Автоматизована система моніторингу мікроклімату будинку

Кобзар, Аліна Ігорівна

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6345

Full metadata record

DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Міценко, Сергій Анатолійович	-
dc.contributor.author	Кобзар, Аліна Ігорівна	-
dc.date.accessioned	2025-12-17T15:48:51Z	-
dc.date.available	2025-12-17T15:48:51Z	-
dc.date.issued	2025-06	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6345	-
dc.description.abstract	Проведене дослідження підтверджує актуальність впровадження автоматизованих систем керування мікрокліматом, що сприяють підвищенню рівня комфорту, покращенню якості повітря та ефективному використанню енергетичних ресурсів. У ході роботи визначено основні мікрокліматичні параметри, які впливають на здоров’я, продуктивність та комфорт мешканців і працівників. Температура повітря – підтримка оптимального температурного режиму для комфортного перебування та зниження ризику перегріву або переохолодження. Вологість – важливий показник для регулювання відчуття сухості або вологості повітря, що впливає на стан дихальної системи та матеріали у приміщенні. Атмосферний тиск – зміни у рівні тиску можуть впливати на самопочуття людини, викликаючи головний біль чи дискомфорт. Концентрація CO₂ – підвищений рівень вуглекислого газу може спричиняти втому, зниження концентрації та порушення когнітивних функцій. Освітленість – важливий параметр для збереження працездатності, безпеки та комфорту. Досліджено сучасні методи регулювання мікроклімату, включаючи термостати, сенсорні системи та програмне забезпечення, що дозволяє керувати параметрами довкілля. Виконано порівняльний аналіз розумних термостатів, таких як Nest Learning Thermostat, Honeywell Lyric T6 Pro Wi-Fi та Ecobee SmartThermostat, виявлено їх сильні та слабкі сторони.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.title	Автоматизована система моніторингу мікроклімату будинку	uk_UA
dc.type	Bachelor Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_174_2025_КобзарА.pdf Restricted Access		2.62 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show simple item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ
КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»

на тему: АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА МОНІТОРИНГУ
МІКРОКЛІМАТУ БУДИНКУ

Виконала студент 2 курсу групи АКІТС-2109
спеціальності 174 Автоматизація,
комп'ютерно-інтегровані
технології та робототехніка

Аліна КОБЗАР
(ім’я та ПРІЗВИЩЕ)
Керівник Сергій МІЦЕНКО
(ім’я та ПРІЗВИЩЕ)
Рецензент
(ім’я та ПРІЗВИЩЕ)

Захист дозволяю:
зав. кафедри, д.т.н., професор Валентина ЛУКАШЕНКО
(підпис) (ім’я та ПРІЗВИЩЕ)

Черкаси 2025
ЗМІСТ

СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ ......................................... 3
ВСТУП ......................................................................................................................... 4
РОЗДІЛ 1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ УПРАВЛІННЯ ПАРАМЕТРАМИ
МІКРОКЛІМАТУ ........................................................................................................ 6
1.1 Особливості внутрішнього мікроклімату ....................................................... 6
1.2 Огляд систем керування мікрокліматом ......................................................... 9
1.3 Класифікація обладнання для регулювання мікроклімату будівлі ............ 14
1.4 Приклади систем моніторингу ....................................................................... 21
РОЗДІЛ 2 ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ МІКРОКЛІМАТОМ . 30
2.1 Особливості систем мікроклімату ................................................................. 30
2.2 Функціональна схема автоматизованої системи моніторингу мікроклімату
................................................................................................................................. 32
2.3 Вибір основних засобів для реалізації блоків системи ............................... 34
2.4 Визначення ефективного рішення для вентиляції ....................................... 47
2.5 Принципова електрична схема та алгоритм роботи .................................... 49
РОЗДІЛ 3 АВТОМАТИЗОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ РЕГУЛЮВАННЯ
МІКРОКЛІМАТУ ...................................................................................................... 53
3.1 Способи автоматизованого контролю мікроклімату ................................... 53
3.2 Функціональні особливості та використання MQTT .................................. 58
3.3 Якість обслуговування .................................................................................... 62
ВИСНОВКИ ............................................................................................................... 65
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................. 67
2
СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ

CAN – Controller Area Network (Мережа контролера)
I2C – Inter-Integrated Circuit (Міжінтегральна схема)
IoT – Internet of Things (Інтернет речей)
MQTT – message queuing telemetry transport (телеметричний транспортний
протокол із чергою повідомлень)
PWM – pulse-width modulation (Широтно-імпульсна модуляція)
QoS – Quality of service (якість сервісу)
RMII – Reduced Media Independent Interface (Зменшений та незалежний від
середовища передачі інтерфейс)
SPI – Serial Peripheral Interface (Послідовний периферійний інтерфейс)
UART – Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (Універсальний
асинхронний приймач-передавач)
АЦП – аналого-цифровий перетворювач
3
ВСТУП

Актуальність теми
Сучасний розвиток технологій у сфері автоматизації управління
мікрокліматом значно впливає на комфорт, продуктивність та
енергоефективність житлових і комерційних приміщень. Необхідність
підтримання оптимальних параметрів мікроклімату зумовлена зростанням вимог
до якості повітря, підвищенням енергоспоживання та впливом екологічних
факторів.
Автоматизовані системи моніторингу та регулювання температури,
вологості, концентрації CO₂ та атмосферного тиску набувають особливого
значення в умовах стрімкої урбанізації та впровадження концепції "Розумний
будинок". Технологічні рішення, засновані на інтернеті речей (IoT), хмарних
платформах та алгоритмах штучного інтелекту (AI), дозволяють мінімізувати
витрати енергії та забезпечувати адаптивне керування параметрами середовища
у реальному часі.
Розробка інтелектуальної системи моніторингу мікроклімату, що включає
високоточні датчики, ефективні алгоритми регулювання та інтеграцію із
цифровими платформами, має на меті підвищення якості житлового середовища
та енергоефективності будівель.
Мета роботи – проектування автоматизованої системи керування
мікрокліматом, що забезпечуватиме моніторинг параметрів повітря, їх аналіз та
регулювання через інтелектуальні алгоритми та IoT-платформи.
Об’єкт дослідження – процес розробки автоматизованої системи
моніторингу та регулювання мікрокліматичних параметрів
Предмет дослідження – автоматизовані системи моніторингу
мікроклімату будинку
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:
− Провести аналітичний огляд існуючих технологій керування
мікрокліматом.
4
− Дослідити взаємозв’язок параметрів повітря та їх вплив на комфорт
людини.
− Розробити функціональну схему системи, обґрунтувавши вибір її
компонентів.
− Впровадити алгоритми моніторингу та регулювання, орієнтовані на
енергозбереження.
Методи дослідження
У роботі застосовано методи системного аналізу, програмного
моделювання, електронного проектування, IoT-інтеграції та математичного
моделювання процесів керування мікрокліматом. Технології автоматизованого
контролю мікроклімату, включаючи датчики, мікроконтролери, інтелектуальні
алгоритми регулювання та комунікаційні протоколи MQTT.
Практичне значення отриманих результатів
Розроблена система може бути використана для автоматизованого
моніторингу та регулювання параметрів мікроклімату в офісних, житлових та
промислових приміщеннях. Її впровадження дозволяє підвищити рівень
комфорту, знизити енергоспоживання та оптимізувати повітрообмін, сприяючи
покращенню якості життя та ефективності використання ресурсів.

5
РОЗДІЛ 1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ УПРАВЛІННЯ ПАРАМЕТРАМИ
МІКРОКЛІМАТУ

1.1 Особливості внутрішнього мікроклімату
Мікроклімат приміщень є частиною загального макроклімату та
визначається характеристиками повітря всередині закритого простору. Він
впливає не лише на комфорт і самопочуття людей, а й на стабільність роботи
електронного обладнання та стан матеріалів у будівлі.
До основних параметрів мікроклімату належать: температура, рівень
вологості, швидкість циркуляції повітря, атмосферний тиск і склад газів у повітрі
(зокрема концентрації CO₂, O₂, водяної пари й потенційно шкідливих речовин).
Контроль цих параметрів необхідний для забезпечення здорового середовища,
яке сприяє продуктивності та комфорту мешканців або працівників. Оптимальні
параметри мікроклімату повинні відповідати наступним критеріям:
− Температура повітря в межах 18-24°C;
− Відносна вологість у діапазоні 40-60%;
− Швидкість повітряного потоку не більше 0,1 м/с;
− Атмосферний тис до 1000 гПа;
− Якість повітря відповідність гігієнічним нормам;
− Рівень освітлення достатній для комфортної роботи та відпочинку.
Якщо мікроклімат не відповідає оптимальним умовам, можуть виникнути
негативні наслідки: зниження концентрації, головний біль, подразнення
дихальних шляхів, загальна втома та підвищений ризик алергічних реакцій. Для
створення комфортного середовища використовуються системи опалення,
вентиляції та кондиціонування. Проте класичні методи регулювання клімату не
завжди гарантують ефективне використання енергії й можуть призводити до її
зайвих витрат. Тому інтелектуальні системи керування допомагають
автоматично регулювати температуру, рівень вологості та якість повітря
відповідно до змін у приміщенні, забезпечуючи стабільний комфорт та
оптимальне енергоспоживання.
6
Системи керування параметрами мікроклімату
Система регулювання мікрокліматичних параметрів – це сукупність
технічних рішень, що забезпечують контроль і коригування показників
температури, вологості, освітлення та якості повітря. Її основна мета – створення
комфортного середовища для людей та оптимізація умов проживання чи роботи
в приміщенні. Системи управління мікрокліматом поділяються на ручні та
автоматизовані:
− Ручне керування передбачає безпосереднє налаштування параметрів
користувачем за допомогою регуляторів, термостатів або перемикачів.
− Автоматизовані системи функціонують на основі датчиків, які
відстежують рівень температури, вологості, концентрацію CO₂ та інші
показники, автоматично коригуючи умови у просторі.
Основні переваги автоматизованих рішень:
− Точне регулювання параметрів мікроклімату;
− Оптимізація енергоспоживання шляхом раціонального використання
систем опалення, вентиляції та кондиціонування;
Сучасні технології мікрокліматичного контролю базуються на інтеграції
датчиків, контролерів та автоматизованих механізмів, що забезпечують
управління у реальному часі. Завдяки цифровим інтерфейсам (мобільним
додаткам чи веб-платформам) користувач може контролювати систему
дистанційно. Основні переваги таких рішень – зниження витрат на
енергоресурси та створення стабільно комфортних умов. Завдяки алгоритмам
енергоефективності система забезпечує оптимальне співвідношення між
комфортом та економією ресурсів.
Автоматизація управління мікрокліматом в розумному будинку
Автоматизоване управління мікрокліматом у «розумному будинку» є
ключовим фактором для створення комфортного середовища мешканців. Для
цього необхідно впровадити систему регулювання кліматичних параметрів, яка
забезпечуватиме автоматичний контроль температури, вологості, освітлення та
інших показників відповідно до потреб користувачів.
7
Технологічна основа таких систем включає сучасні розробки, зокрема
інтернет речей (IoT), хмарні платформи та штучний інтелект (AI). Завдяки цим
технологіям можливо здійснювати безперервний моніторинг мікроклімату у
приміщеннях та коригувати параметри в режимі реального часу відповідно до
заданих умов. Структура автоматизованої системи складається з:
− Сенсорів – відповідальних за збір даних про температуру, вологість,
концентрацію CO₂ та інші фактори;
− Контролерів, які обробляють отриману інформацію та приймають
рішення щодо налаштування мікроклімату;
− Актуаторів, що регулюють параметри повітряного середовища
відповідно до команд контролерів;
− Програмного забезпечення, що забезпечує взаємодію між
компонентами та дозволяє користувачам управляти системою через
інтерфейси мобільних додатків або веб-платформи.
Основні переваги впровадження таких рішень:
− Підвищення рівня комфорту мешканців;
− Скорочення енергоспоживання завдяки ефективному управлінню
ресурсами;
− Автоматичний контроль стану повітря, що сприяє здоровому
мікроклімату.
Сучасні сенсорні пристрої – такі як термометри, гігрометри, датчики руху,
датчики якості повітря – відстежують критичні параметри у приміщеннях.
Регулювання здійснюється за допомогою систем опалення, кондиціонування,
вентиляції, зволоження та осушення повітря, які інтегруються у централізовану
систему керування. «Розумний будинок» об’єднує всі елементи управління
мікрокліматом у єдину автоматизовану систему, що дозволяє враховувати такі
фактори, як час доби, присутність людей у приміщенні, зовнішні погодні умови.
Це сприяє ефективному використанню ресурсів та підвищенню
енергоефективності будівлі.

