
актуальну інформацію у зручному форматі.
- Подальші дії:
Після завершення обробки інформації система переходить у стан
"Оновлення даних", де очікує нової команди від користувача, або у стан "Зупинка",
якщо взаємодія припиняється.
Запропонована система дистанційного керування забезпечує інтерактивність
та зручність користування завдяки наступним характеристикам:
• Гнучкість управління – можливість керування різними сенсорами за
допомогою одного пульта.
• Оперативне реагування – швидке зчитування та обробка даних, що
забезпечує своєчасне інформування користувача.
• Безперервний цикл оновлення – підтримка постійного зв’язку між
користувачем і пристроєм дозволяє отримувати оновлену інформацію у реальному
часі.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
24
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Інтуїтивний інтерфейс – логіка переходів між станами системи побудована
за принципом максимальної зручності та зрозумілості.
Таким чином, розроблена система може бути ефективно застосована у
побутових умовах, зокрема для моніторингу температури та вологості в
приміщенні, вмикання чи вимикання світла в кімнатах приміщення та
відображенням всієї інформації на дисплеї. Завдяки гнучкій архітектурі та
широким можливостям масштабування її можна адаптувати під різноманітні задачі
автоматизації керування розумним будинком.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
25
Змн Арк № докум. Підпис Дата
3. ПІДБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ СИСТЕМИ ДИСТАНЦІЙНОГО
КЕРУВАННЯ
3.1. Загальна характеристика платформи Arduino
Основним блоком розробленої схеми (рис. 2.1.) є контролер, в якості якого
будемо використовувати плату Arduino.
Arduino – це відкрита апаратно-програмна платформа, призначена для
створення інтерактивних електронних пристроїв. Вона базується на
мікроконтролерах (найчастіше сімейства AVR або ARM) [13], які можна
програмувати за допомогою простого програмного середовища Arduino IDE.
Завдяки модульності, простоті використання, широкій спільноті розробників та
наявності численних бібліотек Arduino набула широкої популярності як серед
початківців, так і серед професіоналів у сфері розробки електроніки та вбудованих
систем.
Застосування Arduino [13]:
• Автоматизовані системи керування (розумний дім)
• Освітні проєкти для вивчення електроніки та програмування
• Робототехніка
• Системи моніторингу (температури, вологості, руху)
• Прототипування складніших пристроїв
Система Arduino складається з таких основних компонентів [13]:
- Апаратна частина: друкована плата з мікроконтролером, цифровими та
аналоговими портами, роз’ємами живлення та USB-портом.
- Програмна частина: середовище розробки Arduino IDE, у якому пишеться та
завантажується програма до мікроконтролера.
- Модулі та сенсори: різноманітні датчики, виконавчі пристрої та плати
розширення (шилди), які легко інтегруються до системи.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
26
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Станом на сьогодні існує велика кількість плат Arduino. Вибір конкретної
плати Arduino залежить від складності проекту, кількості сенсорів та виконавчих
пристроїв, потреби у бездротовому зв’язку та розміру пристрою. Найбільш
поширені наступні плати [14]:
1. Arduino Uno
• Мікроконтролер: ATmega328P
• Кількість цифрових входів/виходів: 14 (6 з підтримкою PWM)
• Аналогові входи: 6
• Флеш-пам’ять: 32 КБ
• Живлення: 7–12 В або USB
• Особливості: найпопулярніша плата, рекомендована для початківців; має
стабільну апаратну підтримку та сумісність із численними модулями.
2. Arduino Nano
• Мікроконтролер: ATmega328P
• Цифрові входи/виходи: 14
• Аналогові входи: 8
• Компактний розмір: ідеально підходить для макетних плат
• Живлення: USB або 6–20 В
• Особливості: функціонально подібна до Arduino Uno, але у меншому форм-
факторі.
3. Arduino Mega 2560
• Мікроконтролер: ATmega2560
• Цифрові входи/виходи: 54 (15 PWM)
• Аналогові входи: 16
• Флеш-пам’ять: 256 КБ
• Особливості: використовується для складних проєктів з великою кількістю
підключень.
4 Arduino Leonardo
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
27
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Мікроконтролер: ATmega32u4
• Флеш-пам’ять: 32 КБ
• Особливості: підтримує емуляцію HID-пристроїв (може працювати як
клавіатура або миша), що відкриває нові можливості взаємодії з
комп’ютером.
5 Arduino Due
• Мікроконтролер: ARM Cortex-M3 (32-bit)
• Флеш-пам’ять: 512 КБ
• Напруга логіки: 3,3 В
• Особливості: висока продуктивність, підтримка складних обчислень,
підходить для ресурсоємних задач.
Для реалізації даної системи дистанційного керування розумним будинком з
ІЧ-датчиком та датчиками клімат контролю доцільно використовувати Arduino
Mega 2560 завдяки збільшеній пам'яті, в яку можна записати багато коду для
виконання, достатньої кількості цифрових входів/виходів, компактних розмірів та
оптимальною за співвідношенням функціональності, ціни та простоти інтеграції.
Структура плати Arduino Mega 2560 містить кілька основних компонентів
[14] (рис. 3.1):
- Мікроконтролер ATmega2560 – центральний компонент плати, який виконує
всю обробку даних і контроль.
- Чіп USB-to-Serial (ATmega16U2) – використовується для зв'язку з
комп'ютером через USB-порт. Це дозволяє програмувати плату і відправляти
дані.
- Стабілізатор живлення – для стабільного постачання напруги до всіх
компонентів плати.
- Порти вводу/виводу (I/O) – 54 цифрових виводи (з можливістю використання
як входів або виходів) та 16 аналогових входів.
- Джампери та кнопки для скидання – для відновлення плати в початковий
стан.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
28
Змн Арк № докум. Підпис Дата
- Кварцовий резонатор – для стабільної роботи мікроконтролера на певній
частоті (16 МГц).
- Індикатор живлення (LED) – для візуального індикаційного показника
наявності живлення.
- Роз'єми для живлення (5V, 3.3V, GND) – для підключення зовнішніх
джерел живлення.
Ці компоненти з'єднані між собою за допомогою проводів і мікросхем, що
забезпечують правильне функціонування плати.
Рис.3.1 – Структура плати Arduino Mega 2560
3.2. Інфрачервоні детектори
Інфрачервоні (ІЧ) детектори – це сенсори, які реагують на електромагнітне
випромінювання в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль, що зазвичай охоплює
спектр від 780 нм до 50 мкм [15]. Вони відіграють ключову роль у багатьох сферах,
таких як системи безпеки, дистанційне керування, температурне сканування,
автоматизоване керування тощо.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
29
Змн Арк № докум. Підпис Дата
За принципом дії ІЧ детектори поділяються на два основних типи: фотонні
детектори, теплові детектори [15].
Фотонні детектори – функціонують на основі взаємодії фотонів ІЧ
випромінювання з матеріалом сенсора, в результаті чого виникає електронне
збудження. Вони, у свою чергу, поділяються на: фотопровідні – зміна
електропровідності під дією ІЧ випромінювання та фотоелектричні – генерують
електричний струм або напругу внаслідок фотоефекту.
Теплові детектори – реагують на зміну температури, спричинену
поглинанням інфрачервоного випромінювання. Прикладами є болометри,
термопіли та піроелектричні сенсори.
Кожен тип детекторів має свої особливості, які визначають доцільність їх
використання в конкретних умовах. Основними критеріями вибору є: вартість,
об’єм (розміри), продуктивність.
Теплові детектори зазвичай характеризуються низькою вартістю, простотою
конструкції та великою чутливою поверхнею, однак поступаються фотонним за
точністю, швидкістю реакції та роздільною здатністю. Фотонні детектори, навпаки,
мають високу продуктивність і точність, але є дорожчими у виробництві та
складнішими у використанні через чутливість до охолодження і обмежений
спектральний діапазон [16].
Останнім часом спостерігається тенденція до створення фотонних детекторів
середнього рівня, які поєднують помірну вартість із задовільною продуктивністю.
Це відкриває перспективи для масового застосування таких сенсорів у новітніх
розробках, зокрема в побутовій автоматизації та портативних електронних
пристроях.
Таким чином, вибір типу ІЧ-детектора має базуватись на аналізі завдань
конкретної системи, її масштабів, умов експлуатації та вимог до надійності та
продуктивності. В даній роботі ІЧ детектор використовуються як засіб активації
певних елементів системи на основі команди користувача, що забезпечує простоту
керування та взаємодії.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
30
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Для системи керування обираємо інфрачервоний приймач TSOP1736 –це
високочутливий фотоприймач, призначений для приймання модульованого
інфрачервоного сигналу з несучою частотою 36 кГц. Даний компонент широко
використовується у побутовій електроніці, системах дистанційного керування,
автоматизованих пристроях та у проектах на базі мікроконтролерів, зокрема
Arduino [17].
