Дослідження Smart-ламп з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino

Склярук, Владислав Дмитрович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6494

Title:	Дослідження Smart-ламп з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino
Authors:	Уткіна, Тетяна Юріївна Склярук, Владислав Дмитрович
Issue Date:	Jan-2024
Abstract:	Метою кваліфікаційної роботи магістра є підвищення ефективності Smart-ламп з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino за рахунок огляду та аналізу існуючих моделей Smart-ламп з управлінням по Wi-fi, що представлені на ринку, системного аналізу функціональних можливостей інформаційних систем управління освітленням до них, вдосконаленню структурної моделі Smart-лампи на базі платформи Arduino, розробки інформаційної системи управління освітленням, що дозволить забезпечити більшу зручність та ефективність керування освітленням Smart-лампи з управлінням по Wi-fi завдяки використанню запропонованої функціональної інформаційної системи у вигляді мобільного додатку для користувачів. Об’єкт дослідження – процеси управління Smart-лампами з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino. Предмет дослідження – Smart-лампа з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino. У результаті виконання досліджень отримано наступні наукові і практичні результати: − систематизована інформація про існуючі моделі Smart-ламп з управлінням по Wi-fi, що представлені на ринку, визначено їх технічні характеристики та функціональні можливості застосування; − систематизована інформація про функціональні можливості інформаційних систем управління освітленням Smart-ламп з управлінням по Wi-fi, визначено переваги та недоліки їх застосування; − вдосконалено структурну модель Smart-лампи на базі платформи Arduino, розкрито необхідні компоненти та їх взаємодію.  розроблено інформаційну систему управління освітленням, що дозволить забезпечити більшу зручність та ефективність керування освітленням Smart-лампи з управлінням по Wi-fi завдяки можливості налаштування освітлення, зміни кольору та інших функцій у вигляді мобільного додатку для користувачів. Крім того, вона відкриває можливості для інтеграції з іншими Smart-пристроями, що сприяє створенню цілісної екосистеми будику;  розроблені діаграми поведінки інформаційної системи, що дозволяє користувачам Smart-лампи з управлінням по Wi-fi не лише ефективно управляти освітленням, а й використовувати додаткові функції, такі як налаштування інтенсивності світла, зміна кольору тощо, що робить їх більш адаптивними до індивідуальних потреб користувачів. Також здатність точного контролю освітлення та автоматизація роботи Smart-ламп в залежності від зовнішніх умов забезпечує зменшення витрат електроенергії й заощаджує кошти користувачів. В результаті проведеного дослідження запропонована Smart-лампа з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino, що дозволяє забезпечити простоту, зручність, доступність та можливість комфортного використання в побуті. Крім того, Smart-лампа з управлінням по Wi-fi завдяки розробленій інформаційній системі управління освітленням має змогу налаштування взаємозв’язку з іншими Smart-пристроями та автоматизувати функціонування освітлення “розумного будинку”.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6494
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
М_151_2023_Склярук+.pdf Restricted Access		3.01 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

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

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеню «магістр»

на тему: Дослідження Smart-ламп з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino

Виконав: студент 2 курсу, групи МАКІТ-2209
спеціальності 151 «Автоматизація та
комп’ютерно-інтегровані технології»
(освітня програма «Комп’ютерно-інтегровані
технологічні процеси і виробництва»)
Владислав СКЛЯРУК
(ім’я та прізвище)

Керівник Тетяна УТКІНА
(ім’я та прізвище)
Рецензент
(ім’я та прізвище)

Черкаси 2023 року
2
ЗМІСТ
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ ................................................. 6
РОЗДІЛ 1. СТАН ПРЕДМЕТУ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА
ФОРМУЛЮВАННЯ ЗАДАЧ .......................................................................... 11
1.1. Огляд та аналіз існуючих моделей Smart-ламп з управлінням по Wi-fi 11
1.2. Приклади використання Smart-ламп на платформі Arduino .................. 12
1.3. Переваги та недоліки використання Smart-ламп з управлінням по Wi-fi
на платформі Arduino ......................................................................................... 18
1.4. Формулювання проблемних завдань дослідження ................................. 21
Висновки ........................................................................................................... 22
РОЗДІЛ 2. СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МОДЕЛЕЙ SMART-
ЛАМП З УПРАВЛІННЯМ ПО WI-FI ........................................................... 23
2.1. Smart-лампи в сучасному світі................................................................. 23
2.2. Аналіз функціональних можливостей Smart-ламп з управлінням
по Wi-fi ............................................................................................................... 24
2.2.1 Wi-fi Smart-лампочка “Nexlux”з можливістю затемнення ............... 24
2.2.2 Wi-fi Smart-лампочка “Nomi” з динаміком ....................................... 25
2.2.3 Smart-світильник з підключенням до смартфону ............................. 27
2.2.4 3D світильник “Joyver” ...................................................................... 30
2.2.5 Wi-fi проекційна лампа RGB “Panamalar” ........................................ 31
2.2.6 Кутовий LED-торшер ......................................................................... 34
2.2.7 Wi-fi LED Smart-лампочка “VIDEX” ................................................ 35
2.2.8 Wi-fi LED Smart-лампочка “ErforAi” ................................................ 37
2.2.9 Wi-fi LED Smart-лампочка “SONOFF” .............................................. 39
2.2.10 Настільна музична лампа Xiaomi “MIDIAN” ................................... 42
2.3. Компоненти Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino ................................................................................................................ 44
2.4. Платформа Arduino .................................................................................. 45
3
2.5. Види платформ Arduino ........................................................................... 46
2.5.1 Платформа UNO ................................................................................. 48
2.5.2 Платформа Leonardo........................................................................... 48
2.5.3 Платформа Arduino Mega ................................................................... 49
2.5.4 Платформа Arduino Nano ................................................................... 50
2.5.5 Платформа Arduino Mini .................................................................... 50
2.6. Аналоги Arduino від інших розробників ................................................. 51
2.7. Обґрунтування доцільності розробки Smart-лампи з управлінням по Wi-
fi на платформі Arduino ..................................................................................... 52
Висновки ........................................................................................................... 54
РОЗДІЛ 3. ПРОЕКТУВАННЯ ТА РОЗРОБКА ЛОГІЧНОЇ СТРУКТУРИ
ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ОСВІТЛЕННЯМ ......... 55
3.1. Моделювання предметної області ........................................................... 55
3.1.1 Поняття предметної області ............................................................... 55
3.1.2 Основні елементи предметної області .............................................. 57
3.2. Формування та аналіз вимог до інформаційної системи управління
освітленням Smart-лампи ................................................................................... 63
3.3. Проектування логічної структури інформаційної системи управління
освітленням Smart-лампи ................................................................................... 65
3.4. Архітектурне проектування інформаційної системи управління
освітленням Smart-лампи ................................................................................... 67
3.5. Моделювання поведінки Smart-лампи .................................................... 68
3.6. Проектування і розробка бази даних інформаційної системи управління
освітленням Smart-лампи ................................................................................... 71
3.6.1 Розробка концептуальної моделі предметної області ...................... 71
3.6.2 Розробка логічної моделі бази даних ................................................ 73
3.6.3 Розробка фізичної моделі бази даних ................................................ 75
Висновки ........................................................................................................... 77
4

5
РОЗДІЛ 4. ПРОЕКТУВАННЯ SMART-ЛАМПИ З УПРАВЛІННЯМ ПО
WI-FI НА ПЛАТФОРМІ ARDUINO .............................................................. 78
4.1. Вибір інструментальних засобів розробки Smart-лампи з управлінням по
Wi-fi на платформі Arduino ............................................................................... 78
4.1. Середовище розробки Arduino IDE ......................................................... 79
4.2. Інші середовища розробки ....................................................................... 84
4.3. Обґрунтування вибору середовища розробки для Smart-лампи ............ 89
4.4. Мова програмування C++ та переваги її використання ......................... 90
4.5. Розробка інструкції користувача для Smart-лампи ................................ 93
4.6. Структурна схема Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino ................................................................................................................ 96
Висновки ........................................................................................................... 97
ВИСНОВКИ ...................................................................................................... 98
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ..................................................... 100

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. У сучасному світі, де “розумний дім” стає все більш
популярним, актуальність розумних ламп відіграє далеко не останню роль.
Основною причиною актуальності цієї теми є широке використання
бездротових з’єднань Wi-fi та IoT (Інтернет речей) в різних аспектах нашого
життя. Споживачі все більше цікавляться автоматизацією та віддаленим
контролем своїх побутових пристроїв, таких як освітлення. Smart-лампи, які
можна керувати через Wi-fi з допомогою платформи Arduino, відповідають цим
потребам і надають нові можливості для зручного та енергоефективного
освітлення будинків та офісів.
Дослідження Smart-ламп на платформі Arduino принесуть певний внесок в
технологічний прогрес і можуть сприяти досягненню наступних функцій:
Зміна яскравості та кольору освітлення за допомогою смартфона або
іншого пристрою через Wi-fi.
Зовнішнє керування освітленням з будь-якого місця, що дозволяє
знижувати витрати електроенергії і забезпечити вищу енергоефективність.
Інтеграція з іншими "розумними" пристроями у будинку, такими як
система безпеки або умови для поливу рослин, для створення повноцінної
системи “розумного дому”.
Крім того, дослідження в галузі розробки Smart-ламп на Arduino дозволить
академічним та науково-дослідним установам досліджувати технічні можливості
алгоритмів управління, покращення конструкцій і гнучкість управління
освітленням за допомогою платформи Arduino.
Основна актуальність цієї теми полягає в розширенні можливостей
традиційного освітлення. Традиційні лампи можуть бути неефективними з точки
зору споживання електроенергії та не можуть забезпечувати вибір різних
кольорів або керування яскравістю. Smart-лампи, з іншого боку, дозволяють
користувачам налаштовувати яскравість, кольори та графіки освітлення з
допомогою смартфона або іншого пристрою.
7
Ще однією причиною актуальності дослідження є широке поширення
Smart-технологій та IoT у нашому житті. IoT дозволяє підключати різні пристрої,
включаючи освітлення, до Інтернету, тим самим дозволяючи здійснювати
дистанційне керування та моніторинг. Це дозволяє власникам масово
автоматизувати процеси вдома, сприяючи зручності, безпеці та
енергоефективності.
Дослідження Smart-ламп на платформі Arduino також має значення для
студентської та академічної спільноти. Оскільки Arduino відкрита платформа, це
дає можливість студентам та науковцям досліджувати, розробляти та тестувати
нові алгоритми управління освітленням. Це сприяє розвитку навичок
програмування, проектування та монтажу для молодих спеціалістів у галузі
інформаційних технологій та електроніки.
Крім того, дослідження Smart-ламп на платформі Arduino можуть мати
практичне значення для промислових застосувань, таких як управління
освітленням у великих будівлях, виступати в ролі елементів “розумний міст” або
застосовуватися для створення атмосферного освітлення у рекламних або
розважальних заходах.
Враховуючи всі ці фактори, можна визначити, що дослідження Smart-ламп
на платформі Arduino з управлінням по Wi-fi має значення не тільки для
споживачів, але й для академічної та промислової галузей. Це може привести до
нових можливостей для освітлення, енергоспоживання та зручності у нашому
повсякденному житті.
Мета і задачі дослідження. Метою кваліфікаційної роботи магістра є
підвищення ефективності Smart-ламп з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino за рахунок огляду та аналізу існуючих моделей Smart-ламп з
управлінням по Wi-fi, що представлені на ринку, системного аналізу
функціональних можливостей інформаційних систем управління освітленням до
них, вдосконаленню структурної моделі Smart-лампи на базі платформи Arduino,
розробки інформаційної системи управління освітленням, що дозволить
забезпечити більшу зручність та ефективність керування освітленням Smart-
8
лампи з управлінням по Wi-fi завдяки використанню запропонованої
функціональної інформаційної системи у вигляді мобільного додатку для
користувачів.
Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні завдання:
− провести огляд та аналіз існуючих моделей Smart-ламп з управлінням
по Wi-fi, що представлені на ринку, визначити їх технічні характеристики та
функціональні можливості застосування;
− провести системний аналіз функціональних можливостей
інформаційних систем управління освітленням Smart-ламп з управлінням
по Wi-fi, визначити переваги та недоліки їх застосування;
− вдосконалити структурну модель Smart-лампи на базі платформи
Arduino, розкрити необхідні компоненти та їх взаємодію;
− розробити інформаційну систему управління освітленням, що
дозволить забезпечити більшу зручність та ефективність керування освітленням
Smart-лампи з управлінням по Wi-fi завдяки можливості налаштування
освітлення, зміни кольору та інших функцій у вигляді мобільного додатку для
користувачів;
− розробити діаграми поведінки інформаційної системи, що дозволить
користувачам Smart-лампи з управлінням по Wi-fi не лише ефективно управляти
освітленням, а й використовувати додаткові функції, такі як налаштування
інтенсивності світла, зміна кольору тощо.
Об’єкт дослідження – процеси управління Smart-лампами з управлінням
по Wi-fi на платформі Arduino.
Предмет дослідження – Smart-лампа з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino.
Методи дослідження. Для розв’язання поставлених завдань були
використані були використано наступні методи: теорії аналізу та синтезу,
чисельні методи, методи системного проектування, технологія проектування
програмних систем.

9
Наукова новизна одержаних результатів:
− систематизована інформація про існуючі моделі Smart-ламп з
управлінням по Wi-fi, що представлені на ринку, визначено їх технічні
характеристики та функціональні можливості застосування;
− систематизована інформація про функціональні можливості
інформаційних систем управління освітленням Smart-ламп з управлінням
по Wi-fi, визначено переваги та недоліки їх застосування;
− вдосконалено структурну модель Smart-лампи на базі платформи
Arduino, розкрито необхідні компоненти та їх взаємодію.
Практичне значення одержаних результатів полягає в наступних
аспектах:
− розроблено інформаційну систему управління освітленням, що
дозволить забезпечити більшу зручність та ефективність керування освітленням
Smart-лампи з управлінням по Wi-fi завдяки можливості налаштування
освітлення, зміни кольору та інших функцій у вигляді мобільного додатку для
користувачів. Крім того, вона відкриває можливості для інтеграції з іншими
Smart-пристроями, що сприяє створенню цілісної екосистеми будику;
− розроблені діаграми поведінки інформаційної системи, що дозволяє
користувачам Smart-лампи з управлінням по Wi-fi не лише ефективно управляти
освітленням, а й використовувати додаткові функції, такі як налаштування
інтенсивності світла, зміна кольору тощо, що робить їх більш адаптивними до
індивідуальних потреб користувачів. Також здатність точного контролю
освітлення та автоматизація роботи Smart-ламп в залежності від зовнішніх умов
забезпечує зменшення витрат електроенергії й заощаджує кошти користувачів.
Апробація результатів роботи. Результати роботи доповідалися й
обговорювалися на студентських наукових конференціях:
− дні студентської науки ЧДТУ, 19-22 квітня, м. Черкаси, Україна, 2022;
− дні студентської науки ЧДТУ, 18-20 квітня, м. Черкаси, Україна, 2023.