8
1.2 Огляд систем керування мікрокліматом
Сьогодні існує широкий спектр технологій для регулювання
мікрокліматичних параметрів у промислових і житлових приміщеннях. У цьому
розділі розглянуто основні підходи до управління мікрокліматом, що допоможе
визначити найефективніші та перспективні рішення для впровадження в систему
«розумного будинку».
Перші системи керування мікрокліматом базувалися на термостатах, які
дозволяли автоматично підтримувати задану температуру в приміщенні.
Незважаючи на простоту використання, такі рішення не враховували інші
важливі параметри, як-от рівень вологості чи концентрацію CO₂.

Рисунок 1.1 – Технологія HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning)

Сучасні системи включають сенсори, які вимірюють ключові параметри –
температуру, вологість, рівень вмісту вуглекислого газу та інших речовин у
повітрі. Вони дозволяють точніше контролювати умови всередині приміщень, а
також автоматично вносити коригування для підтримання комфортного
середовища. Найпрогресивніші рішення використовують штучний інтелект та
алгоритми машинного навчання для аналізу та прогнозування змін у
9
мікрокліматі. Такі системи здатні адаптуватися до звичок мешканців, змінювати
налаштування у відповідь на зовнішні фактори та забезпечувати оптимальний
рівень енергоспоживання.

Рисунок 1.2 –Системи керування освітленням
10
Однією з найрозповсюдженіших технологій у сфері керування
мікрокліматом є HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) – комплексне
рішення, що поєднує системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря.
Такі системи можуть інтегруватися у «розумний будинок», забезпечуючи
автоматичне регулювання температури та вологості відповідно до поточних
погодних умов і присутності людей у приміщенні.
Окрім систем HVAC, важливу роль у регулюванні мікроклімату відіграють
системи керування освітленням та шторами. Вони дають змогу оптимально
використовувати природне світло, мінімізуючи потребу в штучному освітленні,
а також захищають приміщення від надмірного сонячного випромінювання.
Такі технології можуть бути інтегровані в «розумний будинок»,
забезпечуючи автоматичне регулювання параметрів відповідно до часу доби,
інтенсивності сонячного світла та уподобань мешканців. Це не лише підвищує
рівень комфорту, а й сприяє зниженню енергоспоживання та покращенню
ефективності управління ресурсами.

Рисунок 1.3 – Система керування водою
11
Окрему категорію технологій у сфері мікрокліматичного контролю
становлять системи керування водою та вологістю. Вони забезпечують
регулювання рівня вологості у приміщенні, що сприяє підтриманню
сприятливих умов для розвитку рослин, належного зберігання харчових
продуктів та комфортного перебування людей.
Такі системи можуть функціонувати автоматично, реагуючи на поточні
показники сенсорів, або під керуванням користувача, дозволяючи адаптувати
параметри відповідно до потреб. Їх застосування особливо важливе у
приміщеннях з контрольованими кліматичними умовами, таких як теплиці,
склади або житлові простори з високими вимогами до повітряної вологості.
Огляд систем керування мікрокліматом у «розумному будинку»
На сучасному ринку існує велика кількість рішень для автоматизованого
регулювання параметрів мікроклімату. Нижче представлено основні системи, які
забезпечують контроль температури, вологості та якості повітря, сприяючи
комфортному середовищу та енергоефективності.
− iSmarthouse – Інтелектуальна система, обладнана вбудованими
датчиками для вимірювання температури, вологості та якості повітря.
Автоматично коригує мікрокліматичні параметри згідно з заданими
налаштуваннями. Керування здійснюється через спеціальний
мобільний додаток.
− Clever House – Комплексне рішення для моніторингу
мікрокліматичних умов у приміщенні. Сенсори аналізують параметри
повітря, а система самостійно регулює їх відповідно до
запрограмованих показників. Доступний вебінтерфейс та мобільний
додаток для віддаленого керування.
− Smart Home Climate Control – Оснащена датчиками температури,
вологості, рівня CO₂ та загальної якості повітря. Забезпечує автономне
регулювання параметрів, а також підтримує інтеграцію з голосовими
помічниками Amazon Alexa та Google Assistant.
12
− IntesisHome – Функціонує як централізована платформа для
управління температурою, вологістю, освітленням та роботою
кондиціонерів, забезпечуючи оптимальні умови всередині приміщень.
− ComfortClick – Автоматизована система для регулювання кліматичних
параметрів у будинку, включаючи температуру, вологість та
освітлення. Оснащена зручним інтерфейсом управління та підтримує
інтеграцію з системами безпеки та мультимедійним обладнанням.
− KNX – Глобальний стандарт для домашньої автоматизації, який
охоплює керування мікрокліматом, освітленням та безпекою. Система
легко інтегрується з іншими технологічними рішеннями.
− Crestron – Одна з найпопулярніших платформ автоматизації, що
дозволяє централізовано регулювати параметри повітряного
середовища, освітлення та захисні механізми житлового простору.
Взаємодіє з планшетами та смартфонами.
Всі перераховані рішення спрямовані на автоматизацію управління
кліматичними умовами, що сприяє підвищенню комфорту та скороченню витрат
енергії. Інтеграція таких систем у «розумний будинок» дозволяє створювати
персоналізовані сценарії та адаптувати параметри у реальному часі.
Порівняльний аналіз систем керування мікрокліматом
Другим етапом дослідження є детальний аналіз існуючих рішень для
регулювання мікрокліматичних параметрів. Для цього були відібрані кілька
популярних систем, що дозволяють контролювати температуру, вологість і
якість повітря у житлових приміщеннях.
Однією з досліджуваних технологій стала Honeywell Lyric T6 Pro Wi-Fi,
яка забезпечує контроль температури, вологості та повітряного тиску. Її
особливістю є можливість підключення до Wi-Fi та управління через мобільний
додаток.
Наступна система – Nest Learning Thermostat—відрізняється функцією
автоматичного регулювання температури на основі зовнішніх погодних умов і
13
розпорядку мешканців. Вона також підтримує зв'язок з Wi-Fi та має інтеграцію
зі смартфоном для зручного дистанційного керування.
Третій варіант – Ecobee SmartThermostat with Voice Control—окрім
базового функціоналу керування температурою та вологістю, включає голосовий
помічник, що дозволяє здійснювати управління без фізичної взаємодії з
пристроєм.
Аналіз показав, що кожна з цих систем має свої переваги та обмеження. В
результаті Ecobee SmartThermostat було визначено як найоптимальніше рішення
завдяки вбудованій підтримці голосового управління.
Окрім цього, дослідження дозволило оцінити основні характеристики
кожної із систем, визначити їх сильні та слабкі сторони, а також вибрати
найбільш відповідне рішення для розробки системи керування мікрокліматом у
«розумному будинку».
На основі проведеного аналізу можна зробити висновок, що ринок
пропонує широкий вибір технологій керування кліматичними параметрами.
Вони відрізняються за ціною, функціональністю та складністю встановлення, що
слід враховувати під час вибору оптимального рішення для конкретного
застосування.