TSOP1736 інтегрує в собі фотодіод, попередній підсилювач та демодулятор
сигналу, що дозволяє отримувати на виході вже готовий логічний сигнал,
придатний для подальшої обробки мікроконтролером.
Основні характеристики TSOP1736 [17]:
• Частота модуляції: 36 кГц;
• Робоча напруга живлення: 2.5–5.5 В;
• Споживаний струм: ~0.4 мА;
• Дальність приймання сигналу: до 10 метрів (залежно від інтенсивності
джерела ІЧ-сигналу);
• Кут приймання: ~45°;
• Вихідний сигнал: активний низький рівень (LOW), коли приймається
модульований сигнал.
Принцип роботи: TSOP1736 реагує лише на модуляцію з конкретною
частотою (36 кГц), що дозволяє уникнути впливу навколишнього інфрачервоного
шуму, наприклад, від сонячного світла або освітлювальних ламп. При виявленні
правильно модульованого сигналу на виході приймача з’являється логічний нуль
(LOW), що реєструється мікроконтролером [17].
Рис. 3.2 – Інфрачервоний приймач TSOP1736
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
31
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Приймач має три виводи:
1. Vout — вихідний сигнал;
2. GND — земля;
3. Vcc — живлення.
При підключенні до плати Arduino вивід Vout під'єднується до цифрового
входу (наприклад, D2), а живлення - до ліній GND та 5V відповідно. Для стабільної
роботи рекомендується використовувати фільтруючі конденсатори між Vcc та
GND (наприклад, 4.7–10 мкФ).
Переваги TSOP1736:
• Висока чутливість до сигналу з заданою частотою;
• Захист від перешкод від освітлення та інших джерел ІЧ-випромінювання;
• Простота інтеграції у мікроконтролерні системи;
• Низьке енергоспоживання;
• Компактні розміри.
У даній системі TSOP1736 використовується для приймання сигналу з ІЧ-
пульта, який ініціює роботу того чи іншого модуля (датчика температури, датчика
руху тощо). Завдяки своїм параметрам цей модуль забезпечує надійне й точне
розпізнавання команд користувача.
Будемо застосовувати інфрачервоний пульт дистанційного керування Т2,
який є зручним засобом передавання команд до електронних пристроїв через
інфрачервоний канал.
Основні особливості ІЧ пульта Т2 [18]:
• Тип передавання сигналу: ІЧ (інфрачервоне випромінювання);
• Принцип дії: модуляція ІЧ-сигналу з певною частотою (як правило, 36–38
кГц);
• Протокол передавання: здебільшого NEC або сумісний із NEC;
• Кількість кнопок: зазвичай 21–40 (залежно від моделі);
• Дальність дії: до 10 метрів за умови прямої видимості;
• Живлення: 2 батарейки типу AAA.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
32
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис.3.3 – ІЧ пульт Т2
Найпоширенішим протоколом, який використовують такі пульти, є NEC
(Nippon Electric Company). Він базується на модуляції сигналу з частотою 38 кГц
та передавання 32-бітних команд. Структура сигналу NEC:
• 8 біт – адреса пристрою;
• 8 біт – інверсія адреси;
• 8 біт – команда;
• 8 біт – інверсія команди.
Цей протокол широко підтримується мікроконтролерами, включно з Arduino,
через бібліотеку IRremote.h, яка дозволяє зчитувати й інтерпретувати сигнали
пульта.
Для приймання сигналу пульта у роботі використовується ІЧ-приймач
TSOP1736. Після натискання кнопки на пульті, модуль TSOP вловлює
інфрачервоне випромінювання, перетворює його на цифровий сигнал та передає до
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
33
Змн Арк № докум. Підпис Дата
мікроконтролера. Arduino декодує команду, аналізує її та виконує відповідну дію:
вмикає датчик, відображає температуру або оновлює інформацію на дисплеї.
Кожна кнопка на пульті має унікальний код, який за допомогою програмного
забезпечення можна обробити в коді Arduino. Наприклад, натискання кнопки "1"
може ініціювати зчитування температури, "2" — перевірку датчика руху, "0" —
вимкнення системи тощо. Ці коди можуть відрізнятися залежно від моделі пульта,
тому зчитаємо коди за допомогою Arduino (таблиця 3.1.), які подалі будемо
застосовувати для включення/виключення освітлення в кімнатах розумного
будинку.
Таблиця 3.1. Кнопки на пульті та HEX-код NEC
Кнопки на пульті HEX-код
1 EC13FE01
2 E41BFE01
3 F807FE01
4 E817FE01
5 E01FFE01
6 FC03FE01
7 E916FE01
8 E11EFE01
9 FD02FE01
3.3. Керування світлодіодами через реле за допомогою Arduino
Для керування потужними світлодіодами або освітленням змінного струму
(AC) часто використовують реле замість прямого підключення до виходів Arduino.
Це пояснюється тим, що Arduino не може безпосередньо керувати потужними
пристроями, так як:
• вихід Arduino видає лише 5 В і до 40 мА струму (рекомендовано не більше
20 мА).
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
34
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• потужні світлодіоди, лампи, реле або двигуни споживають набагато більше
(від 100 мА до кількох ампер).
• якщо підключити їх напряму – можна пошкодити плату.
Тому для підключення освітлення в кімнатах та фасаду будинку застосуємо в
системі дистанційного керування реле для Arduino (рис.3.4). Основні
характеристики реле наведено в таблиці 3.2. [19].
Рис.3.4 – Реле для Arduino
Таблиця 3.2. Основні характеристики реле для Arduino
Параметр Опис
Тип Електромеханічне або твердотільне (SSR)
Напруга керування 5 В (підходить для Arduino)
Ток керування ~20–50 мА
Максимальне
Зазвичай 10 А / 250 В AC або 10 А / 30 В DC
навантаження
1, 2, 4, 8 і більше (кількість пристроїв, якими можна
Кількість каналів
керувати)
Інтерфейс Вивід IN (керування), VCC (+5 В), GND (заземлення)
Часто має оптоізоляцію (гальванічну розв’язку) для
Захист
безпеки
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
35
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Принцип роботи реле полягає в наступному: Arduino подає HIGH (5 В) на
вивід IN модуля реле, це вмикає котушку реле (або керує транзистором у SSR) і
відбувається замикання контактів – вмикається зовнішній пристрій (наприклад,
лампа). При подачі LOW (0 В) – коло розмикається, пристрій вимикається.
3.4. Датчики клімат контролю в розумному будинку
Датчик температури DS18B20 є цифровим температурним сенсором, який
широко використовується в мікроконтролерних системах, зокрема в проектах на
основі Arduino [20]. Він вимірює температуру і передає дані в мікроконтролер
(наприклад, Arduino) у цифровому вигляді (тобто вже готове число, а не сигнал,
який треба ще перетворювати). Основною особливістю цього датчика є
використання інтерфейсу 1-Wire, що дозволяє передавати дані та здійснювати
живлення по одному сигнальному проводу (з додаванням спільної шини живлення
та землі) [20]. Основні хараткеристики датчика наведені в таблиці 3.3
Таблиця 3.3. Основні характеристики DS18B20
Параметр Значення
Діапазон вимірювань від –55 °C до +125 °C
Точність ±0.5 °C (в діапазоні від –10 °C до +85 °C)
Роздільна здатність програмно задається: від 9 до 12 біт
Напруга живлення 3.0–5.5 В
Тип виходу Цифровий
Інтерфейс передавання 1-Wire
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
36
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис. 3.5 – Зовнішній вигляд датчика температури DS18B20
Принцип роботи датчика полягає в наступному. DS18B20 містить вбудований
температурний сенсор, аналого-цифровий перетворювач та логіку передавання
даних. Після ініціалізації мікроконтролером, датчик виконує вимірювання
температури, оцифровує отримане значення і передає його через 1-Wire шину.
Кожен датчик має унікальний 64-бітний серійний номер, що дозволяє підключати
до однієї шини кілька датчиків одночасно.
Зазвичай датчик підключається до мікроконтролера трьома проводами [20]:
• VCC — живлення (3.3 В або 5 В),
• GND — загальна шина (земля),
• DQ — сигнальний провід (дані).
Для коректної роботи необхідно підключити підтягувальний резистор 4.7
кОм між лінією DQ та VCC (рис.3.6).