10
Публікації. Результати досліджень опубліковані в тезі доповідей:
1. Склярук В. Д., Уткіна Т. Ю. Smart-лампа з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino [Електронний ресурс] / [упоряд. : Батраченко О. В.,
Бєляєва С. С., Захарова О. В. та ін.]. Студентська науково-практична конференція
ЧДТУ : зб. тез доповідей, 19–22 квітня 2022 р. М-во освіти і науки України,
Черкас. держ. технол. ун-т. Черкаси : ЧДТУ, 2022. С. 55–56.
2. Склярук В. Д., Уткіна Т. Ю. Дослідження Smart-ламп з управлінням по
Wi-fi на платформі Arduino [Електронний ресурс] / [упоряд. : Єгорова О. В.,
Захарова О. В., Кисельов В. Б. та ін.]. Студентська науково-практична
конференція ЧДТУ : зб. тез доповідей, 18–20 квітня 2023 р. М-во освіти і науки
України, Черкас. держ. технол. ун-т. Черкаси : ЧДТУ, 2023. С. 22.
Структура та обсяг кваліфікаційної роботи. Кваліфікаційна робота
складається з вступу, 4 розділів, висновків та списку використаних джерел.
Робота викладена на 100 сторінках. Ілюстрована 50 рисунками. Список
використаних джерел містить 24 найменування.

РОЗДІЛ 1. СТАН ПРЕДМЕТУ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА
ФОРМУЛЮВАННЯ ЗАДАЧ
1.1. Огляд та аналіз існуючих моделей Smart-ламп з управлінням
по Wi-fi
Освітлення є важливою частиною нашого життя. Воно допомагає нам
бачити, працювати, відпочивати та створювати атмосферу. З розвитком
технологій освітлення стає все більш розумним. Smart-лампи - це різновид
освітлювальних приладів, які можуть підключатися до мережі Інтернет і
керуватися за допомогою смартфона, планшета або комп’ютера. Вони
пропонують широкий спектр можливостей, включаючи:
− дистанційний контроль яскравості, кольору та інших параметрів
освітлення;
− автоматичне управління освітленням на основі часу, погоди або
інших умов;
− інтеграцію з іншими розумними пристроями в будинку;
− Smart-лампи можуть використовуватися в різних сферах,
включаючи:
− домашні господарства;
− бізнес;
− індустрія.
В домашніх господарствах Smart-лампи можуть використовуватися для
підвищення комфорту та безпеки. Наприклад, вони можуть
використовуватися для створення атмосфери вдома, автоматичного
включення освітлення при вході в приміщення або вимикання освітлення при
виході з дому.
У бізнесі Smart-лампи можуть використовуватися для підвищення
продуктивності та ефективності. Наприклад, вони можуть використовуватися
для створення сприятливого освітлення в офісах, автоматичного включення
12
освітлення в торгових залах або вимикання освітлення в приміщеннях, які не
використовуються.
В індустрії Smart-лампи можуть використовуватися для підвищення
безпеки та ефективності. Наприклад, вони можуть використовуватися для
освітлення складів або виробництв, автоматичного включення освітлення в
аварійних ситуаціях або вимикання освітлення в приміщеннях, де є пожежна
небезпека.
Smart-лампи на платформі Arduino − це відносно недорогий і простий
спосіб створити розумну систему освітлення. Вони пропонують широкий
спектр можливостей, які можуть бути використані для підвищення комфорту,
безпеки та ефективності в різних сферах.
1.2. Приклади використання Smart-ламп на платформі Arduino
Розглянемо декілька прикладів того, як Smart-лампи на платформі
Arduino можуть використовуватися в сучасному світі:
− створення системи автоматичного вмикання та вимикання
освітлення. Ця система може використовуватися для автоматичного
включення освітлення в будинку ввечері та вимикання освітлення вранці. Для
цього можна використовувати датчик освітлення, який буде контролювати
рівень освітленості в приміщенні. Якщо рівень освітленості в приміщенні
нижче заданого порогу, то система автоматично включить світло.
− створення системи регулювання яскравості освітлення. Ця система
може використовуватися для регулювання яскравості освітлення в будинку в
залежності від часу доби або інших умов. Наприклад, яскравість освітлення
може бути знижена ввечері, щоб створити більш затишну атмосферу.
− створення системи освітлення за допомогою голосових команд. Ця
система може використовуватися для керування освітленням в будинку за
допомогою голосових команд. Наприклад, можна сказати "Включи світло в
кухні" або "Зменш яскравість освітлення в спальні".
13
− інтеграція Smart-ламп з іншими розумними пристроями. Smart-
лампи можуть бути інтегровані з іншими розумними пристроями в будинку,
такими як Smart-замки, Smart-термостати або Smart-дверні дзвінки.
Наприклад, при вході в будинок Smart-лампи можуть автоматично
включитися, а при виході з дому − вимкнутися.
− Smart-лампи на платформі Arduino − це цікавий і перспективний
напрямок розвитку розумних будинків, ось деякі із прикладів їх використання.
Smart-лампи на платформі Arduino можуть використовуватися для різних
цілей у розумному домі. Ось кілька прикладів:
− створення системи автоматичного вмикання та вимикання
освітлення. Ця система може використовуватися для автоматичного
включення освітлення в будинку ввечері та вимикання освітлення вранці. Для
цього можна використовувати датчик освітлення, який буде контролювати
рівень освітленості в приміщенні. Якщо рівень освітленості в приміщенні
нижче заданого порогу, то система автоматично включить світло (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 – Створення системи автоматичного
вмикання та вимикання освітлення
14
Наприклад, у будинку є датчик освітлення, який встановлений у
передпокої. Якщо рівень освітленості в передпокої нижче 10 люкс, то система
автоматично включить світло. Це допоможе уникнути падінь і травм у темряві.
− створення системи регулювання яскравості освітлення. Ця система
може використовуватися для регулювання яскравості освітлення в будинку в
залежності від часу доби або інших умов. Наприклад, яскравість освітлення
може бути знижена ввечері, щоб створити більш затишну атмосферу (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Створення системи регулювання яскравості освітлення
Наприклад, у будинку є Smart-лампа в спальні, яка підключена до
платформи Arduino. Вранці яскравість лампи автоматично збільшується до
100%, щоб людина могла легко прокинутися. Увечері яскравість лампи
автоматично знижується до 50%, щоб створити більш затишну атмосферу для
сну.
− створення системи освітлення за допомогою голосових команд. Ця
система може використовуватися для керування освітленням в будинку за
допомогою голосових команд. Наприклад, можна сказати "Включи світло в
кухні" або "Зменш яскравість освітлення в спальні".
Наприклад, у будинку є Smart-лампа в кухні, яка підключена до
платформи Arduino. Людина може сказати "Включи світло на кухні" за
допомогою голосового помічника, щоб включити світло в кухні.
15
− інтеграція Smart-ламп з іншими розумними пристроями. Smart-
лампи можуть бути інтегровані з іншими розумними пристроями в будинку,
такими як Smart-замки, Smart-термостати або Smart-дверні дзвінки.
Наприклад, при вході в будинок Smart-лампи можуть автоматично
включитися, а при виході з дому − вимкнутися (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 – Інтеграція Smart-ламп з іншими розумними пристроями
Наприклад, у будинку є Smart-лампа в передпокої, яка підключена до
платформи Arduino. Коли людина відкриває двері будинку, Smart-лампа
автоматично включається. Це допоможе людині знайти дорогу в темряві.
Це лише деякі приклади того, як Smart-лампи на платформі Arduino
можуть використовуватися в розумному домі. Завдяки своїм широким
можливостям Smart-лампи можуть зробити життя більш комфортним,
безпечним і ефективним.
Ось ще декілька конкретних прикладів використання Smart-ламп на
платформі Arduino в розумному домі:
− створення системи освітлення для людей з обмеженими
можливостями. Smart-лампи можуть бути використані для створення системи
освітлення, яка буде адаптована до потреб людей з обмеженими
можливостями. Наприклад, Smart-лампи можна використовувати для
16
створення системи освітлення, яка буде регулюватися за допомогою
голосових команд або жестів (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 – Використання Smart-ламп
− створення системи освітлення для створення атмосфери. Smart-
лампи можна використовувати для створення системи освітлення, яка буде
створювати різні атмосфери в будинку. Наприклад, Smart-лампи можна
використовувати для створення романтичної атмосфери для вечері або
заспокійливої атмосфери для медитації.
− створення системи освітлення для безпеки. Smart-лампи можна
використовувати для створення системи освітлення, яка буде підвищувати
безпеку в будинку. Наприклад, Smart-лампи можна використовувати для
створення системи освітлення, яка буде автоматично включатися при
виявленні руху в незвичайному місці.
Також Smart-лампи, як і інші Smart-пристрої, мають ряд переваг перед
традиційними.
Головними перевагами є їх екологічність і економність.
1. Екологічність. Традиційні освітлювальні прилади, такі як лампи
розжарювання, галогенні лампи та люмінесцентні лампи, споживають велику
кількість енергії та виробляють багато тепла. Це призводить до підвищеного
споживання електроенергії та викидів парникових газів.
17
Smart-лампи, як правило, є більш енергоефективними, ніж традиційні
освітлювальні прилади. Наприклад, LED-лампи, які є найбільш поширеним
типом Smart-ламп, споживають на 80-90% менше енергії, ніж лампи
розжарювання (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 – Країни, де використовується електронне голосування,
принаймні для окремих аспектів управління процесом виборів
Це означає, що Smart-лампи можуть допомогти заощадити енергію та
зменшити викиди парникових газів.
2. Економічність. Економічність Smart-ламп також залежить від їх типу
та використання. LED-лампи, як правило, є найбільш економічними, ніж інші
типи Smart-ламп. Вони також мають триваліший термін служби, ніж
традиційні освітлювальні прилади, що може додатково зекономити гроші.
Розглянемо декілька прикладів того, як Smart-лампи можуть економити
енергію та гроші:
1. Автоматичне вмикання та вимикання. Smart-лампи можуть
автоматично вмикатися та вимикатися, коли це необхідно. Наприклад, лампи
можуть автоматично включатися при виявленні руху в приміщенні або
вимикатися при виході з дому, згідно зі статистикою, розумний будинок може
знизити загальний час роботи ламп до 4-5 годин в день (рис. 1.6).
18

Рисунок 1.6 – Економія при використанні розумного освітлення в домі
2. Регулювання яскравості. Smart-лампи можуть регулюватися за
яскравістю. Наприклад, лампи можуть бути приглушені ввечері або під час
перегляду фільму.
3. Інтеграція з іншими розумними пристроями. Smart-лампи можуть
інтегруватися з іншими розумними пристроями, такими як датчики освітлення
або термостати. Наприклад, лампи можуть автоматично включатися при
зниженні рівня освітленості або вимикатися при підвищенні температури.
Загалом, Smart-лампи є більш екологічними та економічними, ніж
традиційні освітлювальні прилади. Вони можуть допомогти заощадити
енергію та гроші, а також зменшити викиди парникових газів.
1.3. Переваги та недоліки використання Smart-ламп з управлінням
по Wi-fi на платформі Arduino
Smart-лампи − це сучасний спосіб керувати освітленням у будинку або
офісі. Вони використовують Wi-fi для підключення до Інтернету, що дозволяє
керувати ними за допомогою смартфона, планшета або комп’ютера.
Переваги використання Smart-ламп з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino:
19
1. Економія енергії. Smart-лампи, як правило, більш енергоефективні,
ніж традиційні освітлювальні прилади. Наприклад, LED-лампи, які є найбільш
поширеним типом Smart-ламп, споживають на 80-90% менше енергії, ніж
лампи розжарювання. Це означає, що Smart-лампи можуть допомогти
заощадити енергію та зменшити викиди парникових газів (рис. 1.7).

Рисунок 1.7 – Економія енергії
2. Зручність використання. Smart-лампи можна керувати за допомогою
смартфона, планшета або комп’ютера. Це дозволяє користувачам легко і
зручно керувати освітленням у своєму домі або офісі. Наприклад, ви можете
включити світло в спальні, не вставаючи з ліжка, або вимкнути світло в
коридорі, коли виходите з дому (рис. 1.8).

Рисунок 1.8 – Зручність у використанні
20
3. Розширення можливостей. Smart-лампи можна інтегрувати з іншими
розумними пристроями, такими як датчики освітлення або термостати. Це
дозволяє створювати складні сценарії освітлення, які можуть відповідати на
різні потреби. Наприклад, ви можете налаштувати світло в спальні на
автоматичне включення при зниженні освітленості або вимкнення при виході
з будинку.
4. Можливість кастомізації. Smart-лампи можна налаштувати на різні
параметри, такі як яскравість, колір і температура. Це дозволяє користувачам
створювати унікальне освітлення, яке відповідає їхньому стилю та потребам.
Наприклад, ви можете налаштувати світло в вітальні на теплі тони для
створення затишку або яскраві тони для створення святкового настрою.
5. Безпека. Smart-лампи можна використовувати для забезпечення
безпеки будинку. Наприклад, ви можете налаштувати світло на автоматичне
включення при виявленні руху в незвичайному місці (рис. 1.9.).

Рисунок 1.9 – Безпека
6. Контроль з будь-якого місця. Smart-лампи можна керувати з будь-
якого місця, де є доступ до Інтернету. Це дозволяє користувачам керувати
освітленням у своєму домі або офісі, навіть якщо вони не знаходяться в ньому.
Наприклад, ви можете включити світло в передпокої, щоб зустріти гостей, або
вимкнути світло в кімнаті дитини, щоб вона заснула (рис. 1.10).
21

Рисунок 1.10 – Контроль
Недоліки використання Smart-ламп з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino:
1. Вартість. Smart-лампи з управлінням по Wi-fi, як правило, дорожчі,
ніж традиційні освітлювальні прилади. Однак, з урахуванням економії енергії,
вони можуть окупитися протягом декількох років.
2. Безпека. Smart-лампи з управлінням по Wi-fi підключені до
Інтернету, що підвищує ризик хакерських атак. Однак, виробники Smart-ламп
постійно працюють над поліпшенням безпеки своїх продуктів.
3. Нестабільність Wi-fi. Нестабільний Wi-fi сигнал може призвести до
проблем з керуванням Smart-лампами.
4. Складність установки. Smart-лампи з управлінням по Wi-fi, як
правило, вимагають певних навичок для установки та налаштування.
У цілому, Smart-лампи з управлінням по Wi-fi пропонують ряд переваг
перед традиційними освітлювальними приладами. Однак, вони також мають
деякі недоліки, які слід враховувати при виборі.
1.4. Формулювання проблемних завдань дослідження
− провести огляд та аналіз існуючих моделей Smart-ламп з
управлінням по Wi-fi, що представлені на ринку, визначити їх технічні
характеристики та функціональні можливості застосування;
22
− провести системний аналіз функціональних можливостей
інформаційних систем управління освітленням Smart-ламп з управлінням
по Wi-fi, визначити переваги та недоліки їх застосування;
− вдосконалити структурну модель Smart-лампи на базі платформи
Arduino, розкрити необхідні компоненти та їх взаємодію;
− розробити інформаційну систему управління освітленням, що
дозволить забезпечити більшу зручність та ефективність керування
освітленням Smart-лампи з управлінням по Wi-fi завдяки можливості
налаштування освітлення, зміни кольору та інших функцій у вигляді
мобільного додатку для користувачів;
− розробити діаграми поведінки інформаційної системи, що дозволить
користувачам Smart-лампи з управлінням по Wi-fi не лише ефективно
управляти освітленням, а й використовувати додаткові функції, такі як
налаштування інтенсивності світла, зміна кольору тощо.
Висновки
1. Проведений системний аналіз існуючих моделей Smart-ламп з
управлінням по Wi-fi, що представлені на ринку, визначено їх технічні
характеристики та функціональні можливості застосування.
2. Визначені переваги і недоліки Smart-ламп з використанням Wi-fi на
платформі Arduino.
3. Сформовано завдання дослідження.