1.3 Класифікація обладнання для регулювання мікроклімату будівлі
Ефективна система вентиляції в офісних просторах відіграє важливу роль
у підтримці комфортних умов роботи. Автономне керування – один із ключових
параметрів, який дозволяє задавати графік роботи вентиляції, щоб вона
функціонувала у будні (наприклад, з 8:00 до 22:00), а у вихідні та ночі знижувала
продуктивність або вимикалася.
Особливості монтажу включають розміщення системи за стелею, що може
обмежувати простір. Для уникнення значного опускання стелі рекомендується
використовувати плоскі прямокутні повітроводи, які займають мінімальну
площу. У місцях, призначених для куріння, важливо передбачити автономний
повітропровід, який буде окремо видаляти забруднене повітря. Це запобігає
14
проникненню тютюнового диму у загальну вентиляцію та можливому
спрацюванню систем пожежної сигналізації.
Для офісів, розташованих у великих містах (Київ, Харків тощо), необхідно
встановлювати повітряні фільтри, оскільки будівлі часто знаходяться в зонах із
високою концентрацією забруднювачів, таких як автомобільні викиди та пил.
При проектуванні системи слід використовувати регульовані вентиляційні
решітки, що дозволяють рівномірно розподіляти потоки повітря, уникаючи
сильного спрямованого повітряного тиску на працівників. Доступні варіанти
виконані з алюмінію або пластику.
Обслуговування вентиляційної системи – часто недооцінений аспект. Без
регулярної діагностики та очищення фільтрів продуктивність обладнання
знижується, а термін служби скорочується. Відсутність відповідальних осіб
призводить до багаторічної експлуатації без належного технічного
обслуговування.
Проектування вентиляції офісу потрібно здійснювати на ранніх етапах
планування, щоб правильно визначити місце розташування технічних
компонентів щодо робочих місць, вікон та дверей. Основними параметрами
розрахунку є:
− Кількість людей, що постійно перебувають у приміщенні;
− Норма повітрообміну, яка залежить від типу та функціонального
призначення простору.
В офісних приміщеннях можуть застосовуватися різні типи вентиляційних
систем, залежно від потреб та особливостей простору:
− Побутова
− Витяжна
− Припливна
− Припливно-витяжна
− Центральна
Побутові кондиціонери використовуються для регулювання температури
повітря в офісах, але їх встановлення часто обмежене низкою факторів. Зокрема,
15
коротка довжина трас настінних кондиціонерів та брак місця для розташування
внутрішнього і зовнішнього блоків можуть ускладнити монтаж.
Головною перевагою таких пристроїв є їх доступна вартість порівняно з
вентиляційними системами канального типу. Однак, їх обмежена зона охоплення
призводить до необхідності встановлення декількох пристроїв у великих офісних
приміщеннях.

Рисунок 1.4 –Побутовий кондиціонер

Типи вентиляційних систем
Ця система забезпечує постійне надходження свіжого повітря до
приміщення. При необхідності потік повітря може бути нагрітий, охолоджений,
зволожений або очищений від пилу. Використовується у випадках, коли
природна циркуляція не забезпечує достатнього рівня повітрообміну.
Призначена для видалення забрудненого повітря з приміщення. Витяжні
системи ефективно функціонують на виробництвах, складах, кухнях і в
спеціально відведених місцях для куріння, запобігаючи накопиченню шкідливих
речовин.
16
Ця система поєднує припливну і витяжну вентиляцію, забезпечуючи
одночасне надходження свіжого повітря та видалення відпрацьованого. Вона
підтримує баланс повітрообміну, а також сприяє регулюванню температури,
вологості та ступеня фільтрації повітря у будь-який сезон.

Рисунок 1.5 –Припливно-витяжна вентиляція

Принцип роботи припливно-витяжної вентиляції
Система функціонує за досить простим механізмом. Її основними
компонентами є фільтр для очищення повітря та система примусової циркуляції,
яка забезпечує подачу та видалення повітря. Потужність вентилятора
підбирається індивідуально, враховуючи особливості приміщення та необхідний
рівень повітрообміну.
Вентиляційна система містить два основних канали:
− Канал подачі – надходження свіжого повітря, яке проходить через
фільтр, очищується, регулюється за температурою та спрямовується в
приміщення.
− Канал забору – видалення відпрацьованого повітря, що виводиться
назовні, запобігаючи його накопиченню.
17

Рисунок 1.6 –Приклад роботи припливно-витяжної системи вентиляції

Ефективність припливно-витяжної вентиляції
Використання технології утилізації тепла для підігріву припливного
повітря дозволяє значно скоротити витрати на експлуатацію вентиляційної
системи. Монтаж такого обладнання зазвичай здійснюється в приміщеннях та
будівлях із площею понад 100 м².
Принцип збереження температури полягає у використанні теплого
витяжного повітря для нагрівання припливного потоку. У виробничих
приміщеннях, таких як цехи, температура повітря може бути вищою, що робить
цей процес ще ефективнішим. Для реалізації такого механізму застосовується
теплообмінник-рекуператор, який забезпечує передачу теплової енергії між
потоками повітря.
18

Рисунок 1.7 –Принцип роботи рекуператора

Переваги припливно-витяжної вентиляції
Однією з важливих функцій припливно-витяжної вентиляції є можливість
регулювання тиску в приміщенні, створюючи контрольований рівень зниженого
або підвищеного тиску щодо зовнішнього середовища. Це особливо корисно для
людей, чутливих до змін атмосферного тиску. Такі системи широко
застосовуються в офісах, котеджах, готелях, кінотеатрах, басейнах, кафе,
ресторанах та виробничих приміщеннях, забезпечуючи стабільний повітрообмін.
Основні переваги припливно-витяжної вентиляції:
− Очищує та підігріває повітря при необхідності.
− Дозволяє додаткове зволоження за рахунок випаровування конденсату.
− Забезпечує безперервну циркуляцію повітря.
− Оптимізує теплообмін, використовуючи нагріті вихлопні маси для
підвищення температури припливного повітря.
− Завдяки рекуператору, можливо утилізувати тепло вихідного повітря,
що дозволяє економити електроенергію.
− Запобігає поширенню неприємних запахів, зайвої вологи та парів.
Недоліки: Основним мінусом можна назвати шум, який створюють
вентилятори. Проте в офісних умовах він зазвичай непомітний на тлі роботи
електронної техніки.
19
Центральна система кондиціонування призначена для обробки повітря
перед його подачею в приміщення. Такі кондиціонери підтримують необхідні
параметри температури, вологості, чистоти та швидкості циркуляції повітря,
забезпечуючи комфорт у місцях з високим скупченням людей. Вони
застосовуються не лише в офісах, а й у виробничих, комунальних та громадських
приміщеннях, де необхідно контролювати склад повітря, включаючи рівень
кисню.
Центральний кондиціонер має тунельну форму корпусу з кількома
секціями (їх може бути до 8). Кожна секція виконує свою роль в обробці
повітряного потоку. При необхідності конфігурація може змінюватися, додаючи
або знімаючи окремі модулі через бічні знімні панелі.

Рисунок 1.8 –Центральний кондиціонер

Через шум, що виникає під час роботи, такі кондиціонери розміщують у
технічних приміщеннях – підвалах, горищах або міжповерхових просторах. У
деяких випадках їх монтують на даху, де вони функціонують на відкритому
повітрі.
20
1.4 Приклади систем моніторингу
Монітор мікроклімату WALCOM HT-2008
Цей пристрій призначений для контролю основних параметрів
мікроклімату у приміщенні.
Особливості моделі:
− Оснащений світловою панеллю, що відображає показники
мікроклімату.
− Виконує вимірювання температури, вологості та концентрації CO₂ у
повітрі.
Основні технічні характеристики WALCOM HT-2008 наведені в
таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 – Технічні характеристики WALCOM HT-2008
Параметр Значення
Тип відображення LED (світлодіодний дисплей)
Діапазон вимірювання температури -40°C … +125°C
Точність вимірювання температури ±0,5°C (у діапазоні 10°C … +55°C)
Точність визначення концентрації CO₂ 70 ppm ±3%
Роздільна здатність вимірювання CO₂ 1 ppm
Діапазон визначення вологості 0,1% … 99,9% RH
Точність вимірювання вологості ±3% RH (за умов вологості 20–80%
RH та температури 25°C)
Живлення Адаптер (AC: 220 В, DC: 9 В)
Температура: -5°C … +30°C;
Умови експлуатації Вологість: 0–85% RH
Час відгуку Менше 10 секунд
Повторюваність показників ±20 ppm, °C, °F
Габаритні розміри 388 × 288 × 43 мм
Маса 2420 г
Орієнтовна вартість 5880,00 грн
21

Рисунок 1.9 –Монітор мікроклімату WALCOM HT-2008

Монітор мікроклімату AZ-7729
Монітор AZ-7729 – це пристрій для контролю параметрів мікроклімату у
приміщеннях, що забезпечує точні вимірювання та зручне відображення даних.
Основні особливості:
− Світлова панель для наочного відображення показників мікроклімату.
− Сенсорна панель для налаштування параметрів та програмування
режимів роботи.
− Функції вимірювання: температура, рівень вологості та концентрація
CO₂ у повітрі.

Рисунок 1.10 – Монітор мікроклімату AZ-7729
22
Основні технічні характеристики AZ-7729 наведені в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 – Технічні характеристики AZ-7729
Параметр Значення
Тип відображення LED (світлодіодний дисплей)
Діапазон вимірювання
температури -10°C … +60°C
Точність вимірювання
температури ±0,6°C
Точність визначення концентрації
CO₂ 50 ppm ±5%
Роздільна здатність вимірювання
CO₂ 1 ppm
Діапазон вимірювання вологості 0,1% … 99,9% RH
Точність вимірювання вологості ±5% RH (при 10–90% RH, 25°C)
Живлення Порт USB-C, 5 В постійного струму
Умови експлуатації Температура: -10°C … +50°C; Вологість: 0–
95% RH
Час відгуку Менше 30 секунд
Повторюваність показників ±20 ppm, °C, °F
Габаритні розміри 226 × 152 × 45 мм
Маса 450 г
Орієнтовна вартість 8780,00 грн

Монітор мікроклімату MIL AM107
MIL AM107 – це багатофункціональний пристрій для моніторингу
параметрів мікроклімату у приміщеннях. Він забезпечує точне вимірювання
ключових показників повітряного середовища та має інтуїтивний інтерфейс для
зручного використання.
Основні особливості:
− Інтеграція з комп’ютерами та мобільними пристроями через хмарну
платформу Milesight IoT Cloud, що дозволяє дистанційно
контролювати показники.
23
− Світлова панель для наочного відображення параметрів мікроклімату.
− Функції вимірювання: температура, рівень вологості та концентрація
CO₂ у повітрі.
Основні технічні характеристики MIL AM107 наведені в таблиці 1.3.