Рис.3.6 – Типове підключення датчика DS18B20
Переваги використання:
• Висока точність вимірювань;
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
37
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Простота підключення (1-Wire інтерфейс);
• Можливість з'єднання кількох датчиків в одну мережу;
• Цифровий вихід, стійкий до електромагнітних завад;
• Наявність герметичних версій для роботи в агресивних середовищах.
DS18B20 є зручним і надійним рішенням для реалізації систем моніторингу
температури в мікроконтролерних пристроях.
У даній роботі датчик DS18B20 використовується для моніторингу
температури в зоні дії системи. Отримані дані відображаються на індикаторному
пристрої, що дозволяє користувачеві дистанційно контролювати температуру,
реагувати на зміну кліматичних умов.
Для визначення вологості в розумному будинку застосуємо датчик DHT11
(V2) – це комбінований цифровий сенсор, який вимірює як температуру, так і
вологість повітря [21]. Він широко використовується в мікроконтролерних
системах завдяки своїй доступності, простоті використання та прийнятній точності
для більшості побутових і навчальних застосувань.
Таблиця 3.4. Основні характеристики DHT11
Параметр Значення
Тип виходу Цифровий (1-провідний протокол)
Напруга живлення 3.3–5 В
Діапазон температур 0°C до +50°C
Точність температури ±2°C
Діапазон вологості 20% – 90% RH
Точність вологості ±5% RH
Частота опитування до 1 разу на 1 секунду (1 Гц)
Споживаний струм до 2.5 мА при вимірюванні
Значення вологості повітря буде виводитися на дисплей.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
38
Змн Арк № докум. Підпис Дата
3.5. Рідкокристалічний індикатор
Для виведення інформації застосуємо рідкокристалічний індикатор типу
LCD 1602A (Liquid Crystal Display). Це дворядковий індикатор, який широко
використовується в електронних проектах для виведення текстової інформації.
Назва “1602” означає, що дисплей має 2 рядки по 16 символів кожен. Це один із
найпопулярніших дисплеїв у мікроконтролерних системах, зокрема в поєднанні з
Arduino [23].
Таблиця 3.5. Основні характеристики індикатора LCD 1602A
Параметр Значення
Тип дисплея Рідкокристалічний (LCD)
Контролер HD44780 або сумісний
Напруга живлення 5 В
Інтерфейс Паралельний (4 або 8-бітний режим)
Підсвічування Синє або зелено-жовте, з LED
Розміри модуля ~80 мм × 36 мм
Рис. 3.7 – Зовнішній вигляд РК індикатору LCD 1602A
LCD 1602A має 16 виводів, їх призначення представлено в таблиці 3.6.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
39
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Таблиця 3.6. Піни індикатора LCD 1602A
Пін Назва Призначення
1 VSS GND (заземлення)
2 VDD +5 В живлення
3 VO Контраст (через потенціометр)
4 RS Вибір регістра (команда/дані)
5 RW Режим читання/запису (зазвичай GND)
6 E Enable (старт читання/запису)
7–14 D0–D7 Лінії даних
15 LED+ Підсвічування (+)
16 LED− Підсвічування (−)
У більшості Arduino-проєктів застосовується 4-бітний режим
(використовуються лише D4–D7) для економії цифрових пінів.
Способи підключення індикатора :
1. Паралельне з'єднання напряму – потребує щонайменше 6 цифрових пінів
Arduino.
2. Підключення через модуль I2C – значно зменшує кількість необхідних пінів
(використовуються лише 2 пін– SDA і SCL).
Для оптимізації використання виводів мікроконтролера в роботі застосуємо
модуль I2C (інтерфейс двопровідної шини), який дозволяє підключати LCD 1602A
до Arduino лише за допомогою двох сигнальних пінів — SDA і SCL:
• SDA (Serial Data Line) — передача даних
• SCL (Serial Clock Line) — тактування
На платах Arduino Mega: SDA → пін 20, SCL → пін 21
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
40
Змн Арк № докум. Підпис Дата
В даній роботі на індикатор LCD 1602A буде виводитися наступна
інформація:
• назва кафедри на якій виконувалася данна розробка
• номер кімнати в якій включено світло;
• температура (з DS18B20 або DHT11);
• вологість повітря.
Таким чином, LCD 1602A виступає основним пристроєм індикації, який
забезпечує зворотний зв’язок між системою та користувачем у режимі реального
часу.
3.6. Керування системою за допомогою мембранної клавіатури
В роботі для реалізації локального управління системою поряд із
бездротовим ІЧ-контролем також застосуємо мембранну клавіатуру – це простий і
зручний засіб введення команд користувача безпосередньо з панелі керування.
Мембранна клавіатура – це тонка, компактна матрична клавіатура, що
складається з кількох шарів мембран і електропровідних доріжок. Найчастіше
використовується 4×4 або 4×3 конфігурація (4 рядки та 3 або 4 стовпці) [22].
Рис. 3.8 – Мембранна клавіатура
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
41
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Мембранна клавіатура працює за матричним принципом: кожна кнопка – це
точка перетину певного рядка й стовпця. Коли кнопка клавіатури натискається,
відбувається замикання контактів, і контролер зчитує її координати на матриці.
Наприклад: натискання кнопки "1" на клавіатурі 4×4 замикає контакт між рядком
1 та стовпцем 1.
Мембранна клавіатура підключається до Arduino через цифрові
входи/виходи. Для клавіатури 4×4 потрібно 8 пінів: 4 для рядків і 4 для стовпців.
В даній системі кнопки клавіатури 1-9 виконують ті ж самі функції, що і
відповідні кнопки ІЧ пульта, тобто включають світло в відповідних місцях
розумного будинку.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
42
Змн Арк № докум. Підпис Дата
4. РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
4.1. Середовище розробки Arduino IDE
Для програмування мікроконтролера Arduino застосуємо середовище
Arduino IDE (Integrated Development Environment) – це офіційне середовище
розробки, яке забезпечує простий та зручний інтерфейс для написання, компіляції
та завантаження коду в плату Arduino (рис. 4.1).
Рис. 4.1 – Середовище розробки коду Arduino IDE
Arduino IDE є кросплатформеним застосунком (працює в середовищах
Windows, macOS, Linux), що підтримує мову програмування C/C++ із набором
бібліотек, адаптованих для роботи з модулями Arduino.
Основні можливості Arduino IDE:
• Редагування коду з підсвіткою синтаксису.
• Компіляція програми з перевіркою на помилки.
• Завантаження коду на плату через USB.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
43
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Монітор порту для перегляду серійних повідомлень з плати Arduino.
• Підтримка великої кількості бібліотек для сенсорів, дисплеїв, інтерфейсів
тощо.
Завдяки простоті використання та великій кількості готових прикладів і
документації, Arduino IDE є ефективним інструментом для створення як
навчальних, так і практичних мікроконтролерних проєктів.
Arduino-програмування базується на мові C++, яка адаптована до
особливостей мікроконтролерів. Основою розробки в середовищі Arduino IDE є
мова програмування C++, однак вона спрощена для зручності новачків та
ентузіастів, що дозволяє писати код швидко та інтуїтивно.
Arduino C++ є спеціалізованою версією C++, що включає бібліотеки та
функції, орієнтовані на роботу з електронними компонентами: датчиками,
двигунами, дисплеями, кнопками тощо. Вона поєднує в собі всі потужні
можливості класичного C++, такі як:
• змінні та типи даних;
• умовні оператори та цикли;
• функції та масиви;
• об’єктно-орієнтоване програмування (ООП);
• використання бібліотек.
Проте, на відміну від звичайного C++, структура скетчу Arduino (назва
програми в середовищі Arduino) має чіткий шаблон із двох обов’язкових функцій:
• setup() — функція ініціалізації, виконується один раз при старті;
• loop() — головний цикл, що повторюється безкінечно під час роботи
пристрою.
Основні особливості Arduino C++:
• Простота: код можна писати з мінімальними знаннями C++.
• Автоматичне налаштування середовища: не потрібно писати складні
заголовки, конфігурації компілятора або налаштування апаратних регістрів.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
44
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Розширюваність: доступна велика кількість готових бібліотек для
підключення різноманітних модулів (дисплеїв, датчиків, сервоприводів
тощо).
• Портативність: код легко переносити між різними моделями Arduino
Arduino C++ — це потужний інструмент для вивчення основ програмування
та створення власних пристроїв. Його простота та доступність роблять його
популярним як серед початківців, так і серед досвідчених розробників. В роботі
будемо застосовувати саме цю мову для програмування мікроконтролера, що керує
інфрачервоними датчиками, індикаторами та іншими компонентами системи.