РОЗДІЛ 2. СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МОДЕЛЕЙ SMART-
ЛАМП З УПРАВЛІННЯМ ПО WI-FI
2.1. Smart-лампи в сучасному світі
Сучасні технології дозволяють автоматизувати та дистанційно
управляти різними пристроями в будинку, включаючи освітлення.
Smart-лампи − це один із найпопулярніших видів розумних пристроїв.
Вони дозволяють регулювати яскравість, колір та інші параметри освітлення
за допомогою смартфона або іншого мобільного пристрою.
У цьому дослідженні проведено системний аналіз існуючих Smart-ламп
з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino. Метою дослідження є
визначення основних характеристик та функцій Smart-ламп, а також
виявлення їхніх переваг та недоліків.
Характеристики та функції Smart-ламп. Основними характеристиками
Smart-ламп є:
− тип підключення: Wi-fi, Bluetooth, ZigBee.
− світловий потік: від 400 до 10000 люменів.
− колірна температура: від 2700 до 6500 Кельвінів.
− режими освітлення: постійний, змінний, ритмічний.
− наявність датчиків: датчик руху, датчик освітленості, датчик
температури.
Функції Smart-ламп включають:
− дистанційне управління: за допомогою смартфона або іншого
мобільного пристрою.
− автоматичне управління: за заданим розкладом, за датчиками руху
або освітленості.
− підтримка голосового керування.

24
2.2. Аналіз функціональних можливостей Smart-ламп з
управлінням по Wi-fi
2.2.1 Wi-fi Smart-лампочка “Nexlux”з можливістю затемнення
Wi-fi Smart-лампочка “Nexlux” сумісна з голосовими асистентами Alexa,
Google Home Assistant та IFTTT, що дозволяє використовувати голосове
управління для ввімкнення/вимкнення та зміни кольорів/яскравості.
На рис. 2.1 відображено зовнішній вигляд Wi-fi Smart-лампочки
“Nexlux”, яка може змінювати колір за вказівками з додатку на Android.

Рисунок 2.1 – Зовнішній вигляд Wi-fi Smart-лампочки “Nexlux”
з можливістю затемнення
Вона автоматично вмикається/вимикається в залежності від
налаштувань функцій таймера. Таким чином, можна зробити відповідні
налаштування, щоб лагідний схід сонця поступово пробуджував користувача
вранці, й обрати час, коли потрібно на засоді сонця заснути, м’яко
приглушивши світло.
Світлодіодна Smart-лампочка “Nexlux” дозволяє змінювати кольори
відповідно до музичного ритму та спалахів, щоб задовольнити потреби у
різніноманітній атмосфері завдяки функції “Музика та мікрофон”, також є
можливість налаштувати підсвічування для вечірок, фільмів тощо.
25
Для взаємодії зі Smart-лампочкою не потрібно жодний додаткових
концентраторів чи хабів, оскільки є підтримка мережі Wi-fi, що дозволяє
насолоджуватися розумним життям відразу після завантаження програми
“Home Pro” на смартфон та встановленням зв’язку зі Smart-лампочкою. Крім
того, за наявності декількох Wi-fi Smart-лампочок “Nexlux” реалізується
групове управління [4].
За допомогою відповідного додатку завдяки функції контролю
знаходження вдома можна організувати, щоб після виходу власника з дому
світло вимикалось, і знову вмикалось, перш ніж власник підійде до дверей
оселі.
Wi-fi Smart-лампочка “Nexlux” є енергозберігаючою світлодіодною
лампочкою потужністю 4,5 Вт, що еквівалентна звичайній лампочці 40 Вт.
Основні технічні характеристики Wi-fi Smart-лампочки “Nexlux”
наведені в табл. 2.1.
Таблиця 2.1 – Технічні характеристики Wi-fi Smart-лампочки “Nexlux”
Параметр Значення
Максимальна потужність, Вт 4,5
Тривалість роботи, год. 15000
Операційна система OS 8.0+/Android 4.0+
Тип E27
Технологія LED
Кількість кольорів 16 млн.
мережа Wi-fi (2,4 ГГц);
Управління
додаток “Home Pro”
Alexa, Google Home Assistant та
Голосові асистенти
IFTTT
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 180
2.2.2 Wi-fi Smart-лампочка “Nomi” з динаміком
Nomi” – міжнародна команда інженерів, дизайнерів та маркетологів, що
поставила собі за мету – запропонувати покупцям з різних країн надійні,
сучасні та доступні за ціною гаджети та аксесуари до них.
26
“Nomi” створена вихідцями з провідних ІТ-компаній, які мають
успішний досвід розробки мобільних пристроїв та їх продажів у всьому світі.
Початком роботи “Nomi” став 2013 рік. Штаб-квартира знаходиться у
Гонконгу. Пріоритетними регіонами розвитку є країни Південно-Східної Азії,
Латинської Америки та СНД. У кожній із країн “Nomi” фокусується на
партнерстві з лідерами ринку. Так, у 2014 році стратегічним партнером “Nomi”
в Україні стала група компаній “Алло” [5].
В Wi-fi Smart-лампочці “Nomi” вбудовано динамік LTW311 (381255). Ця
лампочка по суті є лазерним проектором з ефектом світломузики та
динаміком, здатна повідомити про позаштатну ситуацію користувача звуком
динаміка, в її основі використані сучасні технології та яскраві ідеї
дизайну (рис. 2.2). Також реалізовано керування через Wi-fi мережу.

Рисунок 2.2 – Зовнішній вигляд Wi-fi лампочки “Nomi”
з динаміком LTW311
Назва бренду “Nomi” складається з об’єднання великих літер 4-х слів:
New Outstanding Mobile Ideas, ці чотири слова і описують філософію бренду:
реалізовувати цікаві ідеї, використовувати яскраві технології для створення
нових, надійних, сучасних гаджетів та аксесуарів до них.
Команда інженерів моделює різні сценарії використання, прагнучи
створити пристрій, який не підведе користувача у будь-якій ситуації. Саме
правильний внутрішній дизайн дозволяє зробити пристрій продуктивним і
надійним [5].
27
Основні технічні характеристики Wi-fi Smart-лампочки “Nomi” з
динаміком представлені в табл. 2.2.
Таблиця 2.2 – Технічні характеристики Wi-fi Smart-лампочки “Nomi” з
динаміком
Параметр Значення
Максимальна потужність, Вт 13
Звукова потужність, Вт 3
Тривалість роботи, год. 15000
Температура, K 3000
Тип E27
Технологія LED
Операційна система OS 8.0+/Android 4.0+
Управління мережа Wi-fi
Вид бездротовий
Відстань між датчиком та
до 100
централлю, м.
Тип датчика cирена LTW311 (381255)
Область застосування приміщення
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 1819

2.2.3 Smart-світильник з підключенням до смартфону
Smart-світильник з підключенням до смартфону (рис. 2.3) – це сучасне,
та яскраве рішення для будинку. Цей атмосферний світильник наповнює
приміщення приємною кольоровою гаммою. Серед інших аналогічних
пристроїв на ринку даний розумний світильник відрізняє наявність множини
різноманітних функцій його роботи [6].
До функцій розумного світильника відносять:
− управління світильником зі смартфону, за допомогою додатків
“Tuya” або “Smart Life”;
− зміна кольору, насиченості та яскравості одним рухом на смартфоні,
або доторком до світильника (рис. 2.4);
28

Рисунок 2.3 – Зовнішній вигляд розумного світильника

Рисунок 2.4 – Реалізація функції зміни кольору, насиченості та яскравості
доторком до світильника
− налаштування режиму світломузики, що дозволяє увімкнути
улюблені хіти користувача, а розумний світильник підбирає до них відповідне
цікаве підсвічування;
− управління голосом, адже розумний світильник працює з голосовими
асистентами Alexa, Google Home Assistant;
29
− налаштування таймеру для ввімкнення чи вимкнення світильника, та
можливість встановлення сценаріїв. Наприклад, вмикати світильник кожного
дня о 22:30, для нагадування про час сну.
− застосування у вигляді нічника, адже теплі кольори світильника
допомагають зануритись в глибокий сон [6].
Основні технічні характеристики розумного світильника з
підключенням до смартфону показано в табл. 2.3.
Таблиця 2.3 – Технічні характеристики розумного світильника з
підключенням до смартфону
Параметр Значення
Робоча напруга, В 110 ~ 240
Максимальна потужність 5 В 1 А USB
Матеріал Поліетиленовий екологічний матеріал
Водонепроникний/ IP55, може використовуватися в
пилонепроникний приміщенні або на вулиці
1200 (може працювати автономно та від
Внутрішній акумулятор, мА
джерела живлення)
мережа Wi-fi (2,4 ГГц);
Управління
додаток “Tuya” або “Smart Life”
Сертифікація CE, FCC, RoHs
Діаметр, см 15
Технологія LED
Тип Настільний
Тематика Місяць
RGB (вибір кольору), музика,
підсвічування, робота за розкладом,
Додаткові функції USB-вихід, вимикач, димер, пульт
дистанційного управління, таймер,
сенсорні кнопки
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 1190

Крім того, він має й свої особливості, серед яких:
− можливість відчути приємну атмосферу в темну пору доби за умови
розміщення світильника в спальні, дитячій, вітальні, офісі чи навіть на дворі;
30
− можливість заряджати світильник не тільки від мережі, а й від USB,
що робить його ще більш практичним та мобільним;
− приємні матеріали, з яких вироблений світильник є гіпоалергенним
та екологічними;
− водонепроникність та пилонепроникність (стандарт IP55 робить
світильник захищеним від навколишнього середовища).
2.2.4 3D світильник “Joyver”
3D світильник “Joyver” – це 3D лампа з акриловою пластиною, що
виконує функцію нічника, зовнішній вигляд якого зображує фігуру медведика
з кулькою у формі серця (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 – Зовнішній вигляд 3D світильника “Joyver”
Функціями 3D світильника є [7]:
− для дитини – прикраса дитячої кімнати та спальні;
− для другої половинки – створення романтичної обстановки;
− для настрою – створення атмосфери, затишку та тепла.
Основні технічні характеристики 3D світильник “Joyver” наведено
в табл. 2.4.
31
Таблиця 2.4 – Технічні характеристики 3D світильника “Joyver”
Параметр Значення
Матеріал плафона, підвісок акрилова пластина з AБС-пластика,
удароміцний, екологічний та
безпечний для дітей матеріал
Тип вимикача кнопка на шнурі
Тип лампи LED
Потужність, Вт. 3
Колір білий
основа з вбудованим USB-кабелем
Додаткові функції
та вмикачем
Країна виробник Китай
Ціна, грн. 450

2.2.5 Wi-fi проекційна лампа RGB “Panamalar”
Wi-fi проекційна лампа RGB “Panamalar” – це проекційний LED нічник
з поворотом на 180° та можливістю зміни кольорів з управлінням по Wi-fi
завдяки додатку “Smart Life” або голосовими асистентами Alexa та Google
Home (рис. 2.6). Існує можливість завантаження медіа-фотографій через порт
USB [8].

Рисунок 2.6 – Зовнішній вигляд Wi-fi проекційної лампи RGB “Panamalar”
32
Лампа RGB “Panamalar” забезпечує широку колірну гамму до 16 млн.
кольорів, що надає майже необмежену кількість режимів освітлення. Різні
кольори створюють різні світлові ефекти, такі як: час кави з родиною під
заходом сонця, романтична проекція веселки для спальні, тепле оздоблення
вітальні, яскрава атмосфера вечірки, м’яке світло для медіа чи
фотографій (рис. 2.7).

Рисунок 2.7 – Широка кольорова гама Wi-fi проекційної
лампи RGB “Panamalar”
Такі особливості налаштування режимів освітлення створюють
фантастичний візуальний досвід, додають чудові та барвисті кольори в будь-
який час.
Остання версія програмного забезпечення “Smart App Control” нічника з
розумною технологією дозволяє легко керувати ним завдяки смартфону, для
чого варто лише завантажити додаток “Smart Life”, додавши пристрій до
програми. Додаток дозволяє вмикати/вимикати нічник, змінювати його колір
або налаштування яскравості безпосередньо на телефоні.
У порівнянні зі звичайними лампами-нічниками, представленими на
ринку, лампа RGB “Panamalar” володіє чималою кількістю функцій, додає
33
користувачеві зручності в його повсякденному житті, дарує відчуття комфорту
та занурює до сучасного світу Smart-технологій [8]:
− сумісність з голосовими асистентами Alexa та Google Home.
Проекційна Wi-fi лампа-нічник підтримує голосове керування, для чого
необхідно промовити голосову команду. Наприклад, щоб це зробити і
насолоджуватись бездротовим доступом, можна сказати “Alexa, увімкни
лампу-нічник”, “зміни колір на жовтий”, “налаштуй яскравість на 50 %”.
− налаштування таймера. Розумна лампа-нічник у поєднанні з
функцією таймера, може автоматично вмикати та вимикати світло в певний
час. Наприклад, можна вимкнути проектор нічного світла опівночі після того,
як користувач засне, та увімкнути райдужну лампу, щоб розбудити вранці.
− поворот на кут на 180°. Світлодіодна лампа-нічник повертається на
кут до 180° завдяки регулюванню відповідного роз’єму на корпусі лампи.
Також потрібно врахувати, що чим більше відстань від лампи-нічника, тим
більше коло виступає на стіні, що досить зручно використовувати як
атмосферу заходу сонця.
Основні технічні характеристики Wi-fi проекційної лампи RGB
“Panamalar” показано в табл. 2.5.
Таблиця 2.5 – Технічні характеристики лампи RGB “Panamalar”
Параметр Значення
алюміній, залізо, скло, якісний
Матеріал плафона, підвісок
пластик
Тип вимикача кнопка на шнурі
Тип лампи LED
Напруга, В 5
Потужність, Вт. 7
Колір жовтий
Призначення нічник
Кількість кольорів 16 млн.
Додаткові функції USB-кабель та перемикач
Управління мережа Wi-fi; додаток “Smart Life”
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 700
34
Wi-fi проекційна лампа RGB “Panamalar” завдяки легкому
налаштуванню режимів освітлення ідеально підходить для
фотографування/фотографії або фонового освітлення для відео
блогу/прикраси дому, як нічник для дітей/спальні/вітальні, створення
романтичного настрою для вечірок/фестивалів/ювілейних урочистостей,
лампи настрою для відпочинку.
2.2.6 Кутовий LED-торшер
Кутовий LED-торшер – це сучасна RGB лампа, що доповнить будь-який
інтер’єр, наповнить його незвичайною атмосферою. Виконана з якісних
матеріалів, світлодіоди нового покоління гарантують довговічність та
надійність. В наявності велика палітра статичних кольорів. Серед налаштувань
велика множина режимів та кольорів, близько 330+ багатобарвних ефектів
(переливання, миготіння) з регулюванням швидкості та яскравості, для чого
використовується адресна або як називають RGB Smart-стрічка [9].
На рис. 2.8. представлено зовнішній вигляд кутового LED-торшеру з
управлінням за допомогою сенсорного дистанційного пульта управління.