Рисунок 1.11 –Монітор мікроклімату MIL AM107

Таблиця 1.3 – Технічні характеристики MIL AM107
Параметр Значення
Тип відображення LED (світлодіодний дисплей)
Діапазон вимірювання температури -20°C … +70°C
Точність вимірювання температури ±0,3°C
Точність визначення концентрації CO₂ 30 ppm ±3%
Роздільна здатність вимірювання CO₂ 1 ppm
Діапазон вимірювання вологості 0% … 100% RH
Точність вимірювання вологості ±3% RH (при 10–90% RH, 25°C)
Час відгуку Менше 30 секунд
Повторюваність показників ±20 ppm, °C, °F
Умови експлуатації Температура: -10°C … +50°C;
Вологість: 0–95% RH
Орієнтовна вартість 11 820 грн
24
Монітор мікроклімату TENMARS ST-502
TENMARS ST-502 – це настільний пристрій для моніторингу якості
повітря у приміщеннях. Він забезпечує точне вимірювання ключових параметрів
мікроклімату та має зручний інтерфейс для відображення даних.
Основні особливості:
− Світлова панель для наочного представлення показників мікроклімату.
− Функції вимірювання: температура, рівень вологості, швидкість руху
повітря та концентрація CO₂ у приміщенні.
Основні технічні характеристики TENMARS ST-502 наведені в таблиці 1.4.

Таблиця 1.4 – Технічні характеристики TENMARS ST-502
Параметр Значення
Тип дисплея LED (світлодіодний)
Діапазон вимірювання температури 0°C … +50°C
Точність вимірювання температури ±1,0°C
Точність визначення концентрації CO₂ 75 ppm ±5%
Роздільна здатність вимірювання CO₂ 1 ppm
Діапазон вимірювання вологості 5% … 95% RH
Точність вимірювання вологості ±3% RH (при 20–80% RH, 25°C)
Час відгуку 120 секунд
Повторюваність показників ±20 ppm, °C, °F
Температура: 0°C … +50°C;
Умови експлуатації Вологість: 5–95% RH (без
конденсації)
Термін служби сенсора До 10 років при нормальній
експлуатації
Габаритні розміри 89 × 62 × 128 мм
Маса 190 г
Орієнтовна вартість 10 080 грн

25

Рисунок 1.12 – Монітор мікроклімату TENMARS ST-502

Монітор мікроклімату DELTA OHM HD-4617BDTSR
DELTA OHM HD-4617BDTSR—це пристрій для моніторингу параметрів
мікроклімату, який забезпечує точне вимірювання та аналіз стану повітря у
приміщенні.
Основні особливості:
− Світлова панель для відображення параметрів мікроклімату.
− Вбудований дисплей та клавіатура для зручного керування.
− Три релейні виходи та інтерфейс RS485 для інтеграції з іншими
системами.
− Розрахунок точки роси, що дозволяє оцінювати рівень вологості у
приміщенні.
− Вимірювання ключових параметрів: температура, вологість, швидкість
руху повітря та концентрація CO₂.
− Модульний датчик для визначення температури та вологості, який
легко замінюється.
Основні технічні характеристики DELTA OHM HD-4617BDTSR наведені
в таблиці 1.5.
26

Рисунок 1.13 –Монітор мікроклімату DELTA OHM HD-4617BDTSR

Таблиця 1.5 – Технічні характеристики DELTA OHM HD-4617BDTSR
Параметр Значення
Тип дисплея LED (світлодіодний)
Діапазон вимірювання температури -30°C … +85°C
Точність вимірювання температури ±0,2°C
Точність визначення концентрації CO₂ 50 ppm ±3%
Роздільна здатність вимірювання CO₂ 1 ppm
Повторюваність показників ±20 ppm, °C
Діапазон вимірювання вологості 5% … 98% RH
Точність вимірювання вологості ±2% RH (при 10–90% RH, 20°C)
Живлення USB Type-C
Температура: -40°C … +80°C;
Умови експлуатації Вологість: 5–95% RH (без
конденсації)
Орієнтовна вартість 28 710 грн

27
Після детального ознайомлення з системами моніторингу та вентиляції,
оцінки їхніх переваг і недоліків та аналізу конкурентних рішень можна зробити
такі висновки.
Інтернет речей (IoT) надає можливість здійснювати контроль довкілля без
необхідності ручної перевірки параметрів повітря. Дані про температуру,
вологість, атмосферний тиск, рівень CO₂ та інтенсивність освітлення
відображаються на комп’ютері, забезпечуючи надійну оцінку стану робочого
середовища. Побутові кондиціонери мають суттєві обмеження, які ускладнюють
їх використання навіть у невеликих офісах. Основні проблеми включають
невелику площу покриття та технічні обмеження встановлення. Припливно-
витяжна вентиляція є найбільш оптимальним рішенням для офісних приміщень,
оскільки вона забезпечує ефективний повітрообмін, одночасно організовуючи
приплив і видалення повітря. Ця система дозволяє підтримувати комфортні
умови для працівників.
Проведено аналіз параметрів мікроклімату у приміщеннях, визначено
вплив температури, вологості та освітлення на комфорт людини. Розглянуто
основні системи керування мікрокліматом, їхні переваги та недоліки, включаючи
рішення на основі термостатів, сенсорів та програмного забезпечення.
Досліджено можливості автоматизації управління мікрокліматом у «розумному
будинку», визначено принципи роботи сучасних систем.
На основі проведеного аналізу можна зробити висновок про важливість
розробки та впровадження автоматизованих систем керування мікрокліматом у
розумних будинках. Вони забезпечують максимальний комфорт користувачів та
сприяють оптимізації витрат на енергоспоживання.
Результати дослідження підтверджують, що система керування
мікрокліматом у «Розумному будинку» є перспективним рішенням для
підвищення якості життя та зменшення витрат на енергопостачання. Її програмне
забезпечення дозволяє автоматично регулювати параметри мікроклімату,
створюючи комфортні умови проживання. Крім того, система здійснює збір та
аналіз даних, що дозволяє оптимізувати її роботу та знизити енергоспоживання.
28
Таким чином, впровадження автоматизованих систем управління
мікрокліматом у розумних будинках сприятиме поліпшенню умов проживання
та зниженню витрат на експлуатацію, роблячи такі технології ключовим
елементом сучасного житлового простору.

29
РОЗДІЛ 2 ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ
МІКРОКЛІМАТОМ

2.1 Особливості систем мікроклімату
Перед початком проектування необхідно чітко визначити ключові вимоги
та параметри системи управління мікрокліматом. Це включає такі аспекти:
− Функціональні вимоги
− Технічні вимоги
Автоматизована система керування мікрокліматом офісного приміщення
має забезпечувати:
− Моніторинг стану технологічного обладнання, включаючи основні та
допоміжні пристрої.
− Управління виконавчими механізмами як в автоматичному, так і в
напівавтоматичному режимі.
− Виявлення аварійних ситуацій у роботі датчиків та обладнання.
− Підтримання комфортних параметрів мікроклімату, здійснюючи
обігрів, охолодження, зволоження або осушення, а також вентиляцію
повітря.
− Графічне представлення даних, відображаючи стан системи в
реальному часі.
Система повинна виконувати наступні функції
Вимірювання параметрів:
− Температура повітря
− Вологість повітря
− Атмосферний тиск
− Інтенсивність світла
− Концентрація CO₂
Керування виконавчими механізмами:
− Клапанами регулювання обігріву та охолодження
30
− Зволожуючим та осушувальним обладнанням
− Системами вентиляції
Індикація:
− Відображення поточних параметрів на дисплеї автоматизованого
робочого місця (АРМ)
− Повідомлення про аварійні ситуації
− Попередження про перевищення критичного рівня води у резервуарі
системи осушення
− Сповіщення про несправності датчиків
Вимоги до технічного забезпечення
Для надійної роботи системи необхідно враховувати такі умови:
− Стійкість обладнання до температурних змін у неробочий час (0–50°C)
та перепадів вологості (40–90%).
− Екранування електричних ланцюгів, що мінімізує зовнішні
електромагнітні впливи.
− Уніфіковані електротехнічні компоненти, які легко замінюються у разі
необхідності.
− Можливість модернізації, включаючи резервні порти мікроконтролера
(не менше 3 додаткових портів для розширення функціоналу).
Вимоги до програмного забезпечення
Програмне забезпечення повинно відповідати таким критеріям:
− Підтримка управління виконавчими механізмами та налаштування
параметрів мікроклімату.
− Наявність бази даних, що дозволяє вести записи про стан системи та її
параметри.
− Реалізація алгоритмів контролю, регулювання та моніторингу в
реальному часі.
− Використання загальнодоступних бібліотек, що забезпечують
сумісність із популярними технологічними рішеннями.
31
− Операційна система: Windows або сумісна платформа з можливістю
подальшої інтеграції.
Окрім базових функціональних вимог, слід передбачити:
− Інтерактивне керування через мобільний додаток або веб-інтерфейс.
− Автоматичну адаптацію до зовнішніх умов, наприклад, реакцію на
зміну погоди або рівня забрудненості повітря.
− Енергозберігаючі режими, що дозволять оптимізувати витрати ресурсів
залежно від часу доби та рівня завантаженості офісу.

2.2 Функціональна схема автоматизованої системи моніторингу
мікроклімату
Дана функціональна схема містить усі необхідні компоненти для
забезпечення ефективного контролю параметрів мікроклімату та управління
системою:
Набір сенсорів для моніторингу ключових параметрів середовища:
− Датчик температури та тиску
− Датчик вологості
− Датчик CO₂
− Датчик інтенсивності світла
− Опціонально – датчик рівня пилу та летких органічних сполук (VOC)
для поліпшеного контролю якості повітря
Мікроконтролер – пристрій, який отримує дані з датчиків, виконує їх
обробку та надсилає до інших блоків системи. Він реалізує алгоритми управління
та автоматизації процесів регулювання мікроклімату.
Wi-Fi модуль – мікроконтролер із підтримкою бездротового зв’язку, що
забезпечує передавання інформації від мікроконтролера до комп’ютера або
хмарного сервера для подальшого аналізу.
Мережевий адаптер 12В-2А – джерело живлення, яке подає енергію до
системи та підтримує стабільність напруги.
32

Рисунок 2.1 – Функціональна схема системи моніторингу мікроклімату

DC jack – роз'єм постійного струму, який використовується для
підключення живлення до мікроконтролера в разі, якщо він не має вбудованого
порту.
Понижуючий конвертер – імпульсний регульований стабілізатор
постійного струму, який дозволяє змінювати вихідну напругу в діапазоні 1,25–
35 В для живлення різних компонентів системи.
Вимикач – механічний або електронний пристрій для активації чи
деактивації роботи системи.
Додаткові можливості інтеграції:
− Розширений набір датчиків для збору більш детальної інформації про
параметри повітря.
− Інтеграція з мобільним додатком для дистанційного керування та
налаштування.
33
− Автоматичне коригування параметрів за допомогою алгоритмів
машинного навчання для підвищення ефективності регулювання
мікроклімату.
− Можливість підключення до системи «Розумний будинок», що
дозволяє взаємодію з іншими пристроями автоматизації.