4.2. Розробка коду
На початку програмування мікроконтролера підключаємо бібліотеки, які
будуть застосовуватися в процесі розробки системи дистанційного керування.
(Повний коду наведено в додатку А).
Використовувалися наступні бібліотеки:
- <IRremote.hpp> — для роботи з інфрачервоним пультом;
- <Keypad.h> — для керування мембранною клавіатурою;
- <LiquidCrystal_I2C.h> — для роботи з LCD-дисплеєм через інтерфейс I2C;
- <OneWire.h> та <DallasTemperature.h> — для зчитування температури з
датчиків, таких як DS18B20;
- <DHT.h> — для роботи з датчиками температури й вологості DHT11/DHT22.
Наступним кроком задаємо програму для Arduino, призначену для прийому
сигналів з інфрачервоного пульта дистанційного керування (ІЧ-пульта). В якій
вказуємо, що ІЧ-приймач TSOP1736. підключено до піна D2. Створено змінну
results, яка зберігає розкодований результат ІЧ-сигналу. Коли користувач натискає
кнопку на пульті, ІЧ-приймач приймає сигнал, і дані розшифровуються та
зберігаються у цій змінній. Цей код ініціалізує все необхідне для прийому
інфрачервоних сигналів з пульта.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
45
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Наступний фрагмент коду створює масиви для керування дев’ятьма
світлодіодами (LED). Цей код:
• Вказує, до яких пінів підключені світлодіоди.
• Ініціалізує стан кожного світлодіода як вимкнений.
• Готує базову структуру для подальшого керування LED (вмикання,
вимикання, перемикання тощо).
Далі створюється масив із інфрачервоних (IR) кодів кнопок пульта, які
використовуються для керування пристроєм, що дозволяє реалізувати
відповідність між натиснутою кнопкою на пульті та дією мікроконтролера
(наприклад, вмикання світлодіодів, запуск функцій тощо).
Наступним кроком в програмі налаштовуємо мембранну клавіатуру 4×4 для
роботи з Arduino, використовуючи бібліотеку Keypad.h. Створюється об'єкт keypad,
який ініціалізує:
• Розкладку клавіш
• Піни підключення
• Кількість рядків і стовпців
Після ініціалізації можна легко зчитувати натискання будь-якої клавіші, щоб
керувати пристроями, вводити коди, налаштовувати параметри тощо.
Ініціалізуємо роботу дисплея:
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2) :
• lcd — об'єкт для керування LCD-дисплеєм.
• 0x27 — I2C-адреса дисплея (часто буває 0x27 або 0x3F, залежить від модуля).
• 16, 2 — дисплей має 16 символів у рядку та 2 рядки.
Що дозволяє виводити текст, числа, показники датчиків, тощо, та економить
порти Arduino завдяки I2C-з'єднанню (тільки 2 дроти: SDA і SCL).
Також в програмі, наявна частина коду, що виконує ініціалізацію та
виведення привітального повідомлення на LCD-дисплей. Алгоритм програми:
• Ініціалізує LCD-дисплей (підготовка до роботи).
• Це потрібно для дисплеїв, які використовують бібліотеку LiquidCrystal_I2C.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
46
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Увімкнення підсвічування дисплея.
• Якщо підсвічування не ввімкнути, текст може бути непомітний.
• Встановлює курсор на початок першого рядка (рядок 0, стовпчик 0).
• Наступний текст буде виведено звідти.
• Виводить текстове повідомлення: "Hello from RTSC".
• Це може бути, наприклад, назва проєкту, вітання або тестова фраза.
• Затримка 2 секунди — дає час прочитати повідомлення перед очищенням
екрана.
• Очищає дисплей після затримки.
• Дисплей готується до подальшого виводу нової інформації (наприклад,
показу температури, вологості, стану LED тощо).
Далі задається робота датчиків температури DS18B20 та вологості DHT11.
Та передбачено оновлення даних з датчиків кожні 5 секунд.
Наступний фрагмент програми виконує наступні функції:
1. Перемикає стан світлодіода (LED) з індексом index:
o змінює стан LED на протилежний (якщо був ввімкнений – вимикає,
якщо вимкнений–вмикає).
o встановлює відповідний пін світлодіода в стан HIGH (ввімкнено) або
LOW (вимкнено).
2. Оновлює інформацію на LCD дисплеї:
o Очищає екран (lcd.clear()).
o Встановлює курсор у початок першого рядка (lcd.setCursor(0, 0)).
o Виводить текст у форматі: "LED X On" або "LED X Off", де X –номер
світлодіода.
3. Здійснює затримку:
o Затримка виконання на 1500 мілісекунд (1.5 секунди), щоб користувач
встиг побачити повідомлення.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
47
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Наступна функція програми збирає показники температури з двох різних
датчиків і вологість повітря з датчика DHT для подальшого відображення або
обробки.
Далі ділянка коду відповідає за виведення даних на LCD-дисплей і задає
наступний алгоритм:
1. Очищає екран.
2. Виводить на першому рядку температуру, зчитану з датчика DS18B20:
- Встановлює курсор у початок першого рядка:
- Виводить текст "Temp:".
- Виводить значення температури tempDS з одним знаком після коми:
- Виводить символ градуса Цельсія (ASCII код 223, це маленький кружок
°):
3. Виводить на другому рядку вологість повітря:
- Встановлює курсор на початок другого рядка:
- Виводить текст "Hum:".
- Виводить значення вологості humidity з одним знаком після коми.
- Виводить знак відсотка %.
Також в складі програми є код для відлагодження (або дебагінг) – це процес
пошуку і виправлення помилок у програмі.
Відлагодження роботи коду відбувається в три етапи:
• Пошук помилок – якщо програма не запускається, зависає або видає
неправильні результати.
• Аналіз – перевірка, що саме пішло не так (наприклад, неправильно
порахувало, не те вивело, не спрацювала кнопка).
• Виправлення коду – зміна частин програми, щоб вона працювала правильно.
Приклади роботи відлагодження на практиці:
• Програма не виводить "LED On" – значить, треба перевірити, чи правильно
працює toggleLed().
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
48
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Температура на екрані показує -127.0 – значить, не зчиталась з DS18B20
(типова помилка).
• Натискаєш кнопку – нічого не відбувається? Перевіряєш з'єднання і код.
Чим для відлагодження користуються:
• Serial.print() в Arduino – виведення значення у серійну консоль, щоб бачити,
що відбувається "всередині".
• Логічні блоки або кольори в візуальних мовах – для наочності.
• Дебагери в IDE (наприклад, у Visual Studio, Arduino IDE) – можна зупинити
виконання програми й подивитися значення змінних.
Так як в системі дистанційного керування макетом розумного будинку
передбачено керування за допомогою клавіатури то в програми присутня ділянка
коду, відповідає за обробку натискання кнопок на клавіатурі (keypad) та керування
світлодіодами (LED). Програма здійнсює наступні кроки:
• Зчитується натиснута клавіша з матричної клавіатури.
• Змінна key містить символ натиснутої клавіші (наприклад, '1', '2', ... '9').
• Перевіряється, чи натиснуто цифру від 1 до 9 (тільки ці клавіші
обробляються).
• Інші символи (наприклад, '*', '0', '#') ігноруються.
• Обчислюється індекс світлодіода, який відповідає натиснутій клавіші.
• Наприклад:
- '1' - '1' = 0 → LED 0
- '2' - '1' = 1 → LED 1
- '9' - '1' = 8 → LED 8
• Викликається функція toggleLed(index) – вона перемикає стан відповідного
світлодіода (вмикає/вимикає), а також виводить на LCD напис "LED X
On/Off".
• Коротка пауза (300 мс), щоб уникнути "дребезгу" контактів клавіатури –
тобто випадкових повторних натискань.
• Підсумок
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
49
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Коли користувач натискає клавішу від '1' до '9':
- Вмикається або вимикається відповідний світлодіод.
- На LCD оновлюється статус LED.
- У консоль виводиться повідомлення про натиснуту клавішу.
Також передбачимо в програмі періодичне оновлення даних із сенсорів
(температури та вологості). Кожні sensorInterval мілісекунд (наприклад, 5 секунд)
програма оновлює дані з датчиків і показує їх. Все відбувається в межах основного
циклу loop(), без зупинки програми (на відміну від delay()).
Переваги такого підходу:
• Програма не блокується (може паралельно реагувати на кнопки, клавіатуру
тощо).
• Оновлення даних відбувається регулярно, але не надто часто – економія
ресурсів.