Рисунок 2.8 – Зовнішній вигляд кутового LED-торшеру
Кутовий LED-торшер вписується до будь-якого інтер’єру кімнати, може
слугувати в якості нічника та доповнити кожну вечірку множиною світлових
35
ефектів. Також за допомогою такої лампи можна робити красиві фотознімки
чи записувати відео контент для блогів.
Основні технічні характеристики кутового LED-торшеру наведені
в табл. 2.6.
Таблиця 2.6 – Технічні характеристики кутового LED-торшеру
Параметр Значення
Висота, см 200
Ніжки, см 35 і більше
Тривалість роботи, год. 25000
Тип лампи LED
Напруга, В 5
Потужність, Вт 27
Напруга живлення, В 12
Живлення Блок живлення з шнуром 2 м.
сенсорний пульт дистанційного
Управління
управління
Призначення нічник, торшер
Кількість кольорів 16 млн.
300+ кольорових композицій;
випадкова зміна кольору;
Додаткові функції
димер; функцій пам’яті;
енергоефективність
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 2850

2.2.7 Wi-fi LED Smart-лампочка “VIDEX”
Світлодіодна розумна лампа Videx (рис. 2.9) – це високотехнологічне
джерело світла з регульованими освітлювальними характеристиками.
Пристосована для використання в стандартних освітлювальних приладах
відповідного цоколя. Ідеально підходить для освітлення будь-яких приміщень,
від торгових площ та вітрин, до використання для декору і створення затишку
в домашніх умовах [10].
36
Управління яскравістю та температурою світла виконується за
допомогою мобільного пристрою під управлінням операційної системи iOS чи
Android.

Рисунок 2.9 – Зовнішній вигляд та параметри
Wi-fi LED Smart-лампочки “VIDEX”
За умови активного підключення мобільного пристрою до мережі
Інтернет доступно дистанційне включення і вимикання лампи, встановлення
розпорядку або таймера. Лампа обладнана RGB діодами, які дають можливість
змінювати колір світла. Для управління лампою необхідно забезпечити її
підключення до мережі Wi-fi в діапазоні 2.4 ГГц [10].
Основні технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “VIDEX”
показано в табл. 2.7.

37
Таблиця 2.7 – Технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “VIDEX”
Параметр Значення
Тип LED
Призначення побутові
Особливості Smart
Тривалість роботи, год. 40000
Кут розсіювання світла 300°
Потужність, Вт 12
Максимальна сила струму, мА 90
Напруга живлення, В 175-250
Цоколь E27
Колір світіння, K 2700-6500, RGB
Форма колби Стандартна (груша)
Світловий потік 1080 Лм
Індекс передавання кольору Ra > 90
(CRI)
Еквівалент потужності лампи 100
розжарювання, Вт
Управління мережа Wi-fi (2,4 ГГц)
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 339

2.2.8 Wi-fi LED Smart-лампочка “ErforAi”
Smart-лампочка з Wi-fi підключенням до смартфону – це ідеальне
рішення, щоб заощаджувати кошти та жити сучасно, створюючи особливу
атмосферу залежно від настрою: від класичного білого до драйвового
синього (рис. 2.10).
До основних функцій Wi-fi LED Smart-лампочки “ErforAi” відносять:
− підключення до смартфону завдяки додаткам “Tuya Smart” або
“Smart Life”;
− cумісність з голосовим управлінням: Smart-лампа працює з
голосовими асистентами Alexa та Google Home Assistant, з їх допомогою
можна керувати Smart-лампою голосм, для чого просто потрібно дати
38
голосову команду, щоб увімкнути/вимкнути або збільшити/зменшити
яскравість;
− дистанційне управління. Можна керувати освітленням незалежно від
того, чи перебуває вдома користувач, для чого потрібно завантажити додаток
“Tuya Smart” або “Smart Life” та підключити саму Smart-лампу через Wi-fi.
Існує можливість утворити групу пристроїв для Smart-ламп оселі і керувати
ними за допомогою лише однієї команди;
− встановлення різних режимів освітлення та вмикання Smart-лампи в
залежності від призначення щодо різних кімнат: кухня, вітальня, спальня.
Наявні вбудовані режими: для читання або вечірки, світломузика. Smart-лампа
також може використовуватися в якості настільної лампи в кафе, барі тощо;
− управління за допомогою таймеру, дистанційне та голосове.
Підтримується групове управління декількома Smart-лампами;
− кольорова гама до 16 млн. кольорів;
− енергозбереження: 15 Вт, еквівалентна традиційним 100 Вт лампам
розжарювання. Заощаджує до 80 % енергії та працює набагато довше [11].

Рисунок 2.10 – Зовнішній вигляд та параметри
Wi-fi LED Smart-лампочки “ErforAi”
39
Основні технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “ErforAi”
показано в табл. 2.8.
Таблиця 2.8 – Технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “ErforAi”
Параметр Значення
Тип LED
Призначення побутові
Матеріал авіаційний алюміній, пластик
Особливості Smart
Чіп SMD 2835
Тривалість роботи, год. 50000
Кут розсіювання світла 270°
Потужність, Вт 15
Напруга живлення, В 85-256
Цоколь E27
Колір світіння, K 2700-6500, RGB
Форма колби Стандартна (груша)
Світловий потік 900 Лм
Індекс передавання кольору Ra > 85
(CRI)
Еквівалент потужності лампи 100
розжарювання, Вт
Кількість кольорів 16 млн.
мережа Wi-fi (2,4 ГГц);
голосові асистенти Amazon Alexa,
Управління Google Home і IFTTT;
додатки “Smart Life”,“Tuya Smart”;
пульт дистанційного управління
Голосове управління, дистанційне
Додаткові функції керування за допомогою додатка,
регулювання яскравості
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 299

2.2.9 Wi-fi LED Smart-лампочка “SONOFF”
Wi-fi LED Smart-лампочка “SONOFF” – це відмінне рішення для Smart-
будинку, що надає ідеальні інтелектуальні рішення для контролю за будинком
або робочим місцем користувача (рис. 2.11). Використання безкоштовного
40
бездротового керування “eWelink App. Sonoff” допомагає спростити життя,
тримаючи освітлення під контролем.

Рисунок 2.11 – Wi-fi LED Smart-лампочка “SONOFF”
Відрізняється простотою встановлення та налаштування, для чого варто
просто вкрутити лампочку в стандартну базу E27, завантажити програму
“eWeLink” і з’єднайти лампочку з програмою. Все це можна зробити протягом
декількох хвилин і відразу насолоджуватися результатом – керуванням
освітленням за бажанням користувача. Можна змінити колір світла відповідно
до настрою, торкнувшись кільця спектра RGB в програмі, що як найкраще
підходить для вечірки, читання вечері та багато іншого [12].
Легко регулювати яскравістю та колірною температурою в діапазоні від
1 % до 100 % для білого кольору. Доступні чотири основні вбудовані шаблони
освітлення: відпочинок, читання, вечірка та повсякденний. Режим відпочинку
допоможе спати комфортно. Режим читання допоможе зосередитись. Режим
вечірки запалить атмосферу вечірки. Повсякденний режим допоможе
розслабитись.
Завдяки функції таймера можна прокидатися та засинайти за розкладом.
Для цього достатньо увімкнути лампочку о 7:00, щоб розбудити дітей та
вимкнути о 22:00, щоб діти добре відпочили. Можна створити бажаний для
користувача розклад, щоб лампочка вмикалася автоматично і квартира або
будинок не здавалися порожніми, поки господаря немає вдома, що допомагає
тримати грабіжників подалі від оселі [12].
41
Основні технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “SONOFF”
показано в табл. 2.9.
Таблиця 2.9 – Технічні характеристики Wi-fi LED Smart-лампочки “SONOFF”
Параметр Значення
Тип LED
Призначення побутові
Особливості Smart
Тривалість роботи, год. >10000
Потужність, Вт 9
Напруга живлення, В 220-240
Цоколь E27
Колір світіння, K 2700-6500, RGB
Форма колби Стандартна (груша)
Світловий потік 806 Лм
Індекс передавання кольору Ra > 80
(CRI)
Кількість кольорів 16 млн.
мережа Wi-fi (2,4 ГГц);
Управління голосові асистенти Amazon Alexa,
Google Home; додаток “eWeLink”
Голосове та дистанційне керування
за допомогою додатка, регулювання
кольору і яскравості; автоматичне
Додаткові функції
ввімкнення/вимкнення;
налаштування сюжетних режимів;
групове управління
Країна-виробник Китай
Ціна, грн. 210

Існує можливість поділитись керуванням за освітленням з родиною.
Члени родини можуть вмикати/вимикати пристрої і стан системи освітлення
синхронно відображатиметься у додатку на смартфоні користувачів.
Лампа підтримує регулювання кольору і яскравості за допомогою
додатка для iOS/Android.
Пристрій сумісний із сторонніми голосовими асистентами такими як
Alexa та Google Assistant, для чого потрібно зв’язати “eWeLink Smart Home
Fan” у програмі Amazon Alexa або “Smart WeLink” у програмі Google Home.
42
2.2.10 Настільна музична лампа Xiaomi “MIDIAN”
Настільна музична лампа Xiaomi “MIDIAN” (рис. 2.12), розроблена
академічною групою Китайської академії наук Університету Наньчан.
Завдяки лідируючому в світі світлодіоду з кремнієвою підкладкою
золотого кольору в якості сердечника, лампа забезпечує чисте світлодіодне
джерело світла без люмінофорів і низької колірної температури [13].

Рисунок 2.12 – Зовнішній вигляд настільної музичної лампи
Xiaomi “MIDIAN”
В даний час на ринку світлодіодних освітлювальних приладів стає все
більше і більше небезпек, пов’язаних з синім світінням. Компоненти синього
світла можуть впливати на активність клітин сітківки, пригнічувати секрецію
мелатоніну людини в нічний час, порушувати зір й впливати на якість сну.
Настільна лампа Xiaomi “MIDIAN” виключає використання синього світла, не
пошкоджує очі та допомагає заснути. Джерело нульового синього світла
відноситься до довгохвильового діапазону спектра, а колірна температура
джерела світла становить 1800 К.
Настільна музична лампа Xiaomi “MIDIAN” (модель MDYCTD180) – це
непросто настільна лампа, але і своєрідна “музична шкатулка”. Незалежна
конструкція звукового резонатора, дозволяє прослуховувати відмінні середні
та високі частоти, насолоджуватися ритмом і чистим вокалом. Музичну лампу
43
можна підключити до більшості цифрових Bluetooth-пристроїв таких, як
смартфони та планшети, щоб відтворювати музику і насолоджуватися нею в
будь-який час і в будь-якому місці [13].
Основні технічні характеристики настільної музичної лампи Xiaomi
“MIDIAN” наведено в табл. 2.10.
Таблиця 2.10 – Технічні характеристики настільної музичної лампи Xiaomi
“MIDIAN”
Параметр Значення
Тип Настільна музична лампа
Бренд MIDIAN
Модель MDYCTD180
Номінальна потужність, Вт 8
Номінальна споживана потужність 5 В, 2 А DC
Матеріал зовнішнього абажуру високосортне боросилікатне скло
Колірна температура, K 1800
Сенсорний, за допомогою додатка
Режим управління “Mi Home” або голосового асистента
Xiaomi
Підключення мережі Wi-fi та Bluetooth
Зарядний кабель Type-C
Розмір, мм 180 x 241
Ціна, грн. 3999

За допомогою додатка “Mi Home” або голосового управління “Xiaoai”
легко перемикати 4 режими роботи на свій розсуд. В режимі читання
забезпечується 100 % яскравість, що ідеально підходить для повсякденного
навчання і роботи. У той же час цей режим може нейтралізувати синє світло,
що випромінюється екраном електронних пристроїв, щоб ефективно
захистити очі. У м’якій та комфортній обстановці режиму сна з нульовим
рівнем синього світла, настільна лампа Xiaomi “MIDIAN” стимулює природну
секрецію мелатоніну в організмі, що допомогає користувачу зняти втому та
привести тіло і розум в найбільш природний стан перед сном. Режим при
свічках забезпечує жовтий ореол, забарвлюючи теплоту ночі. Цей режим
ідеально підходить для романтичної вечері.
44
Настільну лампу можна підключити до мобільного джерела живлення,
щоб позбутися від обмеженого простору та включати її хоч в парку, хоч на
березі моря. Орієнтуючись на потреби користувача, виробник оснастив лампу
сенсорною панеллю управління, за допомогою якої можна відрегулювати
яскравість та рівень гучності [13].
2.3. Компоненти Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino
1. Плата керування. Є центральним компонентом Smart-лампи. Вона
відповідає за управління освітленням та зв’язок з Wi-fi-мережею. Плата
керування може бути виконана на основі мікроконтролера, наприклад, Arduino
UNO або ESP8266. Мікроконтролер Arduino UNO є популярним вибором для
створення Smart-ламп. Він має широкий набір функцій. Мікроконтролер
ESP8266 є більш сучасним вибором для створення Smart-ламп. Він має
вбудований Wi-fi-модуль, що спрощує розробку пристрою.
2. Світлодіод. Генерує світло. Світлодіод може бути виконаний на
основі LED-чипа, наприклад, WS2812B або APA102. LED-чіп WS2812B є
популярним вибором для створення Smart-ламп. Він має вбудований
контролер, що дозволяє управляти кольором та яскравістю світлодіода. LED-
чіп APA102 має більш високу яскравість і роздільну здатність, ніж WS2812B.
Однак, він також дорожчий.
3. Датчики. Датчики можуть використовуватися для автоматизації
управління освітленням, такі як датчики руху, освітленості, температури та
інші. Наприклад, датчик руху може автоматично вмикати освітлення, коли
хтось входить в кімнату, а датчик освітленості може автоматично регулювати
яскравість освітлення залежно від рівня освітлення в кімнаті.
4. Підключення до мережі. Забезпечує зв’язок з Wi-fi-мережею.
Підключення до мережі може бути виконане на основі Wi-fi-модуля,
наприклад, ESP8266.
45
5. Підтримка голосового керування. Дозволяє управляти освітленням
за допомогою голосу. Для цього Smart-лампа повинна бути підключена до
розумного будинку, такого як Amazon Alexa або Google Home.
6. Акумулятор. Забезпечує автономну роботу Smart-лампи. Це може
бути актуально для Smart-ламп, які використовуються на відкритому повітрі
або в місцях, де немає доступу до електромережі.
7. Порти вводу-виводу: для підключення датчиків, світлодіодів та
інших компонентів.
8. Аналогові вхідні порти: для підключення датчиків, таких як датчик
руху або освітленості.
9. Цифрові вхідні порти: для підключення датчиків, таких як датчик
температури.
10. UART: для зв’язку з Wi-fi-модулем.
2.4. Платформа Arduino
Arduino − апаратна обчислювальна платформа для аматорського
конструювання, основними компонентами якої є плата мікроконтролера з
елементами вводу/виводу (рис. 2.13-2.14) та середовище розробки
Processing/Wiring на мові програмування, що є спрощеною
підмножиною C/C++. Arduino може використовуватися як для створення
автономних інтерактивних об’єктів, так і підключатися до програмного
забезпечення, яке виконується на комп’ютері (наприклад: Processing, Adobe
Flash, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider).
Плата Arduino складається з мікроконтролера Atmel AVR, а також
елементів обв’язки для програмування та інтеграції з іншими пристроями. На
багатьох платах наявний лінійний стабілізатор напруги +5В або +3,3В.
Тактування здійснюється на частоті 16 або 8 МГц кварцовим резонатором. У
мікроконтролер записаний завантажувач (bootloader), тому зовнішній
програматор не потрібен. На рисунку 1.1 зображена процесорна плата Arduino.
46

Рисунок 2.13 – Процесорна плата Arduino
На концептуальному рівні усі плати програмуються через RS-
232 (послідовне з’єднання), але реалізація даного способу різниться від версії
до версії. Новіші плати програмуються через USB, що можливо завдяки
мікросхемі конвертера USB-to-Serial FTDI FT232R. У версії платформи
Arduino Uno як конвертер використовується контролер Atmega8 у SMD-
корпусі. Дане рішення дозволяє програмувати конвертер таким чином, щоб
платформа відразу розпізнавалася як миша, джойстик чи інший пристрій за
вибором розробника зі всіма необхідними додатковими сигналами керування.
У деяких варіантах, таких як Arduino Mini або неофіційній BoArduino, для
програмування потрібно підключити до контролера окрему плату USB-to-
Serial або кабель.
Плати Arduino дозволяють використовувати значну кількість виводів
мікроконтролера як вхідні/вихідні контакти у зовнішніх схемах. Наприклад, у
платі Decimila доступно 14 цифрових входів/виходів, 6 із яких можуть
генерувати ШІМ сигнал, і 6 аналогових входів. Ці сигнали доступні на платі
через контактні площадки або штирьові роз’єми. Також існує багато різних
зовнішніх плат розширення, які називаються “shields” («щити»), які
приєднуються до плати Arduino через штирові роз’єми.
2.5. Види платформ Arduino
Як відомо, Arduino придумали в Італії, оригінальні плати там і роблять.
Самі італійці випускають плату в декількох основних форм-факторах: Arduino
47
xxx − стандартний розмір, 20 входів-виходів, повна сумісність з усіма Шілд.
ArdinoMega xxx − збільшений розмір,70 входів-виходів, сумісність не з усіма
Шілд. ArdinoNano xxx − зменшення розмірів, 22 входів-виходів, не сумісна з
Шілд. ArdinoMini ххх − ще менший розмір, 20 входів-виходів, не сумісна з
Шілд, не має USB.