2.3 Вибір основних засобів для реалізації блоків системи
Мікроконтролер Arduino Nano
Arduino Nano – це компактний мікроконтролер, який виконує збір, обробку
та передавання даних від датчиків до Wi-Fi модуля. Завдяки своїм невеликим
розмірам та широкому функціоналу, він є оптимальним вибором для проектів
автоматизації.

Рисунок 2.2 – Мікроконтролер Arduino Nano
34
Основні характеристики:
− 14 цифрових входів/виходів, з яких 6 підтримують ШІМ (широтно-
імпульсну модуляцію).
− 6 аналогових входів для точного вимірювання параметрів.
− Кварцовий резонатор на 16 МГц, що забезпечує стабільну роботу.
− Mini-USB роз'єм для програмування та живлення.
− Роз'єм живлення для альтернативного підключення.
− ICSP-інтерфейс для внутрішньосхемного програмування.
− Кнопка скидання, що дозволяє швидко перезапустити пристрій.
Основні технічні характеристики Arduino Nano наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 – Технічні характеристики Arduino Nano
Параметр Значення
Процесор ATmega328P
Тактова частота 16 МГц
FLASH-пам’ять 32 кБ (2 кБ використовується для
завантажувача)
Оперативна пам’ять (SRAM) 2 кБ
Енергонезалежна пам’ять (EEPROM) 1 кБ
Робоча напруга 5 В
Допустима вхідна напруга 7–12 В
Кількість цифрових входів/виходів 14 (з них 6 підтримують ШІМ)
Кількість аналогових входів 8
Максимальна сила струму на
входах/виходах 40 мА
Максимальна сила струму для 3.3 В
виходу 50 мА
Форм-фактор корпусу TQFP-32
Габарити (Д × Ш × В) 45 × 18 × 37 мм
Орієнтовна вартість 292 грн

35

Рисунок 2.3 – Призначення портів мікроконтролера Arduino Nano

Датчик вимірювання вологості DHT11
DHT11 – це цифровий датчик, який вимірює температуру та рівень
вологості повітря, забезпечуючи точне калібрування вихідного сигналу. Він
складається з ємнісного сенсора вологості та термістора, що дозволяє
отримувати стабільні показники.
Основні особливості:
− Вбудований АЦП для перетворення аналогових значень температури
та вологості у цифровий формат.
− Використання спеціальної технології збору цифрових сигналів, що
підвищує точність і надійність вимірювань.
− Температурна компенсація, що забезпечує коректність показників у
різних умовах.
36
− Калібрувальний коефіцієнт, збережений у пам’яті OTP, що гарантує
точність вимірювань.
− Компактний розмір, низьке енергоспоживання та можливість передачі
даних на відстань до 20 м.
− Однорядний корпус із чотирма контактами, що спрощує інтеграцію у
системи.
Основні технічні характеристики DHT11 наведені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 – Технічні характеристики DHT11
Параметр Значення
Модель DHT11
Напруга живлення 3–5,5 В постійного струму
Тип вихідного сигналу Цифровий (одношинний)
Чутливий елемент Полімерний резистор
Діапазон вимірювання вологості 20–90% RH
Точність вимірювання вологості ±4% RH (максимум ±5% RH)
Чутливість 1% RH
Повторюваність вимірювання вологості ±1% RH
Гістерезис вологості ±1% RH
Довгострокова стабільність ±0,5% RH/рік
Габарити 12 × 15,5 × 5,5 мм

Рисунок 2.4 – Датчик вимірювання вологості DHT11
37

Рисунок 2.5 – Призначення портів датчика вимірювання вологості DHT11

Модуль вимірювання атмосферного тиску BMP280
Модуль BMP280, розроблений компанією Bosch Sensortec, призначений
для точного вимірювання атмосферного тиску та температури. Він є
вдосконаленою версією BMP180, пропонуючи менші габарити, знижене
енергоспоживання та покращену точність.
Основні особливості:
− Зменшене енергоспоживання, що робить його ідеальним для
автономних пристроїв.
− Знижений рівень шуму, що покращує стабільність вимірювань.
− Висока роздільна здатність для вимірювання температури та тиску.
− Низький RMS-шум, що забезпечує точніші показники.
− Доданий інтерфейс SPI, що розширює можливості підключення.
− Різні режими вимірювання, що дозволяють адаптувати датчик до
конкретних умов.
− Висока швидкість вимірювання, що забезпечує оперативне отримання
даних.
38
− Вбудований фільтр, який мінімізує вплив зовнішніх факторів на
точність вимірювань.
Основні технічні характеристики BMP280 наведені в таблиці 2.3.

Рисунок 2.6 – Датчик вимірювання тиску і температури BMP280

Таблиця 2.3 – Технічні характеристики BMP280
Параметр Значення
Модель BMP280
Напруга живлення 3,3 В або 5 В постійного струму
Максимальна швидкість I2C 3,4 МГц
Споживаний струм До 2 мА під час вимірювань
Струм у режимі очікування До 0,2 мА
Діапазон вимірювання тиску 300–1100 hPa
Діапазон вимірювання температури 0°C … +65°C (точність ±0,01°C)
Робочий температурний діапазон -40°C … +85°C
Точність вимірювання тиску 1 hPa
Точність вимірювання температури ±1,0°C
Габаритні розміри 21 × 18 мм
Орієнтовна вартість 46 грн
39

Рисунок 2.7 – Призначення портів датчик вимірювання тиску і температури
BMP280

Датчик інтенсивності світла LDR
LDR (Light Dependent Resistor) – це фоторезистор, який змінює свою
провідність залежно від рівня освітленості. Він виготовлений із
напівпровідникового матеріалу, що дозволяє йому реагувати на зміну яскравості
навколишнього середовища.
Основні особливості:
− Зміна опору залежно від рівня освітлення: у темряві опір високий, а при
яскравому світлі — низький.
− Різні форми та розміри, що дозволяють адаптувати датчик до
конкретних умов використання.
− Широке застосування у промисловості та побутових пристроях, таких
як освітлювальні системи, камери, іграшки та автоматичні лампи.
− Простота інтеграції у електронні схеми завдяки двоконтактному
підключенню.
40
Основні технічні характеристики LDR наведені в таблиці 2.4.

Рисунок 2.8 – LDR Датчик інтенсивності світла

Таблиця 2.4 – Технічні характеристики датчика світла GL5516
Параметр Значення
Модель GL5516
Опір при освітленні (10 люкс) 5–10 кОм
Опір у темряві (0 люкс) 0,5 МОм
Пікова довжина хвилі 540 нм
Час відгуку 30 мс
Максимальна робоча напруга 150 В
Максимальна потужність 90 мВт
Робочий температурний діапазон -30°C … +70°C
Орієнтовна вартість 3 грн

Датчик якості повітря MQ135
MQ135 – це газовий сенсор, який використовується для вимірювання
концентрації забруднюючих речовин у повітрі. Його чутливий елемент
складається з оксиду олова (SnO₂), який змінює свою провідність залежно від
рівня забруднення.
Основні особливості:
− Висока чутливість до аміаку, сірководню, парів бензолу, диму та інших
токсичних газів.
41
− Простий принцип роботи – зміна провідності сенсора перетворюється
у цифровий або аналоговий вихідний сигнал.
− Довговічність та стабільність, що робить його надійним для тривалого
використання.
− Низька вартість, що дозволяє застосовувати його у широкому спектрі
пристроїв.
− Широкий діапазон виявлення, що дозволяє контролювати якість
повітря у різних умовах.
− Застосування у побутових та промислових газових сигналізаціях, а
також у портативних детекторах газу.
У даному проекті MQ135 буде використовуватися для моніторингу рівня
CO₂ у приміщенні, що дозволить автоматизувати контроль мікроклімату.
Основні технічні характеристики MQ135 наведені в таблиці 2.5.

Рисунок 2.9 – Датчик якості повітря MQ135
42
Таблиця 2.5 – Технічні характеристики MQ135
Параметр Значення
Модель MQ135
Тип сенсора Напівпровідниковий
Діапазон виявлення газів 10–1000 ppm
Напруга живлення нагрівача 5 В
Напруга живлення датчика 3,3–5 В
Споживаний струм 150 мА
Робочий температурний діапазон -10°C … +45°C
Габаритні розміри 25,4 × 25,4 мм
Орієнтовна вартість 60 грн

Рисунок 2.10 – Призначення портів датчика якості повітря MQ135

Wi-Fi модуль ESP8266
ESP-01 – це компактний Wi-Fi модуль, побудований на базі чіпсету
ESP8266EX, який забезпечує бездротову передачу даних. На платі розміщені 2
МБ Flash-пам’яті, кварцовий резонатор, два індикаторні світлодіоди та
вбудована антена, виконана у вигляді доріжки на шарі друкованої плати.
Основні особливості:
− Висока енергоефективність та інтеграція ключових компонентів, що
мінімізує потребу в додаткових елементах.
− Підтримка UART для обміну даними з комп’ютером або
мікроконтролером через AT-команди.
43
− Flash-пам’ять використовується для зберігання програмного
забезпечення, яке автоматично завантажується при кожному включенні
живлення.
− Оптимальне рішення для бездротової передачі даних з датчиків у
системах автоматизації.
Основні технічні характеристики ESP8266 наведені в таблиці 2.6.

Рисунок 2.11 – Wi-Fi модуль ESP8266

Таблиця 2.6 – Технічні характеристики ESP8266
Параметр Значення
Модель ESP8266 (версія ESP-01S)
Підтримувані протоколи 802.11 b/g/n (HT20)
Діапазон частот 2,4–2,5 ГГц (2400–2483,5 МГц)
Робоча напруга 2,5–3,6 В
Середній струм споживання 80 мА
Максимальний струм 215 мА
Діапазон робочих температур –40°C … +125°C
Вихідна потужність +20 дБм
Чутливість –91 дБм (11 Мбіт/с)
Мережні протоколи IPv4, TCP/UDP/HTTP
Метод керування AT-команди
Максимальна дистанція з’єднання 100 м
44

Рисунок 2.12 – Призначення портів Wi-Fi модуля ESP8266

Понижуючий конвертер LM2596
LM2596 – це імпульсний стабілізатор постійної напруги, який забезпечує
ефективне зниження напруги з високим коефіцієнтом корисної дії. Завдяки
імпульсному принципу роботи, він менше нагрівається порівняно з лінійними
стабілізаторами, що робить його оптимальним вибором для енергоефективних
пристроїв.
Основні особливості:
− Висока ефективність роботи, що дозволяє мінімізувати втрати енергії.
− Широкий діапазон вхідної напруги, що забезпечує гнучкість у
використанні.
− Регулювання вихідної напруги здійснюється через зворотний зв’язок за
допомогою дільника напруги (наприклад, змінного резистора).
45
− Стабільне живлення для датчиків та модулів, таких як ESP8266, що
отримують перетворену напругу від LM2596.
− Застосування у різних пристроях, включаючи системи автоматизації,
живлення мікроконтролерів та електронні схеми.
Основні технічні характеристики LM2596 наведені в таблиці 2.7.