Повний лістинг коду представлено в додатку А.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
50
Змн Арк № докум. Підпис Дата
5. ОХОРОНА ПРАЦІ
5.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника проектної лабораторії
В процесі розробки системи дистанційного керування розумним будинком на
співробітника проектної лабораторії впливають різноманітні параметри
оточуючого середовища, зокрема, температура, вологість і швидкість руху повітря,
шум, вібрація, шкідливі речовини, різноманітні випромінювання тощо.
При шкідливих умовах праці може погіршуватися продуктивність праці і
створюватися передумови для виникнення травм і професійних захворювань. Саме
тому необхідно проаналізувати фактори, що впливають на здоров'я і працездатність
співробітників, що працюють в проектній лабораторії.
Робочі місця співробітників встановлені в просторій кімнаті, яка мебльована
столами та шафами, укомплектована комп’ютерною технікою та периферійним
обладнанням. Всі предмети на робочих місцях співробітників знаходяться в
робочій зоні в межах прямої видимості та розміщені на відстані не більше 70 см від
працівника. Розміри столу становлять: ширина – 1,4 м, глибина – 0,8 м, висота –
0,72 м. Висота стільця становить 0,45 м. З врахуванням середнього росту людини,
який складає 160–180 см, можна сказати, що положення, яке співробітник
лабораторії займає при роботі відповідає рекомендаціям ДСТУ 8604:2015.
Монітори на столах розташовані таким чином, що відстань від екрану монітору до
користувача складає не менше 70 cм, при цьому кут зору становить близько 30о.
При цьому потрібно відмітити, що положення моніторів на робочих місцях вибрано
найкращим чином, так як світло, що потрапляє через вікно, падає з лівого чи
правого боку від працюючого в залежності від розташування робочого місця і,
таким чином, не засліплює йому очі. Задля кращого уникнення негативного ефекту,
пов’язаного з надмірною освітленістю приміщення, вікна обладнано жалюзі.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
51
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Розміри лабораторії становлять: довжина – 9 м, ширина – 6 м, висота – 3 м.
Відповідно її площа дорівнює 54 м2. Найбільша кількість одночасно працюючих
становить 4 особи. Звідси площа, що припадає на одного робітника, дорівнює 13,5
м2, що відповідає ДБН В.2.2.28-2010. Об’єм приміщення становить 162 м3. Звідси
визначаємо, що об'єм який припадає на одну людину дорівнює 40,5 м3. Нормативне
значення складає 20 м3. З наведених даних можна зробити висновок, що дане
приміщення задовольняє вимогам ДБН В.2.2.28-2010.
Раціонально виконане освітлення виробничих приміщень надає позитивного
психофізіологічного впливу на працюючих, сприяє підвищенню якості продукції
та продуктивності праці, забезпеченню її безпеки, знижує втому і травматизм на
виробництві, зберігає високу працездатність в процесі праці. Недостатній рівень
освітлення змушує напружувати зір, що призводить до швидкої втоми очних м'язів,
загальною сонливості, головного болю і мігрені. Доведено також вплив
освітленості на основні життєві процеси: м'язовий ріст і розвиток, роботу серцево-
судинної системи, обмін речовин, стійкість до зовнішніх впливів на організм,
формування імунної системи.
Враховувати варто не тільки рівень освітленості, але і рівномірність
розподілу світлових потоків - через різкі перепади знижується видимість, що
створює додаткове навантаження на оптико-вегетативну систему людини. Також
важливо враховувати колір ламп і тривалість впливу світла.
В приміщенні лабораторії освітлення здійснюється через віконні отвори
(природне однобічне освітлення), за допомогою світильників, які розташовані на
стелі (штучне верхнє освітлення) або одночасно - світильники і вікна (сполучене
освітлення). В приміщенні вздовж однієї зі стін розташовано 4 вікна, розміри
кожного з яких становлять 2 м на 1,3 м.
Величина необхідного освітлення на робочому місці приміщення нормується
за ДБН В.2.5-28-2018. При штучному освітленні нормується величина освітленості
в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від характеристики зорової праці з
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
52
Змн Арк № докум. Підпис Дата
урахуванням найменшого розміру об'єкта розрізнення, фона, контраста об'єкта
розрізнення з фоном.
За найменший об’єкт розрізнення приймаймо крапку в документі, розмір якої
визначаємо на рівні 0,2–0,3 мм. Користуючись ДБН В.2.5-28-2018, визначаємо, що
за розміром обраного найменшого об’єкта розрізнення, ступінь точності зорової
праці відноситься до високого і становить ІІ розряд. Нормативне значення КПО для
визначеного розряду зорової роботи відповідає – ен = 1,8%. Фактичне значення
КПО в проектній лабораторії становить 24-26%. Отже, рівень природного
освітлення в даному приміщенні знаходиться в нормі.
В якості джерел світла при штучному освітленні використовуються
люмінесцентні лампи, в світильниках типу ЛСП 02В-1×40, загальна кількість яких
становить 8. Нормативне значення штучного загального освітлення становить 400
лк. Фактичне значення в проектній лабораторії згаданого параметра становить 220-
250 лк, що майже в два рази нижче зазначеної норми, відповідно ДБН В.2.5-28-
2018. Таким чином, в даному приміщенні рекомендується модернізувати систему
загального штучного освітлення.
Приміщення лабораторії характеризується відсутністю сирості,
неструмопровідною підлогою та нормативними параметрами мікроклімату. Тому
приміщення лабораторії відноситься до приміщень без підвищеної небезпеки
ураження працюючих електричним струмом, згідно ПУЕ-17. Комп’ютери,
встановлені на робочих місцях живляться від мережі змінного струму напругою
220 В і споживають потужність менше ніж 3 кВт, що з урахуванням перетину
проводів мережі свідчить про те, що мережа не буде мати постійного
перенавантаження. Для виключення ураження працівників електричним струмом
всі електронні прилади під’єднані до системи захисного занулення, згідно ДСТУ Б
В.2.5-82:2016.
Під час роботи з обладнанням при раптовому припиненні подачі
електроструму потрібно негайно вимкнути електрообладнання. Категорично
забороняється ремонтувати електрообладнання, вмикати та вимикати його, якщо
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
53
Змн Арк № докум. Підпис Дата
це не передбачено в ході роботи, проводити будь-які перемикання на головному
розподільному щиті. У випадку ураження електричним струмом слід терміново
звільнити потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої допомоги,
при необхідності викликати лікаря.
Приміщення лабораторії, згідно з ДСТУ Б В.1.1.36:2016, відноситься до
приміщень за категорією вибухопожежонебезпеки типу В (горючі та важкогорючі
рідини, тверді горючі та важкогорючі речовини і матеріали (в тому числі пил та
волокна), речовини та матеріали, здатні при взаємодії з водою, киснем повітря або
одне з одним горіти, за умови, що приміщення, в яких вони знаходяться
(використовуються), не належать до категорії А та Б). Для попередження пожеж в
лабораторії, відповідно ДБН В.2.5-56-2014, змонтована електрична пожежна
сигналізація (Страж М-501) променевого типу та теплові датчики типу (Satel DRP-
100) у кількості 6 шт. Також дана лабораторія обладнана двома ручними
вуглекислотними вогнегасниками ВВК-5, відповідно до Правил експлуатації та
типових норм належності вогнегасників.
Шум супроводжується коливанням частинок навколишнього середовища, що
сприймається органами слуху людини як небажані сигнали. Зазвичай шум
обумовлюється неприємним або небажаним звуком чи сукупністю звуків, що
заважають сприйняттю корисних звукових сигналів, порушують тишу, чинять
шкідливу або подразливу дію на організм людини, знижують її працездатність.
В лабораторії рівень шуму, який в основному зумовлений одночасною
роботою системних блоків комп’ютерів не перевищує 45 дБА. Інколи, при роботі
принтера це значення досягає 55 дБА. Але відповідно ДСН 3.3.6.037-99 нормативне
значення допустимого рівню звукового тиску, рівню звуку та еквівалентного рівню
звуку на робочому місці в лабораторії становить 60 дБА. Таким чином, фактичні
рівні шуму в приміщенні лабораторії не перевищують нормативні значенні цього
параметру.
З появою нових технологічних рішень щодо здійснення бездротового
електронного зв’язку лабораторія пронизана постійним електромагнітним
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
54
Змн Арк № докум. Підпис Дата
випромінюванням. Нормативними документами встановлено вимоги до суб’єктів
господарювання щодо захисту працівників від небезпеки для їх здоров’я, що існує
або виникає внаслідок впливу електромагнітних полів.