Рисунок 2.14 – Типи Arduino: стандартний і найпоширеніший розмір
Коли говорять “Arduino” (“звичайна Arduino”) − зазвичай всі відразу
уявляють саме такі плати. Найперші плати були в цьому форм-факторі,
відповідно саме він пережив найбільше реінкарнацій (USB-версії в
хронологічному порядку виходу): Extreme, NG, Diecimila, Duemilanove, Uno,
Leonardo. Важко повірити, але відчутна різниця для користувача
спостерігається тільки в Леонардо. Зараз на оф. сайті подано доступну до
покупки тільки Leonardo і Uno, проте інтернет завалений варіантами
Duemilanove (CraftDuino відноситься до цього різновиду, і не дарма - все що
потрібно середньому користувачеві було втілено ще в Ardino Extreme, з тих
пір змінилося вкрай мало. Всі ці плати мають однакову кількість входів-
виходів, зібраних на однакових роз’ємах (для підключення периферії і Шілд),
програмуються по USB, і мають мікроконтролер ATMega на борту. На ранніх
версіях стояв ATMega8, потім стали ставити ATMega168, потім ATMega328.
На «вісімці» тільки 3 ШІМ виходу, 8Кб під скетч 1Кб оперативки, але для
багатьох додатків вистачає. У ATMega168 вже 6 ШІМ каналів і 16Кб під
48
потреби користувача, а у 328-й 32Кб під програми і вже 2Кб оперативки. До
речі не вся флеш-пам’ять доступна користувачу, деяку частину займає
завантажувач. На всіх платах до UNO стояв чіп-перетворювач USB-UART
FT232, що дозволяє встромляти плату прямо в USB і програмувати без
програматора. При підключенні в системі з’являвся віртуальний COM-порт,
який і використовується середовищем розробки Arduino для програмування.
2.5.1 Платформа UNO
На UNO (рис. 2.15) вирішили замінити хардварний перетворювача USB-
UART, на мікроконтролер Atmega8U2 (в більш пізніх ревізіях 16U2) − в нього
залита спеціальна прошивка, що робить рівно те ж що і FT232. Що це дало?
Піднялася швидкість прошивки - тепер замість ~ 10секунд треба чекати ~ 3c.
А головне, в цей МК-конвертор можна залити свою прошивку, і перетворити
Arduino в мишку, клавіатуру або міді пристрій.

Рисунок 2.15 – Зовнішній вигляд Arduino UNO
2.5.2 Платформа Leonardo
Leonardo (рис. 2.16) це дійсно крок вперед − все на одному чіпі, USB
незалежний ні від UART ні взагалі від яких би то не було пінів. Отже, плата
побудована на ATmega32u4. На 0,5 кБ збільшилася оперативка, ШІМ-виходів
стало на 1 більше, аналогових входів стало 12 і, як уже говорилося, розділені
USB і UART.
49

Рисунок 2.16 – Зовнішній вигляд Arduino 1.0 pinout
Так само невигадливо підтримуються, не тільки віртуальний ком порт,
але і миша і клавіатура, набагато простіше ніж це реалізовано в UNO. Ну і,
звичайно, роз’єм micro-USB. Правда «крок вперед» вийшов з нюансами - довго
боролися з різноманітними глюками і затягували вихід, пара все-таки
залишилася (функції tone і attachInterrupt), до того ж завантажувач тепер
займає 4Кб! А ще в будь-який скетч для Леонардо пхається підтримка USB -
blink для Duemilanove/UNO займе − 1084 байт, а для Leonardo − 4858 байт = \
Фізично Leonardo має те ж розведення що і UNO, так що так само сумісний зі
старими Шілдами.
2.5.3 Платформа Arduino Mega
ArdinoMega xxx (рис. 2.17) серія прокачаних плат (за розміром і
характеристиками) представлена моделями (в хронологічному порядку):
Mega, Mega2560 і Arduino ADK. В плати успішно встромляються майже всі
Шілд, але через різне (з “звичайними” Arduino) розташування висновків SPI-
інтерфейсу, Шілд використовують його з цифрових пінів 11,12,13 будуть не
сумісні. Приклад − старий езернет Шилд. На новому SPI береться зі
стандартною вилки ISP і все відмінно працює і на “мегахил”, і на “звичайних”
Дуіно. На платах купа виводів: 54 цифрових з них 15 − з ШІМ 16 − аналогових,
Множина пам’яті: 128/256кб − флеш, 8 Кб оперативки, 4 Кб еепрому і цілих
50
4 хардварних UART. “Мега” побудована на ATmega1280, а “2560” і “ADK” на
ATmega2560, тому розрізняються плати об’ємом пам’яті, до того ж у свіжих −
2560 і ADK − USB-частина виконана на ATmega8U2 (на більш пізніх ревізіях
2560 − на ATmega16U2), тут все як у Uno. А у ADK ще й USB-host є, від якого
очікується велика дружба з Android-телефонами.

Рисунок 2.17 – Зовнішній вигляд ArdinoMega xxx
2.5.4 Платформа Arduino Nano
Маленька плата з mini-USB (рис. 2.18). Шілд до неї не підходять, але
сама вона зручно встромляється в макетці. Ранні версії використовували
ATmega168, зараз стоять 328. Як USB-UART мосту стоять FT232.

Рисунок 2.18 – Зовнішній вигляд Arduino Nano
2.5.5 Платформа Arduino Mini
Ще менша плата (історичний ляп − Arduino міні, чомусь значно менше
Arduino нано). Пережила кілька версій − мають незначні відмінності в
призначенні деяких виводів. З Шілд не сумісна, але зручна для вбудовування
51
в закінчені девайси − нічого зайвого. На міні немає USB − програмується вона
за допомогою перехідник а USB-Serial (наприклад на базі тієї ж FT232).

Рисунок 2.19 – Зовнішній вигляд Ardino Mini
Так само на платі міститься дуже малопотужний стабілізатор, а з
світлодіодів − тільки індикатор живлення і то на останніх версіях. Є варіанти
плати працюють на 3,3 і 8 МГц, раніше ставили ATmega168, зараз стоять 328.
Розібралися з італійськими оригіналами, пройдемося по творчості інших
Arduino.
2.6. Аналоги Arduino від інших розробників
Все, що створили не італійці, можна умовно розділити на три групи:
“клони”, “сумісні” і “Arduino-подібні”. Клони Тут все просто − беремо
документацію з сайту Arduino і здаємо на виробництво, при бажанні змінивши
колір маски і назва. Такі плати (“клони”) повністю повторюють Arduino і
повністю сумісні з нею. Тобто, різниця між клоном і оригіналом − тільки в
виробника + іноді в кольорі − відповідно відмінності можуть бути тільки в
якості збірки, як компоненти, строгості вихідного контролю. З якістю − все на
совісті виробника/продавця.
Також у оригінальних плат в комплекті є коробочка з тонкого,
екологічно чистого, кольорового картону. І брошурка з запевненнями про
екологічність і протестовані плати, а також розповідь, про те, що виробники
відмовляються нести відповідальність за використання плати в
аерокосмічних/автомобільних/військових /ядерних/медичних цілях. Сумісні
52
деякі, більш свідомі товариші, пішли не шляхом копіювання, а вирішили щось
додати в проект (крім своєї назви і кольору маски) і повидумували множину
своїх плат повністю сумісних з Arduino − умовно їх можна назвати “сумісними
переробками” (переосмисленнями) Наприклад: Freeduino, Freetronics, Eleven,
Seeeduino, CraftDuino, Diavolino, Japanino і ще багато-багато.
Як правило доопрацювання і переробки носять досить естетичний
характер (не несуть принципових змін функціоналу або характеристик) інакше
плати втратили б сумісність. Зазвичай це додаткові роз’єми, інше
розташування світлодіодів і кнопок, своя розводка, застосування інших
компонентів (в інших корпусах, інших розмірів), інші схеми живлення,
скидання, USB-частини. Цей клас плат дійсно повністю сумісний з Arduino −
і Шілд можна встромляти і з іде працюють як рідні. Найяскравіший приклад −
зазначені на оф. сайті у італійців плата Arduino Pro (спрощена схема живлення
і прибрана USB-частина) насправді їх придумали і робить Sparkfun.
Безперечно, основним розміром плат не обмежуються − є версії і міні- і нано-
та мега- сумісних переробок, правда в цих випадках сумісність не така вже й
важлива річ.
2.7. Обґрунтування доцільності розробки Smart-лампи з
управлінням по Wi-fi на платформі Arduino
Доцільність розробки Smart-лампи з управлінням по Wi-fi
обґрунтовується наступними факторами:
1. Зручність. Smart-лампи дозволяють дистанційно управляти
освітленням з будь-якої точки будинку. Це може бути особливо зручно для
людей з обмеженими можливостями, наприклад, для людей з інвалідністю.
2. Економія енергії. Smart-лампи дозволяють регулювати яскравість
освітлення, що може призвести до економії електроенергії.
3. Розширення можливостей. Smart-лампи можна використовувати для
створення різних сценаріїв освітлення, наприклад, для релаксації, роботи або
вечірки.
53
Крім того, розробка Smart-лампи саме на платформі Arduino має ряд
переваг:
1. Відкритість. Arduino є відкритою платформою, що дозволяє
розробникам створювати свої власні проекти та програми.
2. Доступність. Платформи Arduino є відносно недорогими, що робить
їх доступними для широкого кола користувачів.
3. Легкість навчання. Arduino є відносно легкою в освоєнні
платформою, що дозволяє розробникам швидко створювати свої власні
проекти.
Отже, розробка Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino є доцільною, оскільки вона дозволяє створювати зручні,
енергоефективні та розширювальні пристрої освітлення.
Наведемо декілька конкретних прикладів того, як Smart-лампи можуть
бути використані для підвищення комфорту та ефективності життя:
1. Автоматичне вмикання освітлення при вході в кімнату. Це може бути
особливо зручно для людей, які часто забувають вмикати світло.
2. Регулювання яскравості освітлення залежно від часу доби. Ця
функція може допомогти створити більш комфортну та сприятливу атмосферу
в кімнаті.
3. Створення сценаріїв освітлення для різних випадків. Наприклад, для
релаксації, роботи або вечірки.
4. Smart-лампи можуть також бути використані для підвищення
безпеки будинку. Наприклад, датчик руху може автоматично вмикати
освітлення в темній кімнаті, що може відлякати потенційних злочинців.
Загалом, Smart-лампи є перспективним технологічним рішенням, яке
може принести користь широкому колу користувачів.
54
Висновки
1. Систематизована інформація про функціональні можливості
інформаційних систем управління освітленням Smart-ламп з управлінням по
Wi-fi, визначено переваги та недоліки їх застосування.
2. Розглянуто компоненти для розробки Smart-лампи з управлінням по
Wi-fi на платформі Arduino.
3. Обґрунтована доцільність розробки Smart-лампи з управлінням по
Wi-fi на платформі Arduino

РОЗДІЛ 3. ПРОЕКТУВАННЯ ТА РОЗРОБКА ЛОГІЧНОЇ СТРУКТУРИ
ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ОСВІТЛЕННЯМ
3.1. Моделювання предметної області
3.1.1 Поняття предметної області
Предметна область − це область реального світу, що розглядається в
межах певного контексту. Предметна область може бути представлена
різними способами, наприклад, за допомогою моделі, діаграми або
текстуального опису.
Предметна область є важливою частиною будь-якого програмного
забезпечення. Вона визначає, які дані будуть оброблятися програмним
забезпеченням, які завдання воно буде виконувати і як воно буде взаємодіяти
з користувачами.
Характеристики предметної області:
1. Об’єкти: предметна область складається з об’єктів, які є реаліями
реального світу. Наприклад, в предметній області освітлення об’єктами
можуть бути лампи, світильники, датчики і т.д.
2. Відношення: об’єкти в предметній області пов’язані між собою
відносинами. Наприклад, лампа може бути пов’язана з світильником за
допомогою відносини "встановлена в".
3. Атрибути: у кожного об’єкта в предметній області є атрибути, які
описують його властивості. Наприклад, лампа може мати атрибути
"потужність", "колір" і "яскравість".
4. Процеси: в предметній області можуть відбуватися процеси, які
змінюють стан об’єктів. Наприклад, процес "вмикання світла" змінює стан
лампи з “вимкненого” на “ввімкнене”.
Приклади предметних областей:
1. Освітлення: предметна область освітлення включає в себе об’єкти,
такі як лампи, світильники, датчики, а також відносини між ними, такі як
“встановлена в”, “вмикається”.
56
2. Банківська справа: предметна область банківської справи включає в
себе об’єкти, такі як клієнти, рахунки, операції, а також відносини між ними,
такі як “утримує”, “проводить”.
3. Продажі: предметна область продажів включає в себе об’єкти, такі
як клієнти, товари, замовлення, а також відносини між ними, такі як “купує”,
“замовляє”.
Важливість предметної області:
Предметна область є важливою частиною будь-якого програмного
забезпечення. Вона визначає, які дані будуть оброблятися програмним
забезпеченням, які завдання воно буде виконувати і як воно буде взаємодіяти
з користувачами.
Для того щоб програмне забезпечення було успішним, важливо, щоб
воно відповідало потребам предметної області. Це означає, що програмне
забезпечення повинно забезпечувати правильну обробку даних, виконувати
необхідні завдання і забезпечувати ефективну взаємодію з користувачами.
Вивчення предметної області:
Для того щоб розробити програмне забезпечення, яке відповідає
потребам предметної області, важливо вивчити цю предметну область. Це
можна зробити за допомогою різних методів, таких як:
1. Інтерв’ю з експертами: інтерв’ю з експертами в предметній області є
хорошим способом отримати інформацію про об’єкти, відносини, атрибути і
процеси в предметній області.
2. Аналіз документів: аналіз документів, таких як нормативні
документи, технічні специфікації і т.д., може також допомогти в вивченні
предметної області.
3. Аналіз даних: аналіз даних, які використовуються в предметній
області, може також допомогти в вивченні цієї предметної області.
Вивчення предметної області є важливим етапом розробки програмного
забезпечення. Цей етап дозволяє розробникам зрозуміти, які дані будуть
57
оброблятися програмним забезпеченням, які завдання воно буде виконувати і
як воно буде взаємодіяти з користувачами.
3.1.2 Основні елементи предметної області
Основними елементами предметної області є:
Об’єкти − це основні елементи предметної області. Вони представляють
реалії реального світу, з якими взаємодіє програмне забезпечення. Об’єкти
можуть бути фізичними, такими як лампа або світильник, або абстрактними,
такими як клієнт або замовлення.
Відношення − це зв’язки між об’єктами в предметній області. Вони
описують, як об’єкти взаємодіють один з одним. Відношення можуть бути
ієрархічними, такими як "встановлена в", або асоціативними, такими як
"вмикається".
Атрибути − це характеристики об’єктів в предметній області. Вони
описують властивості об’єктів, такі як їх розмір, колір або ціна. Атрибути
можуть бути простими, такими як “колір”, або складними, такими як “адреса”.
Процеси − це дії, які можуть виконуватися в предметній області. Вони
описують, як об’єкти можуть змінюватися або взаємодіяти один з одним.
Процеси можуть бути простими, такими як "вмикання світла", або складними,
такими як "продаж товару".
Взаємозв’язок між основними елементами предметної області:
1. Об’єкти можуть бути пов’язані один з одним за допомогою
відношень. Наприклад, лампа може бути пов’язана з світильником за
допомогою відносини “встановлена в”.
2. Атрибути можуть бути пов’язані з об’єктами (рис. 3.1). Наприклад,
атрибут “водій” може бути пов’язаний з об’єктом “автомобіль”.
3. Процеси можуть впливати на об’єкти. Наприклад, процес “вмикання
світла” може змінити стан лампи з “вимкненого” на “ввімкнене”.
58