Рисунок 2.13 – понижуючий конвертер LM2596

Таблиця 2.7 – Технічні характеристики LM2596
Параметр Значення
Модель LM2596
Коефіцієнт ефективності (ККД) До 92%
Частота перемикання 150 кГц
Робочий температурний діапазон -40°C … +85°C
Регулювання навантаження ±0,5%
Допустиме коливання напруги ±2,5%
Діапазон вхідної напруги 3–40 В
Діапазон вихідної напруги 1,5–35 В (регульована)
Номінальний вихідний струм 2 А
Максимальний вихідний струм 3 А
Габарити 45 × 20 × 14 мм
Орієнтовна вартість 31 грн
46

Рисунок 2.14 – Призначення портів понижуючого конвертеру LM2596

2.4 Визначення ефективного рішення для вентиляції
Після детального аналізу доступних варіантів вентиляції було
встановлено, що побутові кондиціонери не є ефективним рішенням для даного
проекту через обмежену зону охоплення (до 100 м²).
Найкращим варіантом для офісних приміщень є припливно-витяжна
вентиляція, яка забезпечує одночасний приплив та видалення повітря,
підтримуючи якісний повітрообмін.
Переваги припливно-витяжної вентиляції:
− Компактність – системи легко інтегруються у підвісні стелі коридорів
або вестибюлів, залишаючись непомітними.
− Ефективність рекуперації – вбудовані рекуператори повертають до
80% і більше тепла назад у приміщення, що особливо корисно в
холодну пору року.
− Збереження мікроклімату – влітку рекуператори допомагають
утримувати прохолоду, зменшуючи навантаження на кондиціонери.
Для реалізації проекту було обрано ВЕНТС ВУТ2 200 П, який відповідає
всім вимогам до ефективної вентиляції офісних приміщень.
47
Основні технічні характеристики ВЕНТС ВУТ2 200 П наведені в
таблиці 2.8.

Таблиця 2.8 – Технічні характеристики ВЕНТС ВУТ2 200 П
Параметр Значення
Максимальна продуктивність 80–220 м³/год
Споживана потужність 67–142 Вт
Напруга живлення 230 В
Коефіцієнт рекуперації тепла 89%
Рівень шуму на відстані 3 м 20–36 дБ
Діапазон робочих температур -25°C … +40°C
Орієнтовна вартість 20 500 грн

Рисунок 2.15 – ВЕНТС ВУТ2 200 П
48
Переваги припливно-витяжної вентиляції:
− Високий коефіцієнт рекуперації тепла, що забезпечує ефективне
енергозбереження.
− Доступна ціна, що робить її економічно вигідною у порівнянні з
конкурентами.
− Три режими роботи, що дозволяють адаптувати систему до різних умов
експлуатації.
− Інтегрований механізм захисту, який запобігає обмерзанню
рекуператора у холодну пору року та спрощує процес обслуговування.

2.5 Принципова електрична схема та алгоритм роботи
На основі розробленої функціональної схеми та обраних компонентів
пристрою було складено принципову електричну схему, яка представлена на
рисунку 2.16.

Рисунок 2.16 – Електрична схема принципова пристрою
49
Принципова електрична схема – це технічний документ, який визначає
повний набір електричних елементів, їх взаємозв’язки та основні принципи
функціонування системи. Вона забезпечує детальне уявлення про логіку роботи
пристрою, що необхідно для його подальшого впровадження та налаштування.
Алгоритм роботи
На базі розробленої функціональної схеми було сформовано алгоритм
роботи системи, який представлений на рисунку 2.17. Цей алгоритм описує
послідовність операцій, що забезпечують функціонування системи, включаючи
збір даних, їхню обробку та керування виконавчими механізмами.

Рисунок 2.17 – Алгоритм роботи системи
50
У режимі виконання пристрій працює за наступним алгоритмом. Після
увімкнення контролера проводиться зчитування даних з датчиків у такому
порядку:
1. Температура повітря
2. Інтенсивність освітлення
3. Атмосферний тиск
4. Рівень вологості
5. Концентрація CO₂

Рисунок 2.18 – Інтерфейс і відображення даних на ThingSpeak
51
Отримані параметри надходять до мікроконтролера Arduino Nano, який
обробляє інформацію та передає її до Wi-Fi модуля ESP8266. Далі ESP8266
здійснює бездротове передавання даних до комп’ютера.
Алгоритм регулювання мікроклімату
− Якщо отримані показники відповідають оптимальним параметрам,
пристрій повторює вимірювання через 30 секунд.
− У разі відхилення значень від норми, система коригує роботу
вентиляції відповідно до заданих параметрів.
Оброблені дані можна переглядати на комп’ютері через платформу
ThingSpeak, що дозволяє реалізувати концепцію Інтернету речей (IoT) та вести
детальний контроль мікроклімату у приміщенні.
У ході виконання цього розділу було проведено комплексний аналіз та
реалізовано ключові етапи проектування системи моніторингу мікроклімату.
Спочатку було розроблено функціональну схему, яка визначила основні
принципи роботи системи та дозволила сформувати алгоритм її функціонування,
а також підібрати відповідні датчики та модулі. На основі цієї схеми було
відібрано всі необхідні компоненти, що забезпечують стабільну роботу
пристрою.
Для ефективного регулювання мікроклімату в офісному приміщенні було
обрано оптимальну вентиляційну систему, яка відповідає вимогам щодо
продуктивності та енергоефективності. Після визначення елементної бази було
розроблено принципову електричну схему, яка враховує логічні зв’язки між
компонентами та їх взаємодію. Завершальним етапом стала розробка алгоритму
роботи системи, що базується на функціональній схемі та забезпечує правильну
послідовність операцій.

52
РОЗДІЛ 3 АВТОМАТИЗОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ РЕГУЛЮВАННЯ
МІКРОКЛІМАТУ

3.1 Способи автоматизованого контролю мікроклімату
На сучасному етапі розвитку науки та технологій значно зросло
навантаження на внутрішнє середовище приміщень, що пов’язано з
різноманітними мікрокліматичними параметрами, газовим складом повітря,
кількістю людей та характером виконуваних робіт. Тому забезпечення
комфортних умов у приміщенні стало одним із ключових завдань.
Відхилення від оптимальних параметрів мікроклімату можуть спричиняти
негативні наслідки для здоров’я – від дискомфорту органів зору та дихання до
розвитку хронічних захворювань. Зокрема, низька концентрація легких аероіонів
може впливати на нервову, дихальну та серцево-судинну систему, викликаючи
втомлюваність, головний біль та відчуття задухи. Аероіонний склад повітря
постійно змінюється, залежачи від природних, техногенних та фізико-хімічних
процесів. Проте, досі не існує механізму, що враховував би формування
аероіонів залежно від хімічного складу повітря. Крім того, електромагнітні поля
можуть чинити негативний вплив на людину, а недосконалість математичних
моделей їх просторового розподілу знижує ефективність захисних заходів.
Наукові дослідження поступово зміщують акцент із теплового комфорту
на оцінку якості внутрішнього повітря, але системного підходу для теоретичного
обґрунтування та експериментальних досліджень ще не сформовано. Важливим
є моніторинг, управління та моделювання фізичних факторів, що впливають на
стан людини та умови праці. Попередні дослідження підтвердили, що
комбінований вплив фізичних факторів може мати значний ефект на здоров’я
людини, адже зміна одного параметра впливає на інші. Отже, сьогодні потрібні
інформаційні системи та методи, що забезпечують моніторинг та контроль
фізичних параметрів у зонах перебування людей.
Сучасний розумний дім поєднує інноваційні технології, які забезпечують
безпеку та комфорт житлового простору. Такі системи дозволяють автоматично
53
контролювати параметри довкілля, знижуючи необхідність втручання людини.
Вони працюють цілодобово, навіть у відсутності мешканців. Сьогодні існує
велика кількість компаній, що займаються впровадженням систем розумного
дому, тому при виборі важливо оцінити їх професіоналізм, щоб уникнути
проблем із технікою.
У будь-якому сучасному житлі функціонує численна кількість пристроїв,
що забезпечують зручність, зв’язок, безпеку та комфорт. Інтеграція цих систем
у єдину мережу дозволяє збільшити їх функціональність, забезпечуючи
оптимальну взаємодію всіх елементів. Саме ця можливість злагодженої роботи
технологій формує концепцію Розумного дому.
Система розумного дому автоматично підтримує оптимальні умови в
приміщенні, навіть за відсутності мешканців. Вона зберігає комфортний
мікроклімат, що важливо для кімнатних рослин, меблів та загальної атмосфери
житла.
Якщо в приміщенні нікого немає, система вимикає зайве освітлення, або
навпаки, імітує присутність мешканців, періодично змінюючи стан освітлення.
Безпека та контроль
Розумний дім забезпечує безперервний моніторинг усіх інженерних
систем, запобігаючи витокам газу, затопленням та іншим аварійним ситуаціям.
При виявленні небезпечних умов система оперативно реагує, знижуючи ризики.
У випадку несанкціонованого проникнення, система намагається змусити
зловмисника покинути приміщення, створюючи дискомфортні умови, та
одночасно повідомляє власника і службу охорони через мобільний зв’язок або
електронну пошту. Для ефективного функціонування системи автоматизованого
регулювання мікроклімату необхідно врахувати основні принципи побудови
автоматизованих систем контролю параметрів повітря.
Автоматизована система управління мікрокліматом виконує три ключові
функції:
− Інформаційна – збір, зберігання та передача даних про стан повітря у
робочій зоні.
54
− Управляюча – аналіз отриманих параметрів і формування
коригувальних впливів.
− Допоміжна – забезпечення стабільності роботи системи та її
функціонування.