Згідно з цими нормативними актами перед початком робіт у разі
застосування джерел електромагнітного випромінювання необхідно:
- провести вимірювання напруженості електричної та магнітної складових
електромагнітних полів
- облаштувати виробниче приміщення і розташувати технологічне
обладнання згідно гігієнічних нормативів.
Аналізуючи зареєстрований рівень електромагнітного випромінювання на
робочих місцях працівників лабораторії його напруженість не перевищує гранично
допустиме значення відповідно до ДСН 3.3.6.096-2002.
Мікроклімат суттєво впливає на організм людини. Усі життєві процеси в
організмі забезпечують енергією рухову активність, менша частина якої
витрачається на виконання корисної роботи, а велика частина перетворюється в
теплову енергію. Це безперервне виділення теплоти в навколишнє середовище,
кількість якої змінюється від 85 (в стані спокою) до 500 Вт (при важкій фізичній
роботі), забезпечує нормальний перебіг фізіологічних процесів.
Обов'язковою умовою життєдіяльності людини є повне відведення
організмом теплоти, що виділяється, в навколишнє середовище або захист
організму людини від надмірної віддачі тепла в навколишнє середовище.
Порушення теплового балансу веде до перегріву або переохолодження і, в
подальшому, до порушення функціонального стану працівника, зниження і втрати
працездатності, виникнення нещасних випадків, травм. При перегріванні можливі
втрата свідомості і летальний результат, при переохолодженні - замерзання. Менш
виражені відхилення комбінацій параметрів мікроклімату, що забезпечують
комфортний стан людини, сприяють продовженню тимчасової непрацездатності,
виникненню професійної патології.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
55
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Згідно ДСН 3.3.6.042-99 окремо для двох періодів року, визначаємо
оптимальні і допустимі значення температури, відносної вологості та швидкості
руху повітря для категорії важкості роботи Іа. При цьому враховуємо, що верхня і
нижня межа діапазону допустимої температури визначаються у залежності від
того, постійне робоче місце чи непостійне. Усі робочі місця працівників
лабораторії є постійними.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року:
- оптимальне значення температури 22-24°С;
- допустиме значення температури 21-25°С;
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с;
- допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року:
- оптимальне значення температури 23-25°С;
- допустиме значення температури 22-28°С;
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с;
- допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с.
В лабораторії фактичне значення температури в холодний період року
становить 20-22°С, що нижче від відповідної нижньої межі допустимого значення.
Таким чином дані умови праці відносяться до першого ступеня шкідливості.
Фактичне значення температури повітря в теплий період року становить 30-32°С,
що в свою чергу перевищує допустиме значення.
Фактичне значення швидкості руху повітря становить 0,2 м/с, що перевищує
максимально допустиме значення лише в холодну пору року. Це може негативно
вплинути на здоров’я робітника, так як з протягом пов’язані такі хвороби, як
запалення м’язів, гострі респіраторні захворювання і ін.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
56
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Фактичне значення відносної вологості повітря в приміщенні становить 67-
70%. Це відповідає першому ступеню шкідливості умов праці. Перевищення
вологості в теплий період року призводить до підвищення температури тіла. При
зниженні температури підвищена вологість може призвести до переохолодження
тіла.
На основі вищенаведених даних можемо сказати, температурний рівень в
лабораторії не відповідає нормативним вимогам. Таким чином, в даному
приміщенні рекомендується встановити кондиціонер.
Інструктажі з питань охорони праці працівників лабораторії проводяться з
метою навчання працівника правильно і безпечно для себе і виконувати свої
трудові обов'язки. Інструктажі за часом і характером проведення поділяють на:
вступний, первинний, повторний, позаплановий та цільовий.
Вступний інструктаж проводиться з усіма працівниками, які щойно прийняті
на роботу (постійну або тимчасову), незалежно від їх освіти, стажу роботи за цією
професією або посади; працівниками, які знаходяться у відрядженні на
підприємстві й беруть безпосередню участь у виробничому процесі; в даному
випадку трудового й професійного навчання в проектній лабораторії. Запис про
проведення вступного інструктажу робиться в спеціальному журналі. Первинний
інструктаж проводиться кожному працівнику індивідуально керівником
лабораторії перед початком виконання роботи НПАОП 0.00-4.12-05.
Медичний огляд працівників проектної лабораторії проводиться регулярно
відповідно до наказу МОЗ України №246 від 21.05.2007, що пов’язано з можливою
наявністю шкідливих чи небезпечних умов праці; з обладнанням, що знаходиться
під напругою, випромінює вібрацію та/або шум; довго тривалими однотипними
роботами; хімічними речовинами, їх сполуками та елементами (неорганічного та
органічного походження).
За результатами проведеного аналізу можна зробити висновок, що технічний
рівень лабораторії не відповідає нормативним вимогам. Це проявляється в наслідок
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
57
Змн Арк № докум. Підпис Дата
підвищення температури повітря влітку вище встановленої норми. Тому, в даному
приміщенні рекомендується встановити систему кондиціонування повітря.
5.2. Розрахунок системи кондиціонування повітря лабораторії
Кондиціонування - це комплекс систем, які призначені для створення в
приміщеннях мікрокліматичних умов, оптимальних для життєдіяльності людей.
Кондиціонер - пристрій для підтримання оптимальних кліматичних умов в
квартирах, будинках, офісах, автомобілях, а також для очищення повітря в
приміщенні від небажаних частинок. Призначений для зниження температури
повітря в приміщенні.
Типи кондиціонерів:
- віконний кондиціонер;
- спліт-система з внутрішнім блоком настінного типу;
- спліт-система з внутрішнім блоком підлогово-стельового типу;
- спліт-система з внутрішнім блоком касетного типу;
- спліт-система з внутрішнім блоком канального типу;
- мульти спліт-системи;
- мультізональні системи (VRF або VRV системи).
Віконний тип є моноблочним, врізається у віконний отвір або в стіну. Для
встановлення ніякого особливого інструменту для нього не потрібно. Виробництво
таких кондиціонерів добре відпрацьоване за багато років, звідки і береться їх
довговічність.
Віконний тип має істотний недолік, оскільки він моноблочний, компресор
знаходитиметься у вашому приміщенні. Другий мінус прохолодно буде не у вас в
кімнаті, а між шторою і вікном тому що встановлюється він безпосередньо у вікно.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
58
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Безумовним плюсом є низька ціна віконного типу і можливість невеликої
подачі свіжого повітря в приміщення. При низькому бюджеті будівництва можна
обійтися віконними кондиціонерами і замовити вікна під розмір.
Спліт-системи, як тип кондиціонера на відміну від віконних, діляться ще на
відповідні типи. Під типом спліт-системи в основному розуміють тип внутрішнього
блоку, зовнішні блоки по принциповому пристрою фактично однакові. Спліт-
система має два блоки - внутрішній і зовнішній. Найбільш шумним є зовнішній
блок, де знаходиться компресор, тому він виноситься на вулицю, а внутрішній,
відповідно, встановлюється всередині приміщення.
Спліт-система з внутрішнім блоком настінного типу набули найбільшого
поширення в квартирах та невеликих офісних приміщеннях. Мають масу переваг:
достатньо малошумні, і за ціною значно дешевше спліт-систем іншого типу. Також
в своєму діапазоні холодильної потужності є монополістами - інші типи спліт-
систем не мають холодильної потужності нижче 3,5 кВт. І при кондиціонуванні
невеликого кабінету настінний тип спліт-системи не має конкурентів.
Спліт-система з внутрішнім блоком підлогово-стельового типу у разі
установки під стелею потік охолодженого повітря могутнім струменем поступає в
обслуговуване приміщення. У разі установки в підлоговому варіанті, наприклад в
перенаселеному працівниками офісі, приносить менше дискомфорту працівникам,
ніж наприклад настінний кондиціонер. Будь-який кондиціонер створює біля себе
«мертву зону», де рухливість повітря буде дуже високою. У настінних блоків це до
3 метрів, у підлогових - 1 метр. У підлоговому варіанті охолоджене повітря йде
вгору і нікому особливо не заважає. Отже, підлогово-стельові кондиціонери в
основному використовують в офісах, супермаркетах, витягнутих великих
приміщеннях.
Спліт-система з внутрішнім блоком канального типу має масу переваг в
порівнянні з іншими типами. Одному кондиціонеру цілком під силу охопити до 10
дрібних приміщень, де необхідна холодопродуктивність по кожному приміщенню
не перевищує 1,3 кВт. Якщо в кожній такій кімнаті встановити по окремій настінній
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
59
Змн Арк № докум. Підпис Дата
спліт-системі, а мінімальна продуктивність будь-якої настінної спліт-системи
нижче 1,8 кВт не існує, то перевага установки кондиціонування канального типу за
ціною в порівнянні з установкою 10 окремих настінних спліт-систем буде
суттєвою.