Рисунок 3.1 – Пов’язані атрибути з об’єктами
Важливість основних елементів предметної області:
Основні елементи предметної області є важливими, оскільки вони
дозволяють розробникам програмного забезпечення зрозуміти, які дані будуть
оброблятися програмним забезпеченням, які завдання воно буде виконувати і
як воно буде взаємодіяти з користувачами.
Для того щоб програмне забезпечення було успішним, важливо, щоб
воно відповідало потребам предметної області. Це означає, що програмне
забезпечення повинно забезпечувати правильну обробку даних, виконувати
необхідні завдання і забезпечувати ефективну взаємодію з користувачами.
Об’єктно-орієнтоване програмування (ООП) − це парадигма
програмування, яка розглядає програму як сукупність взаємодіючих об’єктів.
Об’єкт − це екземпляр класу, який є описом типу даних і поведінки.
ООП має ряд переваг перед іншими парадигмами програмування,
такими як процедурне програмування.
ООП дозволяє:
1. Краще відображати реальність: ООП дозволяє розробникам
організувати програму таким чином, щоб вона відображала реальну систему,
з якою вона взаємодіє. Це дозволяє програмі бути більш зрозумілою і
підтримуваною.
2. Збільшити повторне використання коду: ООП дозволяє розробникам
створювати узагальнені класи, які можуть бути повторно використані в різних
59
програмах. Це допомагає скоротити час і витрати на розробку програмного
забезпечення.
3. Полегшити тестування програмного забезпечення: ООП дозволяє
розробникам створювати тести для окремих об’єктів, що полегшує процес
тестування програмного забезпечення.
Основні поняття ООП:
Клас. У ООП клас − це опис типу даних і поведінки. Клас визначає
атрибути і методи, які будуть мати його екземпляри. Атрибути − це
характеристики об’єкта, такі як його розмір, колір або ціна. Методи − це
функції, які може виконувати об’єкт.
Наприклад, клас Лампочка може мати такі атрибути:
− потужність;
− колір;
− яскравість;
І такі методи:
− ввімкнутися;
− вимкнутися.
Кожен екземпляр класу Лампочка буде мати свої власні значення
атрибутів і буде виконувати методи відповідно до цих значень. Наприклад,
якщо ми створимо два екземпляри класу Лампочка, один з потужністю 100 Вт
і яскравістю 100 люменів, а інший з потужністю 200 Вт і яскравістю
200 люменів, то ці екземпляри будуть мати різні значення атрибутів і будуть
виконувати методи по-різному.
Класи можна використовувати для створення ієрархій класів. У ієрархії
класів один клас може успадковувати властивості і поведінку від іншого класу.
Це дозволяє розробникам створювати складні структури даних і системи.
Наприклад, клас Лампочка може успадковувати властивості і поведінку
від класу Електроприлад. Це означає, що всі лампочки будуть також
електроприладами.
60
Класи є одним з основних понять ООП. Вони дозволяють розробникам
створювати програми, які є більш зрозумілими, підтримуваними і
тестованими.
Об’єкт. У ООП об’єкт − це екземпляр класу. Об’єкт має значення
атрибутів і може виконувати методи. Атрибути − це характеристики об’єкта,
такі як його розмір, колір або ціна. Методи − це функції, які може виконувати
об’єкт.
Наприклад, якщо ми створимо екземпляр класу Лампочка з потужністю
100 Вт і яскравістю 100 люменів, то цей об’єкт буде мати такі атрибути:
− потужність = 100 Вт;
− колір = білий;
− яскравість = 100 люменів.
І такі методи:
− ввімкнутися;
− вимкнутися.
Об’єкти можуть взаємодіяти один з одним за допомогою методів.
Наприклад, об’єкт Лампочка може викликати метод включитися іншого
об’єкта Лампочка, щоб включити її.
Об’єкти є одним з основних понять ООП. Вони дозволяють розробникам
створювати програми, які є більш зрозумілими, підтримуваними і
тестованими.
Наведемо декілька прикладів об’єктів в ООП:
− користувач в програмі для соціальних мереж;
− товар в інтернет-магазині;
− графік у програмі для створення презентацій;
− сцена в грі.
Об’єкти можуть бути фізичними, такими як лампочка або користувач,
або абстрактними, такими як товар або графік.
61
Наслідування: Наслідування в ООП − це механізм, який дозволяє
одному класу успадковувати властивості і поведінку від іншого класу. Це
дозволяє розробникам створювати ієрархії класів, що може спростити
розробку програмного забезпечення.
Наприклад, клас Лампочка може успадковувати властивості і поведінку
від класу Електроприлад. Це означає, що всі лампочки будуть також
електроприладами.
Клас, який успадковує від іншого класу, називається підкласом. Клас,
від якого успадковується, називається базовим класом.
Успадкування може бути одиночним або множинним. У разі одиночного
успадкування підклас успадковує властивості і поведінку від одного базового
класу. У разі множинного успадкування підклас успадковує властивості і
поведінку від декількох базових класів.
Успадкування має ряд переваг:
1. Збільшує повторне використання коду: успадкування дозволяє
розробникам повторно використовувати код базового класу в підкласі. Це
допомагає скоротити час і витрати на розробку програмного забезпечення.
2. Полегшує розробку програмного забезпечення: успадкування
дозволяє розробникам створювати ієрархії класів, що може спростити
розробку програмного забезпечення.
3. Покращує читабельність коду: успадкування дозволяє розробникам
покращити читабельність коду, використовуючи код базового класу в
підкласі.
Наведемо декілька прикладів успадкування в ООП:
− Клас Людина успадковує від класу Ссавець. Це означає, що всі люди
також є ссавцями;
− Клас Автомобіль успадковує від класу Транспортний засіб. Це
означає, що всі автомобілі також є транспортними засобами;
− Клас Графік успадковує від класу Об’єкт. Це означає, що всі графіки
також є об’єктами.
62
Успадкування є потужним інструментом, який може бути використаний
для створення більш ефективного і легкого в розробці програмного
забезпечення.
Агрегація: Агрегація в ООП − це механізм, який дозволяє одному
об’єкту містити в собі інші об’єкти. Це дозволяє розробникам створювати
складні структури даних.
Наприклад, клас Автомобіль може містити в собі об’єкти класів Двигун,
Кузов і Колеса. Це означає, що автомобіль складається з цих об’єктів.
Об’єкт, який містить інші об’єкти, називається контейнером. Об’єкти,
які містяться в контейнері, називаються компонентами.
Агрегація відрізняється від успадкування тим, що контейнер не має
повного контролю над компонентами. Компоненти можуть бути створені,
змінені або знищені незалежно від контейнера.
Агрегація має ряд переваг:
1. Дозволяє створювати складні структури даних: агрегація дозволяє
розробникам створювати складні структури даних, такі як дерева, графи і бази
даних.
2. Полегшує розробку програмного забезпечення: агрегація дозволяє
розробникам створювати програми, які є більш логічними і зрозумілими.
3. Покращує читабельність коду: агрегація дозволяє розробникам
покращити читабельність коду, використовуючи компоненти для
представлення складних даних.
Наведемо декілька прикладів агрегації в ООП:
− Клас Автомобіль агрегує об’єкти класів Двигун, Кузов і Колеса. Це
означає, що автомобіль складається з цих об’єктів;
− Клас Веб-сторінка агрегує об’єкти класів Заголовок, Тіло і Візуальні
елементи. Це означає, що веб-сторінка складається з цих об’єктів;
− Клас База даних агрегує об’єкти класів Таблиці, Записи і Поля. Це
означає, що база даних складається з цих об’єктів.
63
Агрегація є потужним інструментом, який може бути використаний для
створення більш ефективного і легкого в розробці програмного забезпечення.
Інтерфейс: інтерфейс визначає набори методів, які можуть виконувати
об’єкти. Інтерфейси дозволяють розробникам створювати гнучкі системи, які
можуть бути скомпоновані з різних компонентів.
Приклади ООП:
ООП використовується в широкому спектрі програмних продуктів,
таких як:
− операційні системи, такі як Windows і Linux;
− програмне забезпечення для розробки, такі як Visual Studio і Eclipse;
− веб-браузери, такі як Chrome і Firefox;
− ігри, такі як Minecraft і World of Warcraft.
ООП є однією з найбільш популярних парадигм програмування. Вона
використовується в широкому спектрі програмних продуктів, оскільки
дозволяє створювати програми, які є більш зрозумілими, підтримуваними і
тестованими.
Вивчення основних елементів предметної області є важливим етапом
розробки програмного забезпечення. Цей етап дозволяє розробникам
зрозуміти, які дані будуть оброблятися програмним забезпеченням, які
завдання воно буде виконувати і як воно буде взаємодіяти з користувачами.
3.2. Формування та аналіз вимог до інформаційної системи
управління освітленням Smart-лампи
Програмне забезпечення для Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino має відповідати наступним вимогам:
1. Стабільність: програмне забезпечення має бути стабільним і не має
піддаватися збоїв.
2. Безпека: програмне забезпечення має бути безпечним і захищати від
несанкціонованого доступу.
64
3. Простота використання: програмне забезпечення має бути простим у
використанні і не вимагати від користувача спеціальних знань.
4. Розширюваність: програмне забезпечення має бути розширюваним,
щоб можна було додавати нові функції і можливості.
Конкретні вимоги:
1. Підключення до Wi-fi: програмне забезпечення має забезпечувати
підключення до Wi-fi мережі.
2. Керування яскравістю: програмне забезпечення має дозволяти
користувачеві змінювати яскравість лампи.
3. Керування кольором: програмне забезпечення має дозволяти
користувачеві змінювати колір лампи.
4. Безпечне зберігання даних: програмне забезпечення має
забезпечувати безпечне зберігання даних користувача, таких як ім’я мережі
Wi-fi і пароль.
5. Захист від несанкціонованого доступу: програмне забезпечення має
захищати від несанкціонованого доступу до лампи.
6. Зміна режиму роботи лампи: програмне забезпечення може
дозволяти користувачеві змінювати режим роботи лампи, наприклад, з
режиму “освітлення” в режим “охорона”.
7. Підтримка голосового управління: програмне забезпечення може
підтримувати голосове управління, наприклад, за допомогою Amazon Alexa
або Google Assistant.
8. Підключення до розумного будинку: програмне забезпечення може
підключатися до розумного будинку, наприклад, за допомогою системи
HomeKit або SmartThings.

65
3.3. Проектування логічної структури інформаційної системи
управління освітленням Smart-лампи
Програмне забезпечення інформаційної системи управління
освітленням Smart-лампи можна розділити на два основні компоненти:
− керування лампою;
− підключення до Wi-fi.
Керування лампою включає в себе наступні функції:
− налаштування яскравості лампи;
− налаштування кольору лампи.
Налаштування яскравості лампи дозволяє користувачеві змінити
яскравість лампи. Для цього можна використовувати один із наступних
методів:
− змінити значення атрибуту brightness класу Lamp;
− використати метод setBrightness() класу Lamp.
Налаштування кольору лампи дозволяє користувачеві змінити колір
лампи. Для цього можна використовувати один із наступних методів:
− змінити значення атрибуту color класу Lamp;
− використати метод setColor() класу Lamp.
Підключення до Wi-fi дозволяє лампі отримувати доступ до Інтернету.
Для цього необхідно знати ім’я і пароль Wi-fi мережі.
Для підключення до Wi-fi можна використовувати клас WiFi. Для цього
необхідно створити об’єкт класу WiFi і викликати метод connect():

WiFi myWiFi("MySSID", "MyPassword");

myWiFi.connect();

Цей код створить об’єкт myWiFi з ім’ям мережі MySSID і паролем
MyPassword. Потім він викликає метод connect(), який спробує підключитися
до мережі. Якщо підключення успішне, метод connect() поверне значення true.
Підключення до Wi-fi за допомогою налаштування атрибутів ssid і
password класу Lamp.
66
Альтернативним способом підключення до Wi-fi є налаштування
атрибутів ssid і password класу Lamp. Для цього необхідно створити об’єкт
класу Lamp і надати йому значення ім’я і пароль Wi-fi мережі:

Lamp myLamp("MyLamp", 255, 0, 0);

myLamp.ssid = "MySSID";
myLamp.password = "MyPassword";

Цей код створить об’єкт myLamp з ім’ям MyLamp і червоним кольором.
Також він встановить значення MySSID для атрибуту ssid і значення
MyPassword для атрибуту password.
Діаграма класів показує логічну структуру інформаційної системи
управління освітленням Smart-лампи:

classDiagram
class Lamp {
- name: String
- brightness: int
- color: int

+ connectToWiFi(ssid: String, password: String)
+ setBrightness(brightness: int)
+ setColor(color: int)
}

class WiFi {
- ssid: String
- password: String

+ connect()
}

Lamp o—WiFi

Ця діаграма показує, що програмне забезпечення складається з двох
класів:
− клас Lamp відповідає за управління лампою.
− клас WiFi відповідає за підключення до Wi-fi мережі;
Класи Lamp і WiFi пов’язані між собою за допомогою асоціації. Це
означає, що клас Lamp має відношення до класу WiFi.