Рисунок 3.1 – Функціональна структура автоматичної системи контролю
мікроклімату

Система складається з двох модулів:
1. Проектування – визначення необхідної кількості іонізаторів відповідно
до геометричних параметрів приміщення та рівня аероіонного
випромінювання.
2. Функціональний модуль – вимірювання та регулювання параметрів
мікроклімату, керування кондиціонером та іонізатором.
55
Блок вимірювань отримує інформацію від датчиків температури та
іонометрів, яка потім передається до блоку керування. Блок управління аналізує
отримані дані та формує управляючі сигнали для блоку виконання, що включає
кондиціонер та іонізатор повітря.
Програмне забезпечення автоматизованої системи підтримки
оптимального мікроклімату у виробничому приміщенні виконує такі ключові
функції:
− Аналіз та обробка даних про розміри приміщення та інтенсивність
випромінювання іонізатора повітря.
− Формування рекомендацій щодо необхідної кількості іонізаторів.
− Обробка інформації, отриманої від датчиків температури та іонометрів.
− Забезпечення необхідних умов для підтримання теплового режиму та
концентрації аероіонів у повітрі.
− Зв’язок користувача із системою для збору та аналізу інформації.
− Автоматичне прийняття рішень відповідно до встановленого
алгоритму.
− Передача керуючих сигналів до виконавчих пристроїв.
− Відображення повідомлень на терміналі для інформування
користувача.
− Організація інтерактивного діалогу з оператором.
На рисунку 3.2 представлено алгоритм визначення необхідної кількості
аероіонізаторів у приміщенні, а на рисунку 3.3 – блок-схема функціонування
системи автоматизованого регулювання мікроклімату.
Алгоритм вибору кількості іонізаторів базується на порівнянні поточних
параметрів приміщення з довідковими значеннями. За результатами розрахунку
формується рекомендація щодо кількості іонізаторів, необхідних для
забезпечення оптимального рівня випромінювання.
Функціонування системи регулювання мікроклімату передбачає
визначення нормованих значень для температури повітря та аероіонізації, що
дозволяє забезпечити комфортні умови в робочій зоні.
56

Рисунок 3.2 – Приклад реалізації алгоритму системи автоматизованого
контролю визначення параметрів повітря

Далі отримані дані порівнюються з поточними значеннями температури та
рівня аероіонізації, які надходять від вимірювальних пристроїв. На основі
результатів аналізу блок управління формує відповідні керуючі команди:
− Активувати кондиціонер, якщо температура опустилася нижче
допустимого рівня.
− Вимкнути кондиціонер, якщо температура перевищує встановлену
норму.
− Запустити аероіонізатор, якщо концентрація аероіонів опустилася
нижче прийнятного значення.
− Деактивувати аероіонізатор, якщо рівень аероіонізації перевищує
норму.
Актуальні параметри мікроклімату та статус виконавчих пристроїв
(увімкнено/вимкнено) відображаються на інформаційному дисплеї.
57

Рисунок 3.3 – Блок схема роботи системи автоматичного регулювання

3.2 Функціональні особливості та використання MQTT
Для реалізації дистанційного моніторингу та керування мікрокліматом у
приміщеннях планується використання протоколу MQTT, який забезпечує
ефективну передачу даних. Оскільки система працює в межах будівлі, а MQTT
використовує хмарні сервіси, доступ до даних можна отримати з будь-якої точки
світу, де є інтернет-з’єднання.
Стрімкий розвиток IoT (Інтернету речей) сприяв появі великої кількості
прикладних протоколів, необхідних для його функціонування. Стандартизацією
та впровадженням протоколів займаються міжнародні організації (ITU-T, IEEE,
58
ETSI, OASIS), неурядові асоціації (oneM2M) та партнерські проєкти (IoT-A).
Однак значна частина зусиль спрямована на локальні завдання, що ускладнює
створення єдиного універсального стандарту.
Застосування IoT значно розширює можливості збору, аналізу та розподілу
даних, які трансформуються у корисну інформацію для вирішення різних
завдань. IoT-системи активно використовуються для контролю виробничих
об'єктів, моніторингу приватних будинків, а також в охороні здоров’я та інших
сферах. Функціональність IoT залежить від конкретних цілей та потреб кожної
організації.
Структура IoT включає чотири рівні:
1. Мережа датчиків – збір фізичних параметрів у реальному часі.
2. Шлюз – передача даних між рівнями.
3. Керування – обробка інформації та ухвалення рішень.
4. Додатки – відображення інформації для кінцевого користувача.
Оскільки нижній рівень складається з датчиків і сенсорів, виникає потреба
у спеціалізованих протоколах, що забезпечують ефективний обмін даними між
пристроями.
Сенсори IoT мають обмежені ресурси, тому звичайні прикладні протоколи
не придатні для їх використання.
− Датчики зазвичай маленькі, з низьким енергоспоживанням.
− Вони працюють у режимі реального часу, передаючи невеликі обсяги
даних.
− Обмін даними базується на принципі багатоточкової передачі: безліч
джерел генерує дані для безлічі одержувачів.
У класичних мережах використовується архітектура "клієнт-сервер", тоді
як IoT-системи працюють на принципі масштабованої обробки інформації, що
потребує спеціальних комунікаційних рішень.
Таким чином, протокол MQTT є ключовим компонентом IoT-
інфраструктури, забезпечуючи надійний, енергоефективний та швидкий обмін
даними, необхідний для моніторингу та автоматичного контролю мікроклімату.
59
Протокол MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) є ефективним
рішенням для передачі телеметричних даних, зокрема інформації від датчиків
температури, вологості, освітленості та інших параметрів. Використовуючи
транспорт TCP/IP, він забезпечує надійну та енергоефективну передачу даних
завдяки мінімальному споживанню ресурсів.
Ідея створення MQTT виникла у 1999 році, коли Енді Стандфорд-Кларк
розробляв рішення для моніторингу стану нафтопроводів та газопроводів у
реальному часі. Проєкт був реалізований компанією IBM для американської
нафтової корпорації ConocoPhillips у межах системи SCADA, що мала
забезпечити безперебійний збір даних про роботу насосів, клапанів, швидкість
потоків та рівні рідин у резервуарах. Основними вимогами до протоколу стали
ефективне використання смуги пропускання, двосторонній зв'язок та
гарантована передача повідомлень. Уперше MQTT був офіційно опублікований
консорціумом OASIS у жовтні 2014 року, а з червня 2016 року він набув статусу
міжнародного стандарту ISO (ISO/IEC 20922).
Протокол MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) має ряд важливих
характеристик, які забезпечують ефективну передачу даних. Він підтримує
асинхронний обмін, що дозволяє передавати символи поодинці, знижуючи
затримки та навантаження на мережу. Повідомлення в MQTT є компактними, що
оптимізує використання каналу зв’язку. Протокол легко масштабується та
підтримує інтеграцію нових пристроїв, використовуючи модель "видавець-
передплатник" (Pub-Sub) замість класичної клієнт-серверної архітектури.
Заголовок повідомлення займає лише 2 байти, а корисне навантаження може
варіюватися від 1 байта до 260 МБ. MQTT підтримує три рівні якості
обслуговування (QoS), що визначають надійність доставки повідомлень. Для
передачі даних використовується порт 1883, а при роботі із SSL/TLS – порт 8883.
У моделі Pub-Sub взаємодія між учасниками має низку особливостей:
взаємна анонімність означає, що видавець та підписник не обов’язково знають
один одного. Крім того, передплатник може отримати повідомлення із
затримкою, оскільки обмін даними не залежить від одночасної активності сторін.
60
Завдяки цим особливостям MQTT є оптимальним рішенням для Інтернету
речей (IoT), забезпечуючи гнучку, надійну та масштабовану систему обміну
даними.
Такі особливості дозволяють ефективно масштабувати мережу та
знижувати навантаження на канал зв'язку, що робить MQTT ідеальним рішенням
для Інтернету речей (IoT).

Рисунок 3.4 – Рівні протоколів у моделі OSI

У моделі видавець-передплатник (Pub-Sub) передача повідомлень
відбувається не безпосередньо між учасниками, а через посередника—брокера
(Broker). Видавець і підписник не встановлюють прямий контакт та можуть не
знати один про одного, що забезпечує гнучкість та незалежність у передачі
даних. Брокер виконує координацію всієї взаємодії між учасниками, приймаючи
повідомлення від видавця та передаючи їх відповідним підписникам.
Розпаралелювання обробки повідомлень через брокер є ключовою особливістю
MQTT-протоколу. MQTT-клієнт – це пристрій із мікроконтролером, що
підтримує стек TCP/IP. Для роботи доступні клієнтські бібліотеки для різних мов
програмування, зокрема Android, Arduino, C, C++, C#, Go, iOS, Java, JavaScript,
.NET.
61
Основним компонентом архітектури MQTT є брокер, який:
− Приймає всі вхідні повідомлення від видавців.
− Визначає цільових отримувачів на основі підписок.
− Надсилає повідомлення відповідним клієнтам-підписникам.
Такий підхід забезпечує ефективну та гнучку передачу даних, що робить
MQTT зручним рішенням для IoT-систем.

3.3 Якість обслуговування
Протокол MQTT підтримує три рівні QoS (Quality of Service), які
визначають надійність доставки повідомлень. QoS 0 – "At most once" (Не більше
одного разу) На цьому рівні видавець надсилає повідомлення брокеру без
очікування підтвердження. Такий підхід означає, що повідомлення може бути
втрачене під час передачі, але це дозволяє мінімізувати затримки та зменшити
навантаження на мережу.

Рисунок 3.5 – Обмін повідомлення при першому рівні обслуговування

Рівень QoS 1 ("Щонайменше один раз") гарантує, що повідомлення буде
доставлено брокеру, проте можливо дублювання повідомлень. Алгоритм роботи
QoS 1 передбачає, що видавець надсилає повідомлення брокеру, який передає
його всім підписникам. Після цього брокер надсилає підтвердження отримання
(PUBACK) видавцеві. Якщо видавець не отримує PUBACK, він повторно
надсилає повідомлення, а при повторній передачі у флагі DUP встановлюється
значення "1", що вказує на дубльоване повідомлення.
62
Такий механізм забезпечує гарантовану доставку повідомлення, але може
спричинити надмірне дублювання, тому його застосовують у випадках, коли
точність передачі важлива, а можливі дублікати не є критичними.