Ще однією незаперечною перевагою є те, що при використанні внутрішнього
блоку цього типу можна підмішувати до 20 % свіжого повітря. Але є і зворотна
сторона - не варто забувати, що свіжим повітрям можливо забезпечити тільки тоді,
коли температура зовнішнього повітря не нижче мінус 5 ºС.
Спліт-системи з внутрішніми блоками канального типу мають і недоліки.
Окрім необхідності наявності підвісної стелі, така система не дозволяє регулювати
температуру в кожному приміщенні індивідуально. Датчик температури
встановлюється в пульті управління кондиціонером, і розмістити ви його можете
тільки в одній кімнаті. Іншою проблемою буде те, що кожне з приміщень може
мати різний тепловий режим, одна кімната може виходити вікнами на південь, інша
на північ. Може утворитися ситуація, коли в одній кімнаті буде максимальне
теплове навантаження, а в іншій мінімальна. Установка індивідуального
регулювання температури по кожній кімнаті у вартості наближатиметься до
вартості всього устаткування.
Останнім недоліком такої системи є те, що монтажу канального типу
кондиціонування повинно передувати хороше проектне опрацьовування,
розрахунок перетинів повітроводів. Інакше можливо отримати ситуацію, коли в
одній кімнаті надмірно холодно, а в іншій навпаки жарко.
В мульті-спліт-системах до одного зовнішнього блоку можна під'єднати
відразу декілька внутрішніх блоків. Основна перевага мульті-спліт-систем це
наявність одного зовнішнього блоку. В умовах міста, особливо в центрі, велика
кількість зовнішніх блоків кондиціонерів, що висять на стіні і псує фасад будівлі,
не залишає іншого вибору, як використання мульті-спліт-системи.
Мультізональні системи (VRF або VRV системи) є найостаннішим і
інноваційним досягненням в кондиціонуванні повітря. За принципом роботи це ті
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
60
Змн Арк № докум. Підпис Дата
ж самі мульті-спліт-системи, але з можливістю підключення до 64 внутрішніх
блоків. Важливою перевагою мультізональних систем є різноманітність внутрішніх
блоків.
Останнє покоління таких систем має одну з незаперечних переваг -
максимально допустима довжина фреонових трас до 1000 метрів, що в умовах
центральних вулиць міста дозволяє винести зовнішній блок в таке місце, де він не
псуватиме фасад. Дані системи неймовірно економічні і довговічні.
Середній термін їх експлуатації до 25 років, в порівнянні з побутовими спліт-
системами 6-10 років. Інтелектуальна система управління роботою системи
дозволяє досягти максимальної економії при роботі деяких внутрішніх блоків в
режимі охолоджування, а інших в режимі тепла. Система VRV (VRF) дозволяє
перенести частину тепла з одного приміщення в інше. При цьому споживання
системи знижується майже в 2 рази.
Рис. 5.1 – Будова та принцип дії кондиціонера типу спліт-системи
Встановлюють такі системи найчастіше в бізнес-центрах, торгових центрах,
урядових установах і на багатьох інших об'єктах, де необхідна центральна система
кондиціонування великої кількості приміщень.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
61
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Розрахуємо потужність кондиціонера для лабораторії площею 54 м² з
висотою стель 3 м, в якій здійснюються роботи з проектування та моделювання. В
лабораторії працюють 4 людини, а також є 4 комп'ютери, і невеликий холодильник
з максимальною споживаною потужністю 250 Вт. Кімната розташована на
сонячній стороні. Комп'ютери всі одночасно працюють, оскільки ними
користується 4 людини.
Спочатку визначимо теплоприпливи від вікна, стін, підлоги і стелі.
Коефіцієнт Q виберемо рівним 40, так як кімната розташована на сонячній стороні:
Q1 = S * h * q / 1000 (5.1)
де:
S – площа лабораторії;
h – висота стелі;
q - коефіцієнт припливу тепла.
Q1 = 54 м² * 3 м * 40 / 1000 = 6,48 кВт
Теплоприпливи від 4 робочих в спокійному стані складуть 0,4 кВт.
Q2 = N *qод.л.= 4 * 0,1 = 0,4 кВт
Далі, знайдемо теплоприпливи від техніки. Оскільки комп'ютери працюють
одночасно, то в розрахунках необхідно враховувати суму з цих приладів, а саме
сумарну кількість тепла. Це комп'ютери, тепловиділення від яких становлять 0,9
кВт. Холодильник виділяє 0,95 кВт:
Q3 = 0,9 + 0,95 = 1,85 кВт (5.2)
Тепер ми можемо визначити:
Q = Q1 + Q2 + Q3 (5.3)
Q = 6,48 + 0,4 + 1,85 = 8,73 кВт
Рекомендований діапазон потужності (від -5% до + 15% розрахункової
потужності Q): 8,2935 кВт < Q < 10,0395 кВт.
Необхідно обрати модель кондиціонера відповідної потужності. Більшість
виробників випускає спліт-системи з потужностями, близькими до стандартного
ряду: 2,0 кВт; 2,6 кВт; 3,5 кВт; 5,2 кВт; 7,0 кВт. З цього ряду обираємо модель
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
62
Змн Арк № докум. Підпис Дата
потужністю близькою до 5,2 кВт. В приміщенні відділу планується встановити 2
кондиціонери.
Технічні особливості кондиціонера MIDEA MSMB-12HRFN1-ION
1. Економічний режим (Еко-режим). Кондиціонер підтримує в приміщенні
температуру повітря +24°С з мінімальним шумом і споживанням електроенергії.
2. Мотор DC - inverter внутрішнього блоку. У внутрішніх блоках для
обертання крильчатки використовується DC-мотор. Це дозволяє значно знизити
рівень шуму і енергоспоживання і отримати 12 позицій зміни швидкості
крильчатки.
3. Алюмінієвий теплообмінник з гідрофільним покриттям. Підвищена
змочуваність теплообмінника, алюмінієві пластини якого мають спеціальне
покриття з гідрофільним шаром, забезпечують швидке видалення конденсату з
внутрішнього блоку, що не дозволяє швидко утворюватися цвілі і бактеріям,
забезпечуючи при цьому більш ефективну роботу кондиціонера.
4. Температурна компенсація. Функція температурної компенсації усуває
різницю температур між підлогою та стелею шляхом змішування різних шарів
повітря. Працюючи на охолодження, система занижує температуру вихідного
потоку повітря. Внаслідок цього час на охолодження приміщення скорочується, а
більш холодний струмінь компенсується теплим повітрям, що підіймається
шляхом перемішування. Таким чином відбувається компенсація температур та
вирівнюється загальна температура в приміщенні.
Технічні характеристики кондиціонера MIDEA MSMB-12HRFN1-ION
- Рекомендована площа приміщення - 35 м2;
- Тип фреону - R410A;
- Режими: автоматичний, вентилятор, іонізація, нічний, обігрів, осушення,
охолодження;
- Можливість роботи при низькій температурі (<-10° C);
- Потужність на охолодження - 4.51 кВт;
- Теплопродуктивність - 4.92 кВт;
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
63
Змн Арк № докум. Підпис Дата
- Максимальний рівень шуму внутрішнього блоку - 38 дБА;
- Максимальний рівень шуму зовнішнього блоку - 54 дБА;
- Тип компресора – інверторний;
- Тип установки внутрішнього блоку – настінний.
Рис. 5.2 – Кондиціонер MIDEA MSMB-12HRFN1-ION
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
64
Змн Арк № докум. Підпис Дата
ВИСНОВКИ
У даній роботі було розроблено систему дистанційного керування елементами
розумного будинку з використанням інфрачервоної технології, клавіатури та
сенсорів температури і вологості, що забезпечує багатофункціональну взаємодію з
користувачем і контроль за мікрокліматом приміщення.
В роботі було проведено аналіз існуючих типів дистанційного керування
розумним будинком. Перевагу було віддано інфрачервоній технології керування
завдяки простоті реалізації, низькій вартості, енергоефективності, стійкості до
радіоперешкод та гнучкості у керування.
Розроблено структурну схему системи, описано її принцип роботи та
підібрано елементну базу.
В якості контролера було застосовано платформу Arduino, яка завдяки
відкритій архітектурі, широкому вибору датчиків і модулів, а також простоті
використання, широко застосовуються як у навчальних цілях, так і в реальних
інженерних рішеннях.