67
3.4. Архітектурне проектування інформаційної системи управління
освітленням Smart-лампи
Діаграма компонент − це вид діаграми UML, який використовується для
представлення логічної структури програмного забезпечення. Діаграма
компонент показує, як компоненти програмного забезпечення взаємодіють
один з одним.
Компонент − це фізична або логічна частина програмного забезпечення,
яка може бути розроблена, протестована та розгорнута незалежно від інших
компонентів. Компоненти можуть бути класами, модулями, бібліотеками або
іншими структурами програмного забезпечення.
Відношення − це зв’язок між двома або більше компонентами.
Відношення можуть бути різних типів, наприклад, асоціація, агрегація,
композиція та інші.
Наприклад, діаграма компонент може бути використана для
представлення логічної структури програмного забезпечення Smart-лампи. У
цьому випадку компонентами можуть бути:
− клас Lamp, який відповідає за управління лампою;
− клас WiFi, який відповідає за підключення до Wi-fi мережі.
Діаграма компонент для цього прикладу може бути представлена
наступним чином:

componentDiagram
component Lamp
component WiFi

Lamp – WiFi

Ця діаграма показує, що компоненти Lamp і WiFi взаємодіють один з
одним за допомогою асоціації. Це означає, що компонент Lamp має
відношення до компонента WiFi.
Діаграми компонент можуть бути використані для різних цілей,
наприклад, для:
− розуміння логічної структури програмного забезпечення;
68
− планування розробки програмного забезпечення;
− виконання рефакторингу програмного забезпечення;
− розробка тестів для програмного забезпечення.
3.5. Моделювання поведінки Smart-лампи
Діаграма діяльності (activity diagram) в UML − це візуальне
представлення графу діяльностей. Граф діяльностей є різновидом графу станів
скінченного автомату, вершинами якого є певні дії, а переходи відбуваються
по завершенню дій.
Діаграми діяльності використовуються для моделювання поведінки
системи або процесу.
Вони можуть бути використані для:
− опису логіки бізнес-процесу;
− моделювання алгоритму;
− опису функціональності системи.
Основні елементи діаграми діяльності:
1. Діяльність − це блок, який представляє певну задачу або процес. Дії
можуть бути простими або складними. Прості дії виконуються за один крок, а
складні дії можуть містити в собі інші дії.
2. Перехід − це лінія, яка з’єднує дві діяльності. Переходи показують,
як система переходить від однієї діяльності до іншої. Переходи можуть бути
тригерованими подією, умовою або часом.
3. Початок − це спеціальна діяльність, яка позначає початок графу
діяльностей.
4. Кінець − це спеціальна діяльність, яка позначає кінець графу
діяльностей.
Наведемо приклад діаграми діяльності на рис. 3.2.
69

Рисунок 3.2 – Приклад діаграми діяльності
Ця діаграма діяльності описує процес бронювання квитка на літак.
Діаграма починається з діяльності “Увійти в систему”, потім переходить до
діяльності “Оберіть рейс”, і так далі. Діаграма закінчується діяльністю
“Отримати посадковий талон”.
Діаграми діяльності можуть бути використані для моделювання
поведінки системи на різних рівнях деталізації. Вони можуть бути використані
для моделювання загальної поведінки системи, або для моделювання деталей
конкретного алгоритму.
Зазначимо деякі переваги використання діаграм діяльності:
− вони допомагають візуалізувати поведінку системи або процесу;
− вони допомагають зрозуміти логіку системи або процесу;
− вони можуть бути використані для документування системи або
процесу.
70
Діаграма послідовності − це вид діаграми UML, яка використовується
для моделювання взаємодії об’єктів у часі. Діаграми послідовності показують,
які об’єкти взаємодіють, які повідомлення вони обмінюються, і в якому
порядку вони обмінюються.
Основні елементи діаграми послідовності:
1. Об’єкт: це вертикальна лінія, яка представляє об’єкт. Об’єкти
позначаються іменем об’єкта, а також, можливо, класом об’єкта.
2. Лінія життя: це вертикальна лінія, яка представляє період часу,
протягом якого об’єкт існує в системі. Лінія життя об’єкта починається з
моменту створення об’єкта і закінчується моментом його знищення.
3. Повідомлення: це горизонтальна лінія, яка представляє
повідомлення, яке обмінюється між об’єктами. Повідомлення позначаються
іменем повідомлення, а також, можливо, параметрами повідомлення.
Приклад діаграми послідовності (рис. 3.3):

Рисунок 3.3 – Приклад діаграми послідовності
Ця діаграма послідовності описує взаємодію між об’єктами
“Користувач” і “Система”. Діаграма починається з того, що користувач
запускає програму. Системний об’єкт запитує у користувача його ім’я та
пароль. Користувач вводить ім’я та пароль і натискає кнопку “Увійти”.
71
Системний об’єкт перевіряє ім’я та пароль користувача. Якщо ім’я та пароль
є правильними, системний об’єкт дозволяє користувачеві увійти в систему.
Якщо ім’я та пароль є неправильним, системний об’єкт показує повідомлення
про помилку.
Діаграми послідовності використовуються для різних цілей, включаючи:
− моделювання поведінки системи;
− документування системи;
− тестування системи;
− розробка системи;
Діаграми послідовності мають ряд переваг, включаючи:
− вони допомагають візуалізувати взаємодію об’єктів;
− вони допомагають зрозуміти логіку системи;
− вони можуть бути використані для документування системи;
− вони можуть бути використані для тестування системи;
− вони можуть бути використані для розробки системи.
3.6. Проектування і розробка бази даних інформаційної системи
управління освітленням Smart-лампи
3.6.1 Розробка концептуальної моделі предметної області
Концептуальна модель − це абстрактна модель, яка представляє
інформацію про предметну область у вигляді набору понять та їх
взаємозв’язків. Концептуальна модель не залежить від будь-якої конкретної
технології реалізації.
Концептуальні моделі використовуються в різних областях, включаючи:
− проектування баз даних: концептуальна модель є першим етапом
процесу проектування бази даних. Вона використовується для визначення
основних сутностей та взаємозв’язків в предметній області;
− системний аналіз: концептуальна модель використовується для
опису функціональності системи та її взаємодії з навколишнім середовищем;
72
− документування: концептуальна модель може бути використана для
документування інформації про предметну область.
Концептуальні моделі можуть бути представлені в різних формах, але
найпоширенішою формою є модель сутностей і зв’язків (ER-модель). ER-
модель складається з таких елементів:
1. Сутності − це основні об’єкти в предметній області.
2. Атрибути − це характеристики сутностей.
3. Зв’язки − це відносини між сутностями.
Наприклад, концептуальна модель для предметної області “Замовлення”
може бути представлена в такий спосіб:
Сутності:
− замовлення;
− клієнт;
− товар/
Атрибути:
− замовлення: номер замовлення, дата замовлення, сума замовлення;
− клієнт: ім’я клієнта, адреса клієнта, телефон клієнта;
− товар: назва товару, код товару, ціна товару/
Зв’язки:
− замовлення має одного клієнта;
− замовлення містить один або кілька товарів.
Концептуальна модель є важливою частиною процесу моделювання.
Вона допомагає зрозуміти структуру предметної області та визначити основні
вимоги до системи.
Діаграма концептуальної моделі (CDM) − це візуальне представлення
концептуальної моделі. Вона використовується для документування
інформації про предметну область та її взаємозв’язків.
Наприклад, CDM для предметної області “Замовлення” може бути
представлена в такий спосіб (рис. 3.4).
73

Рисунок 3.4 – Приклад атрибутів
3.6.2 Розробка логічної моделі бази даних
Логічна модель бази даних – це опис даних, які будуть зберігатися в базі
даних, у термінах структур даних, таких як таблиці, поля та зв’язки. Логічна
модель не залежить від жодної конкретної бази даних чи технології зберігання
даних.
Логічна модель розробляється на основі концептуальної моделі, яка є
більш абстрактною моделлю даних, яка не залежить від жодної конкретної
технології.
Логічна модель використовується для таких цілей:
− опис даних, які будуть зберігатися в базі даних;
− планування структури бази даних;
− створення схеми бази даних.
Логічна модель може бути представлена в різних формах, але
найпоширенішою формою є реляційна модель даних.
74
Реляційна модель даних складається з таких елементів:
1. Таблиці – це структури даних, які складаються з рядків і стовпців.
Рядки представляють записи даних, а стовпці представляють атрибути даних.
2. Поля – це окремі комірки даних у таблиці.
3. Зв’язки – це відносини між таблицями.
Наприклад, логічна модель для предметної області може бути
представлена в такий спосіб (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Приклад логічної моделі
Ця логічна модель показує, що таблиця “Замовлення” містить три поля:
номер замовлення, дата замовлення і сума замовлення. Таблиця “Клієнт”
містить три поля: ім’я клієнта, адреса клієнта і телефон клієнта. Зв’язок
“Відноситься до” є зв’язком 1:1 між таблицями “Замовлення” і “Клієнт”. Це
означає, що кожне замовлення має одного клієнта, і кожен клієнт може мати
лише одне замовлення.
Логічна модель є важливою частиною процесу проектування бази даних.
Вона допомагає зрозуміти структуру даних, які будуть зберігатися в базі
даних, і визначити оптимальну структуру для бази даних.
75
3.6.3 Розробка фізичної моделі бази даних
Фізична модель бази даних – це опис даних, які будуть зберігатися в базі
даних, у термінах конкретного продукту бази даних або технології зберігання
даних. Фізична модель залежить від конкретної бази даних або технології
зберігання даних, яка буде використовуватися для реалізації бази даних.
Фізична модель розробляється на основі логічної моделі, яка є більш
абстрактною моделлю даних, яка не залежить від жодної конкретної
технології. Фізична модель використовується для таких цілей:
− опис даних, які будуть зберігатися в базі даних.
− планування фізичної структури бази даних.
− створення фізичної схеми бази даних.
Фізична модель може бути представлена в різних формах, але
найпоширенішою формою є опис структури таблиць, полів і зв’язків у
реляційній базі даних.
Наприклад, фізична модель для предметної області може бути
представлена в такий спосіб (рис. 3.6).

Рисунок 3.6 – Приклад фізичної моделі
Ця фізична модель показує, що таблиця “Замовлення” містить три поля:
номер замовлення, дата замовлення і сума замовлення. Поля “номер
замовлення” і “сума замовлення” мають тип даних int, а поле “дата
76
замовлення” має тип даних datetime. Таблиця “Клієнт” містить три поля: ім’я
клієнта, адреса клієнта і телефон клієнта. Поля “ім’я клієнта”, “адреса клієнта”
і “телефон клієнта” мають тип даних varchar(255). Зв’язок “Відноситься до” є
зв’язком 1:1 між таблицями “Замовлення” і “Клієнт”. Це означає, що кожне
замовлення має одного клієнта, і кожен клієнт може мати лише одне
замовлення.
Фізична модель є важливою частиною процесу проектування бази
даних. Вона допомагає зрозуміти, як дані будуть фізично зберігатися в базі
даних, і визначити оптимальну структуру для бази даних.
Розглянемо фактори, які слід враховувати при розробці фізичної моделі
бази даних:
1. Тип бази даних. Фізична модель буде відрізнятися залежно від типу
бази даних, яка буде використовуватися. Наприклад, фізична модель для
реляційної бази даних буде відрізнятися від фізичної моделі для документо-
орієнтованої бази даних.
2. Технологія зберігання даних. Фізична модель буде відрізнятися
залежно від технології зберігання даних, яка буде використовуватися.
Наприклад, фізична модель для бази даних, яка зберігається на локальному
диску, буде відрізнятися від фізичної моделі для бази даних, яка зберігається
в хмарі.
3. Виконавчі вимоги. Фізична модель повинна відповідати вимогам
продуктивності і масштабованості системи.
4. Безпека. Фізична модель повинна забезпечувати безпеку даних.
При розробці фізичної моделі слід дотримуватися таких правил:
− використовуйте стандартизовані терміни та символи;
− послідовно застосовуйте правила моделювання;
− перевіряйте фізичну модель на предмет точності та повноти.
77
Висновки
1. Проведено моделювання предметної області. Розроблені логічна,
концептуальна моделі предметної області, відповідно до яких запропонована
фізична модель бази даних інформаційної системи.
2. Розроблені діаграми поведінки інформаційної системи, що
дозволить користувачам Smart-лампи з управлінням по Wi-fi не лише
ефективно управляти освітленням, а й використовувати додаткові функції,
такі як налаштування інтенсивності світла, зміна кольору тощо, що робить їх
більш адаптивними до індивідуальних потреб користувачів. Також здатність
точного контролю освітлення та автоматизація роботи Smart-ламп в
залежності від зовнішніх умов забезпечить зменшення витрат електроенергії
й заощадить кошти користувачів.

РОЗДІЛ 4. ПРОЕКТУВАННЯ SMART-ЛАМПИ З УПРАВЛІННЯМ ПО
WI-FI НА ПЛАТФОРМІ ARDUINO
4.1. Вибір інструментальних засобів розробки Smart-лампи з
управлінням по Wi-fi на платформі Arduino
Для розробки Smart-лампи, з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino, можна використовувати такі інструментальні засоби:
− IDE Arduino − це офіційна середовище розробки для Arduino. Воно
містить всі необхідні інструменти для створення і налагодження програм для
Arduino.
− PlatformIO − це відкрите середовище розробки для Arduino, яке
підтримує широкий спектр плат Arduino і мікроконтролерів.
− Visual Studio Code − це універсальне середовище розробки, яке
можна використовувати для розробки програм для Arduino.
IDE Arduino є найбільш простим і доступним інструментом для
розробки Smart-лампи на платформі Arduino. Воно має простий інтерфейс і
містить всі необхідні інструменти для створення і налагодження програм для
Arduino.
PlatformIO є більш потужним інструментом, ніж IDE Arduino. Воно
підтримує широкий спектр плат Arduino і мікроконтролерів, а також дозволяє
створювати програми для різних платформ, включаючи Arduino, ESP8266,
ESP32 і інші.
Visual Studio Code є універсальним середовищем розробки, яке можна
використовувати для розробки програм для Arduino. Воно має широкий спектр
функцій і можливостей, але може бути складним у використанні для
початківців.
Наведемо фактори, які слід враховувати при виборі інструментального
засобу розробки для Smart-лампи на платформі Arduino:
1. Складність програми: Якщо програма для Smart-лампи проста, то
IDE Arduino може бути достатнім інструментом. Якщо програма складна, то
79
PlatformIO або Visual Studio Code можуть бути більш підходящими
інструментами.
2. Доступність: IDE Arduino є безкоштовним і доступним для всіх.
PlatformIO і Visual Studio Code також є безкоштовними, але можуть вимагати
додаткових витрат, якщо слід використовувати додаткові функції і
можливості.
3. Володіння: Якщо розробник вже знайомий з IDE Arduino, то це може
бути найкращим вибором. Якщо розробник не знайомий з жодним з цих
інструментів, то варто спробувати IDE Arduino, PlatformIO або Visual Studio
Code, щоб визначити, який з них найбільше підходитиме.
Зазначимо рекомендації щодо вибору інструментального засобу
розробки для Smart-лампи на платформі Arduino:
− для простих програм: IDE Arduino;
− для складних програм: PlatformIO або Visual Studio Code;
− для початківців: IDE Arduino;
− для досвідчених розробників: PlatformIO або Visual Studio Code.
4.1. Середовище розробки Arduino IDE
В рамках проекту Arduino було створено програмне забезпечення, що
відповідає основним вимогам типового середовища IDE. Це не потужне
програмне забезпечення, як наприклад Eclipse або NetBeans, а проста,
функціональна програма, яка дозволяє писати, компілювати і завантажувати
програму до мікроконтролера [19].
Проста структура середовища Arduino IDE є перевагою, так як
забезпечує швидке освоєння програми і перехід до розробки додатків для
Arduino. Незважаючи на свою простоту і інтуїтивно зрозуміле управління,
варто звернути увагу на найбільш важливі елементи програми.
Після запуску програми з’являються чотири основних функціональних
елементи:
− меню програми;
80
− панель швидкого доступу до найбільш важливих функцій;
− редактор (для розміщення коду програми);
− панель повідомлень і статусу програми.
Меню програми дозволяє здійснювати управління проектом, наприклад,
створення нового проекту, збереження поточного, друк на принтері вихідного
коду.
Цікавою особливістю програми є вбудований набір прикладів програм.
Це дуже зручно, так як приклади програм можна відразу перевірити,
завантаживши їх до мікроконтролера. При необхідності можливо зберегти
приклад і змінити його відповідно до потреб користувача [20].
Меню “Файл” (рис. 4.1) і меню “Правка” (рис. 4.2) містять стандартні
параметри.