Рисунок 3.6 – Обмін повідомлення при другому рівні обслуговування

Протокол MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) підтримує три
рівні якості обслуговування (QoS), які впливають на надійність доставки
повідомлень. QoS 0 ("At most once") забезпечує мінімальне навантаження на
мережу, оскільки видавець передає повідомлення брокеру без очікування
підтвердження, що означає можливі втрати даних.

Рисунок 3.7 – Обмін повідомлення при третьому рівні обслуговування
63
Після отримання повідомлення брокер надсилає відповідь PUBREC, яка
містить той самий Packet ID, що й у вихідному повідомленні. Отримавши
PUBREC, видавець надсилає PUBREL із тим самим Packet ID. До моменту
отримання PUBREL брокер зберігає копію повідомлення, щоб гарантувати його
безпечну передачу. Після отримання PUBREL, брокер видаляє збережену копію
та надсилає видавцеві PUBCOMP, підтверджуючи завершення транзакції.

64
ВИСНОВКИ

Проведене дослідження підтверджує актуальність впровадження
автоматизованих систем керування мікрокліматом, що сприяють підвищенню
рівня комфорту, покращенню якості повітря та ефективному використанню
енергетичних ресурсів. У ході роботи визначено основні мікрокліматичні
параметри, які впливають на здоров’я, продуктивність та комфорт мешканців і
працівників. Температура повітря – підтримка оптимального температурного
режиму для комфортного перебування та зниження ризику перегріву або
переохолодження. Вологість – важливий показник для регулювання відчуття
сухості або вологості повітря, що впливає на стан дихальної системи та матеріали
у приміщенні. Атмосферний тиск – зміни у рівні тиску можуть впливати на
самопочуття людини, викликаючи головний біль чи дискомфорт. Концентрація
CO₂ – підвищений рівень вуглекислого газу може спричиняти втому, зниження
концентрації та порушення когнітивних функцій. Освітленість – важливий
параметр для збереження працездатності, безпеки та комфорту.
Досліджено сучасні методи регулювання мікроклімату, включаючи
термостати, сенсорні системи та програмне забезпечення, що дозволяє керувати
параметрами довкілля. Виконано порівняльний аналіз розумних термостатів,
таких як Nest Learning Thermostat, Honeywell Lyric T6 Pro Wi-Fi та Ecobee
SmartThermostat, виявлено їх сильні та слабкі сторони.
Інтелектуальні системи дозволяють автоматично адаптувати параметри
відповідно до зовнішніх умов, звичок мешканців та розпорядку дня.
Автоматизовані рішення включають: сенсори, що збирають дані про стан повітря
та освітлення; контролери, які аналізують отриману інформацію та приймають
рішення; актуатори, що виконують команди з регулювання клімату.
Протокол MQTT був обраний як ефективне рішення для дистанційного
моніторингу мікроклімату, завдяки його енергоефективності, гнучкості та
підтримці хмарних сервісів. Розглянуто три рівні обслуговування QoS, які
визначають якість і надійність передачі даних.
65
Здійснено аналіз ефективності різних вентиляційних систем, включаючи
побутові кондиціонери, витяжну та припливно-витяжну вентиляцію.
Встановлено, що найкращим рішенням є припливно-витяжна система, оскільки
вона: забезпечує одночасний приплив та видалення повітря, використовує
рекуперацію тепла, що дозволяє економити енергію, мінімізує вплив зовнішніх
факторів на внутрішній клімат.
Впровадження автоматизованих систем керування мікрокліматом значно
покращує умови проживання, дозволяє персоналізувати налаштування,
оптимізує енергоспоживання та створює екологічно безпечне середовище.
Автоматизація контролю мікроклімату є перспективним напрямом, що
сприяє підвищенню рівня комфорту, зниженню енергоспоживання та
покращенню здоров’я мешканців. Її інтеграція у розумні будинки формує
майбутнє сучасного житла, де технології адаптуються до потреб людей та
допомагають створювати оптимальне середовище для життя та роботи.

66
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Bakker A., Huijsing J. High-Accuracy CMOS Smart Temperature Sensors. –
New York, NY : Springer, 2021. – 121 p.
2. Deschamps-Sonsino A. Smarter Homes. – Berkeley, CA : Apress, 2023. – 168 p.
3. Hartkopf V., Loftness V. Global relevance of total building performance //
Automation in Construction. – 2024. – Vol. 8. – P. 377–393.
4. Heschong L. Windows and Classrooms: A Study of Student Performance and
the Indoor Environment. – California Energy Commission, 2023 – 425 р.
5. Heschong Mahone Group. Daylighting in Schools: An investigation into the
relationship between daylighting and human performance. – 2023. – 125 р.
6. IEEE Standards Association. IEEE 1888-2018: Standard for the Internet of
Things (IoT) – Enabling technology for Smart City applications. – IEEE, 2018.
7. Kasap S., Capper P. Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials. –
Cham : Springer, 2023. – 1536 p.
8. Meteoblue. Метеорологічний архів Київ [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: https://www.meteoblue.com
9. Souri K., Makinwa K. A. A. Energy-Efficient Smart Temperature Sensors in
CMOS Technology. – Cham : Springer, 2022. – 118 p.
10. Suryadevara N. K., Mukhopadhyay S. C. Design, Implementation and Issues. –
Cham: Springer, 2022. – 180 p.
11. Барало О. В., Самойленко П. Г., Гранат С. Є., Ковальов В. О. Автоматизація
технологічних процесів і системи автоматичного керування: навч. посіб. –
К.: Аграрна освіта, 2022. – 557 с.
12. Бєлов А. В. Мікроконтролери AVR: від азів програмування до створення
практичних пристроїв. – К. : [б.в.], 2023. – 544 с.
13. Бойко О. М., Собко В. І., Шмідт Ю. М. Сучасні інтелектуальні системи
керування енергоефективними будинками // Наукові праці Донбаської
державної машинобудівної академії. – 2021. – № 2 (46). – С. 105–113.
67
14. Гриценко В. О. Особливості створення та розвитку системи керування
«розумним будинком» // Науковий вісник Міжнародного гуманітарного
університету. Серія: Технічні науки. – 2022. – Вип. 31. – С. 142–146.
15. Грінгард С. Інтернет речей / пер. з англ. О. А. Герасимчук. – К.: Клуб
Сімейного Дозвілля, 2023. – 176 с. – ISBN 978-617-12-4657-7
16. Демиденко М. І. «Розумний будинок» як засіб підвищення
енергоефективності житлових будівель // Вісник КНТУ. – 2022. – № 4 (86).
– С. 117–124.
17. Дзядикевич Ю. В., Гевко Р. Б., Буряк М. В., Розум Р. І. Енергетичний
менеджмент: підручник. – Тернопіль : Підручники і посібники, 2022. –
336 с.
18. Електропобутова техніка: навч. підручник / Петко І. В., Бурмістенков О.
П., Кострицький В. В. та ін. – К. : КНУТД, 2022. – 204 с.
19. Заєць Я. Б., Злотенко Б. М. Енергоефективна система керування
мікрокліматом у приміщенні // Технології та дизайн. – 2024. – № 1. – Режим
доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/td_2017_1_7
20. Злотенко Б. М., Стаценко Д. В. Комп’ютерна енергоефективна система
керування опаленням та гарячим водопостачанням будівель // Вісник
КНУТД. – 2023. – № 4. – С. 34–41.
21. Літвінов Є. О., Котова В. В., Семенов М. М. Автоматизована система
керування мікрокліматом приміщення // Системні дослідження та
інформаційні технології. – 2023. – Т. 4, № 2. – С. 97–104.
22. Любарець О. П., Зайцев О. М., Любарець В. О. Проектування систем
водяного опалення: посібник. – Відень–Київ–Сімферополь, 2021. – 200 с.
23. Мельник С. О., Петриченко О. В. Методи аналізу та оптимізації систем
керування мікрокліматичними параметрами житлових приміщень // Вісник
Тернопільського національного технічного університету. – 2022. – Т. 86,
№ 4. – С. 43–50.
24. Павлов С. С., Бодніков В. А. Розумний будинок – від ідеї до втілення //
Молодий вчений. – 2022. – № 4 (54). – С. 42–44.
68
25. Полюхович Н., Клочко В., Боднар Р. Автоматизована система управління
мікрокліматом приміщення // Електронні прилади. – 2022. – № 4 (25). –
С. 22–25.
26. Радченко О. В., Мартиненко О. О. Розумний будинок: інтелектуальне
керування, захист і комфорт // Вісник НТУУ «КПІ». Серія: Радіотехніка.
Радіоапаратобудування. – 2023. – № 78. – С. 85–95.
27. Рибак Л. Я., Кравець П. О. Інтелектуальна інформаційна система
«розумний замок» для захисту приміщень // Вісник НУЛП. Серія:
Інформаційні системи та мережі. – 2024. – № 6. – С. 41–51.
28. Собко В. І., Шмідт Ю. М., Бойко О. М. Системи керування
мікрокліматичними параметрами житла // Енергетика, електротехніка,
енергозбереження. – 2023. – № 2 (44). – С. 50–57.
29. Соколовський Ю. В., Яковлєв М. В., Гаврилова М. Л. Системи управління
мікрокліматом в приміщеннях // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Нові рішення
в сучасних технологіях. – 2023. – № 35 (949). – С. 170–176.
30. Стаценко Д. В., Злотенко Б. М. Вдосконалення енергоефективної системи
керування освітленням і температурою приміщень // Вісник
Хмельницького національного університету. – 2023. – № 5.
31. Тютюнник О. В. Розумний будинок як інноваційний продукт на ринку
нерухомості // Маркетинг і менеджмент інновацій. – 2021. – № 4. – С. 278–
284.
32. Черниченко Ю. М. Інтелектуальна енергозберігаюча система керування
температурою у приміщенні // Технології та дизайн. – 2023. – № 1. – Режим
доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/td_2017_1_8
33. Шабан В., Сухарєв А. Сучасні системи управління мікрокліматом
приміщень // Технічна електродинаміка. – 2024. – № 2. – С. 73–76.
34. Шевчук І. В., Коноплянко О. М. Використання систем «розумних
будинків» для забезпечення комфортного мікроклімату в житлових
будинках // Енергетика та електрифікація. – 2022. – № 2. – С. 30–33.

69

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