У процесі розробки було розглянуто принципи роботи датчиків DS18B20 та
DHT11, організовано виведення інформації на LCD-дисплей 1602, реалізовано
інтерфейс з 16-кнопковою клавіатурою, а також забезпечено взаємодію між усіма
елементами за допомогою мікроконтролера Arduino Mega 2560.
В середовище Arduino IDE було розроблене програмне забезпечення
запропонованої системи дистанційного керування розумним будинком.
Розроблена система практично реалізована та макеті розумного будинку.
Запропоноване рішення може бути використане як навчальний приклад, а також
адаптоване до практичних завдань.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
65
Змн Арк № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРА
1. Що таке Smart-технології? // FutureNow [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: https://futurenow.com.ua/shho-take-smart-tehnologiyi/
2. Що таке смарт-технології? // HOBITERA [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: https://hobitera.com/c-smart-tekhnologhiji
3. Що таке розумний дім? // AlterAir [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://alterair.ua/stati/chto-takoe-umnyy-dom/
4. Грушецький І. В., Кириченко А. О. Системи автоматизації та управління
розумним будинком. Київ: Видавництво КНУБА, 2021. 132 с.
5. Муха О. М. Інтелектуальні системи управління будинком: принципи
побудови та технології. Львів: Видавництво НУ «ЛП», 2020. 168 с.
6. IEEE Standard for Information Technology – Telecommunications and
information exchange between systems – Local and metropolitan area networks–
Specific requirements – Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC)
and Physical Layer (PHY) Specifications
7. Sharma P., Sharma S. Smart Home Automation using IoT // International Journal
of Scientific & Engineering Research (IJSER). 2021. Vol. 12, No. 5. P. 398–403.
8. Specifications | Bluetooth [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://www.bluetooth.com/specifications/
9. Sriskanthan N., Tan F., Karande A. Bluetooth based home automation system //
Microprocessors and Microsystems. 2002. Vol. 26, No. 6. P. 281-289.
10. Zigbee Alliance [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://zigbeealliance.org
11. Texas Instruments [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.ti.com
12. Diamant R., Feuer A., Lampe L. Choosing the right signal: Doppler shift estimation
for underwater acoustic signals // Proceedings of the Seventh ACM International
Conference on Underwater Networks and Systems (WUWNet ’12). New York:
ACM, 2012. P. 27:1-27:8.
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
66
Змн Арк № докум. Підпис Дата
13. Денисюк В. О., Цирульник С. М. Мікропроцесорні системи управління: навч.
посіб. Вінниця: ТВОРИ, 2021. 204 с.
14. Arduino Documentation [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://docs.arduino.cc
15. Infrared Sensor – Glossary | InfraTec [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://www.infratec.eu/sensordivision/service-support/glossary/infrared-sensor/
16. Scientific article on smart environments // IOPscience [Електронний ресурс]. –
Режим доступу: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-
899X/51/1/012001/pdf
17. Мікротехніка. Інтернет-магазин [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://microteh.ck.ua/index.php
18. Пульт до Т2 – як вибрати і налаштувати // InterClimat [Електронний ресурс].
– Режим доступу: https://interclimat.com.ua/pult-do-t2-yak-vybraty-i-
nalashtuvaty-dlya-komfortnogo-pereglyadu/
19. 8-канальний модуль реле 12V 10A // Arduino.ua [Електронний ресурс]. –
Режим доступу: https://arduino.ua/prod1340-8mi-kanalnii-modyl-rele-12v-10a
20. Датчик температури DS18B20 // Mini-Tech [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: https://www.mini-tech.com.ua/datchik-temperatury-ds18b20
21. Датчик вологості і температури DHT11 // Arduino.ua [Електронний ресурс]. –
Режим доступу: https://arduino.ua/ru/prod185-datchik-vlajnosti-i-temperatyri-
dht11
22. Індикатор ЖКІ 1602A // LedPlus [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://ledplus.com.ua/ua/p22972586-indikator-zhki-1602a.html
23. 16-кнопкова мембранна клавіатура // Arduino.ua [Електронний ресурс]. —
Режим доступу: https://arduino.ua/prod167-16-ti-knopochnaya-membrannaya-
klaviatyra
24. Середовище Arduino IDE // Arduino Guide [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: https://doc.arduino.ua/ru/guide/Environment
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
67
Змн Арк № докум. Підпис Дата
ДОДАТКИ
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
68
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Додаток А
Лістинг програми
#include <IRremote.hpp>
#include <Keypad.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <DHT.h>
// ----- IR-пульт -----
const int RECV_PIN = 2;
IRrecv irrecv(RECV_PIN);
decode_results results;
// ----- Світлодіоди -----
const int ledPins[9] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11};
bool ledStates[9] = {false, false, false, false, false, false, false, false, false};
// ----- Коди кнопок пульта -----
const uint32_t buttonCodes[9] = {
0xEC13FE01, // 1
0xE41BFE01, // 2
0xF807FE01, // 3
0xE817FE01, // 4
0xE01FFE01, // 5
0xFC03FE01, // 6
0xE916FE01, // 7
0xE11EFE01, // 8
0xFD02FE01 // 9
};
// ----- Клавіатура -----
const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 4;
char keys[ROWS][COLS] = {
{'1','2','3','A'},
{'4','5','6','B'},
{'7','8','9','C'},
{'*','0','#','D'}
};
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
69
Змн Арк № докум. Підпис Дата
byte rowPins[ROWS] = {A0, A1, A2, A3};
byte colPins[COLS] = {A4, A5, A6, A7};
Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);
// ----- Дисплей -----
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
// ----- DS18B20 -----
#define ONE_WIRE_BUS 14
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature ds18b20(&oneWire);
// ----- DHT11 -----
#define DHTPIN 24
#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
// ----- Таймер оновлення -----
unsigned long lastSensorUpdate = 0;
const unsigned long sensorInterval = 5000; // кожні 5 секунд
// ----- Перемикання LED -----
void toggleLed(int index) {
ledStates[index] = !ledStates[index];
digitalWrite(ledPins[index], ledStates[index] ? HIGH : LOW);
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("LED ");
lcd.print(index + 1);
lcd.print(ledStates[index] ? " On " : " Off");
delay(1500);
}
// ----- Вивід сенсорних даних -----
void displaySensorData() {
ds18b20.requestTemperatures();
float tempDS = ds18b20.getTempCByIndex(0);
float tempDHT = dht.readTemperature();
float humidity = dht.readHumidity();
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
70
Змн Арк № докум. Підпис Дата
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Temp:");
lcd.print(tempDS, 1);
lcd.print((char)223);
//lcd.print(" T:");
//lcd.print(tempDHT, 1);
//lcd.print((char)223);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Hum:");
lcd.print(humidity, 1);
lcd.print("%");
// Для відлагодження
Serial.print("DS18B20: ");
Serial.print(tempDS);
Serial.print(" °C | DHT11: ");
Serial.print(tempDHT);
Serial.print(" °C, ");
Serial.print(humidity);
Serial.println(" %");
}
void setup() {
Serial.begin(9600);
IrReceiver.begin(RECV_PIN, ENABLE_LED_FEEDBACK);
for (int i = 0; i < 9; i++) {
pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
digitalWrite(ledPins[i], LOW);
}
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Hello from RTSC");
delay(2000);
lcd.clear();
ds18b20.begin();
dht.begin(); // ← Запуск DHT11
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
71
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Serial.println("Пошук DS18B20...");
if (ds18b20.getDeviceCount() == 0) {
Serial.println("Помилка: DS18B20 не знайдено!");
}
Serial.println("Готово!");
}
void loop() {
// ----- IR-пульт -----
if (IrReceiver.decode()) {
uint32_t code = IrReceiver.decodedIRData.decodedRawData;
Serial.print("IR код: 0x");
Serial.println(code, HEX);
for (int i = 0; i < 9; i++) {
if (code == buttonCodes[i]) {
toggleLed(i);
break;
}
}
IrReceiver.resume();
}
// ----- Клавіатура -----
char key = keypad.getKey();
if (key >= '1' && key <= '9') {
int index = key - '1';
toggleLed(index);
Serial.print("Натиснуто клавішу: ");
Serial.println(key);
delay(300);
}
// ----- Оновлення сенсорів -----
if (millis() - lastSensorUpdate >= sensorInterval) {
displaySensorData();
lastSensorUpdate = millis();
}
}
Арк
РТ15.025.028.248 ПЗ
72
Змн Арк № докум. Підпис Дата