Рисунок 4.1 – Меню “Файл”
81

Рисунок 4.2 – Меню “Правка”
Меню “Скетч” (рис. 4.3) містить параметри для компіляції проекту і
імпорту необхідних бібліотек.

Рисунок 4.3 – Меню “Скетч”
Цікавим і корисним елементом IDE є меню “Інструменти” (рис. 4.4), яке
включає в себе функції автоматичного форматування коду, архівування
проекту, включення монітора послідовного порту (USB в Arduino
розглядається як звичайний послідовний порт).
82

Рисунок 4.4 – Меню “Інструменти”
Найбільш важливим елементом меню “Інструменти” є можливість
вибору відповідної плати, тобто системи Arduino підключеної до комп’ютера.
У списку знаходяться всі офіційні версії Arduino. Якщо тип плати відсутній в
списку, то є можливість додати її, змінивши один з файлів програми.
У меню “Інструменти” також потрібно встановити порт, до якого
підключена плата Arduino. Пакет Arduino IDE сам визначає порт, але іноді
потрібно вручну встановити номер порту в налаштуваннях.
За допомогою Arduino IDE можна також завантажити, тобто
запрограмувати завантажувач (Bootloader) для нового, чистого
мікроконтролера Atmega, що дозволяє клонувати чіпи або просто замінити
несправний мікроконтролер в Arduino [19].
Для нормальної роботи з Arduino IDE використовується панель
швидкого доступу, яка оснащена найбільш важливими кнопками. Це рішення,
що полегшує роботу з пакетом IDE, надає прямий доступ до практично всіх
необхідних параметрів при написанні і тестуванні програми (рис. 4.5).

Рисунок 4.5 – Панель швидкого доступу
83
Вони дозволяють (зліва направо):
− скомпілювати програму (1);
− завантажити програму до мікроконтролера (2) (перед прошивкою
код програми компілюється);
− почати роботу над новим проектом (3);
− відкрити існуючий проект (4);
− зберегти проект на диск (5);
− включити монітор послідовного порту(6).
Додатковим корисним елементом, що знаходяться під кнопкою
включення монітора послідовного порту – це меню для управління
вкладками (7).
Вкладки в Arduino IDE спрощують написання складних проектів, а
також так само дозволяють працювати з декількома проектами
одночасно (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 – Меню управління вкладками
Найбільша частина вікна програми призначена для написання
безпосередньо самого коду програми. Редактор в Arduino IDE не дуже
просунутий, але має найважливіші елементи, що дозволяють полегшити
написання простих програм. До таких елементів можна віднести підсвічування
синтаксису і блоків (дужки). Це не багато, але достатньо для простих проектів.
Останнім елементом програми є вікно повідомлень і статусу. Видима
там інформація дозволяє користувачеві знайти помилки в програмному коді і
отримати підтвердження про завершення компіляції та завантаження
програми до мікроконтролера [20].
84
Підводячи підсумок можна сказати, що Arduino ID – це простий
програмний пакет, який дозволяє запрограмувати будь-яку відому плату
Arduino, комунікувати з послідовним портом і легко управляти проектами.
4.2. Інші середовища розробки
На даний час існують і аналоги середовища розробки Arduino IDE, одим
з таких аналогів є програма “FLProg”, основною метою створення даної
програми було включення в коло користувачів плат Arduino людей
незнайомих з програмуванням.
Програма “FLProg” дозволяє створювати прошивки для плат Arduino за
допомогою графічних мов FBD (Function Block Diagram) і LAD (Ladder
Diagram), які є стандартом в області програмування промислових контролерів.
FBD – графічна мова програмування стандарту МЕК 61131-3. Програма
утворюється зі списку ланцюгів, які виконуються послідовно зверху вниз. При
програмуванні використовуються набори бібліотечних блоків.
Блок (елемент) – це підпрограма, функція або функціональний блок
(І, АБО, НЕ, тригери, таймери, лічильники, блоки обробки аналогового
сигналу, математичні операції і ін.). Кожен окремий ланцюг являє собою
вираз, складений графічно з окремих елементів. До виходу блоку
підключається наступний блок, утворюючи ланцюг. Всередині ланцюга блоки
виконуються строго в порядку їх сполучення. Результат обчислення ланцюга
записується у внутрішню змінну або подається на вихід контролера.
LAD – мова релейної (сходової) логіки. Синтаксис мови зручний для
заміни логічних схем, виконаних на релейній техніці. Мова орієнтована на
інженерів по автоматизації, які працюють на промислових підприємствах.
Забезпечує наочний інтерфейс логіки роботи контролера, який полегшує не
тільки завдання власне програмування і введення в експлуатацію, але і
здійснює швидкий пошук неполадок в підключеному до контролера
обладнанні.
85
Програма на мові релейної логіки має наочний і інтуїтивно зрозумілий
інженерам-електрикам графічний інтерфейс, який представляє логічні
операції, як електричний ланцюг з замкнутими і роз’єднаними контактами.
Перебіг або відсутність струму в цьому ланцюзі відповідає результату логічної
операції (істина – якщо струм є; хиба – якщо струму немає).
Основними елементами мови є контакти, які можна образно порівняти з
парою контактів реле або кнопки. Пара контактів ототожнюється з логічною
змінною, а стан цієї пари – зі значенням змінної.
Розрізняються нормально замкнуті і нормально розімкнені контактні
елементи, які можна зіставити з нормально замкнутими і нормально
розімкнутими кнопками в електричних ланцюгах.
Проект в “FLProg” являє собою набір плат, на кожній, з яких зібрано
закінчений модуль загальної схеми. Для зручності роботи кожна плата має
найменування і коментарі. Також кожну плату можна згорнути (для економії
місця на робочій зоні, коли робота над нею закінчена), і розгорнути. Червоний
індикатор в найменуванні плати вказує на те, що в схемі плати є помилки.
Вид вікна програми в режимі мови FBD показано на рис. 4.7.

Рисунок 4.7 – Вид вікна програми в режимі мови FBD
86
Вид вікна програми в режимі мови LAD представлено на рис. 4.8.

Рисунок 4.8 – Вид вікна програми в режимі мови LAD
Схема кожної плати збирається з функціональних блоків відповідно до
логіки роботи контролера. Більшість функціональних блоків мають
можливість налаштувань, за допомогою яких їх роботу можна налаштувати
відповідно до необхідних в даному конкретному випадку вимог (рис. 4.9).

Рисунок 4.9 – Меню налаштувань
87
Так само для кожного функціонального блоку є розгорнутий опис, який
доступний в будь-який момент й допомагає розібратися в його роботі та
налаштуванні (рис. 4.10).

Рисунок 4.10 – Меню інформації
При роботі з програмою користувачу немає необхідності займатися
написанням коду, контролем за використанням входів/виходів, перевіркою
унікальності імен та узгодженістю типів даних. За всім цим стежить програма.
Також вона перевіряє правильність проекту в цілому й вказує на наявність
помилок.
Для роботи з зовнішніми пристроями створено кілька допоміжних
інструментів. Це інструмент ініціалізації та встановлення годинника
реального часу, інструменти для читання адрес пристроїв на шинах OneWire і
I2C, а також інструмент для читання і збереження кодів кнопок на ІЧ пульті.
Всі конкретні дані можна зберегти у вигляді файлу і в подальшому
використовувати в програмі.
Також існує ще однасучасна альтернатива Arduino IDE – це середовище
розробки “PlatformIO IDE”.
88
Це середовище розробки крос-платформних кодів і менеджер бібліотеки
з платформами, такими як підтримка Arduino або MBED. Розробники подбали
про інструменти, відлагодження, фреймворки, які працюють на
найпопулярніших платформах, таких як Windows, Mac і Linux.
“PlatformIO” підтримує більше 200 плат розробки разом з більш ніж
15 платформами розробки і 10 рамками. Таким чином, більшість популярних
плат охоплені. Розробники виконали важку роботу з організації та управління
сотнями бібліотек, які можна включити до проекту. Також багато прикладів
дозволяють швидко розвиватися. “PlatformIO” спочатку був розроблений з
філософією командного рядка. Він успішно використовується з іншими
середовищами, наприклад, Eclipse або Visual Studio.
“PlatformIO” не залежить від платформи, в якій він працює. Насправді,
єдиною вимогою є Python, який існує майже всюди. Це означає, що проекти
“PlatformIO” можна легко перенести з одного комп’ютера на інший, а також,
що “PlatformIO” дозволяє легко обмінюватися проектами між членами
команди, незалежно від операційної системи, з якою вони прагнуть
працювати.
Крім того, “PlatformIO” може працювати не тільки на часто
використовуваних настільних комп’ютерах/ноутбуках, але й на серверах без
Window System. Хоча сама “PlatformIO” є консольним додатком, вона може
бути використана в комбінації з улюбленою областю і робочим IDE або
текстовим редактором, таких як платформа IDE для Atom, CLion, Eclipse,
Emacs, NetBeans, Qt Creator, Sublime Text, VIM, Visual Studio, PlatformIO IDE
для VSCode і т.д.
Добре те, що PlatformIO може працювати на різних операційних
системах. Але що більш важливо, з точки зору розвитку, принаймні, є список
підтримуваних плат і мікрокоманд. Для того, щоб зберегти елементи:
“PlatformIO” підтримує приблизно 200 вбудованих плат і всі основні плати
розширення.
89
Не заглиблюючись у деталі впровадження “PlatformIO”, робочий цикл
проекту, розробленого з використанням PlatformIO, такий:
− користувачі обирають плати, зацікавлені в “platformio.ini” (файл
конфігурації проекту);
− виходячи з цього списку плат, “PlatformIO” завантажує необхідні
інструменти і встановлює їх автоматично;
− користувачі розробляють код і “PlatformIO” переконується, що він
компілюється, готує і завантажує код до мікроконтролера.
4.3. Обґрунтування вибору середовища розробки для Smart-лампи
Для виконання кваліфікаційної роботи щодо розробки самої Smart-
лампи з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino перевага була ввідана
середовищу розробки Arduino IDE.
Це пов’язане з такими причинами:
1. Середовище розробки Arduino IDE має досить зрозуміли інтерфейс,
навіть початківець і людина, яка вперше працює з платформою Arduino зможе
легко розібратись у цій програмі.
2. У цьому середовищі існує багато потрібних функцій (наприклад,
підсвічування коду). Також є швидке меню, за допомогою якого можна
швидко скомпілювати чи завантажити скетч на платформу.
3. В Arduino IDE швидке завантаження скетчів до плати, не більше
1 хвилини.
4. Для Arduino є множина різних бібліотек, як для складних завдань
(робота з SD-картками, LCD, парсинг GPS-даних), так і для простих проблем,
як, наприклад, усунення брязкоту кнопок.
5. До Arduino можна підключити масу всіляких сенсорів, АЦП
дозволяє отримувати аналогові дані (наприклад, датчик температури), а
вбудовані інтерфейси SPI і I2C дозволяють працювати з 99 % всіляких
датчиків.
90
Іноді дуже цікаво бачити додаткову плату BeagleBoard, до якої
доводиться підключати Arduino, тільки щоб отримувати дані з якого-небудь
датчика.
Головні переваги Arduino – це простота, відкритість і швидкість
входження в середовище розробки.
Всього майже 10 хвилин на ознайомлення і вже можна починати
програмувати.
4.4. Мова програмування C++ та переваги її використання
Платформа Arduino, завдяки середовищу розробки Arduino IDE
програмується мовою програмування С++.
C++ – це мова програмування високого рівня з підтримкою кількох
парадигм програмування: об’єктно-орієнтованої, узагальненої та процедурної.
Розроблена Б’ярном Страуструпом (англ. Bjarne Stroustrup) в AT&T Bell
Laboratories (Мюррей-Хілл, Нью-Джерсі) 1979 р. та початково отримала назву
«Сі з класами». Згодом Страуструп перейменував мову на C++ у 1983 р.
Базується на мовіС. Вперше описана стандартом ISO/IEC 14882:1998,
найбільш актуальним же є стандарт ISO/IEC 14882:2014 [21].
У 1990-х роках С++ стала однією з найуживаніших мов програмування
загального призначення. Мову використовують для системного
програмування, розробки програмного забезпечення, написання драйверів,
потужних серверних та клієнтських програм, а також для розробки
розважальних програм, наприклад, відеоігор. С++ суттєво вплинула на інші
популярні сьогодні мови програмування: С# та Java.
Переваги мови C++:
− швидкодія. Швидкість роботи програм на С++ практично не
поступається програмам на С, хоча програмісти отримали в свої руки нові
можливості та нові засоби;
− масштабованість. На мові C++ розробляють програми для
найрізноманітніших платформ і систем;
91
− можливість роботи на низькому рівні з пам’яттю, адресами, портами.
(при необережному використанні ця перевага може легко перетворитися на
недолік);
− можливість створення узагальнених алгоритмів для різних типів
даних, їх спеціалізація, та обчислення на етапі компіляції, з використанням
шаблонів;
− підтримуються різні стилі та технології програмування, включаючи
традиційне директивне програмування, об’єктно-орієнтоване, узагальнене
програмування, метапрограмування (шаблони, макроси) [21].
Порівняння C++ з мовами Java і C#:
Мова С++ з появою перших трансляторів знайшла відразу ж дуже
широке розповсюдження, на ній було створено величезну кількість програм і
застосунків. У міру накопичення досвіду створення великих програмних
систем спливли недоліки, які спонукали до пошуку альтернативних рішень.
Таким альтернативним рішенням стала мова Java, яка в деяких галузях стала
конкурувати у популярності з C++, а фірма Microsoft запропонувала мову C#
як нову мову, що розвиває принципи C++ і що використовує переваги мови
Java. Надалі з’явилася мова Nemerle, що об’єднує переваги C# з можливістю
функціонального програмування. Останнім часом з’явилася спроба
об’єднання ефективності C++, безпеки і швидкості розробки, як в Java і C# –
була запропонована мова D, яка поки не отримала широкого визнання.
Мова Java має такі особливості, яких немає в мові C++:
Java – є типобезпечною мовою. Типобезпека гарантує відсутність у
програмах помилок, які важко знайти і які пов’язані з неправильною
інтерпретацією пам’яті комп’ютера. Це робить процес розробки надійнішим
та передбачуваним, а отже швидшим. Так само це дозволяє залучати до
розробки програмістів, що мають меншу кваліфікацію і мати великі групи
розробників [22].
Java-код компілюється спочатку не в машинний код, а в певний
проміжний код, який надалі інтерпретується або компілюється, тоді як багато
92
C++ компіляторів орієнтовані на компіляцію в машинний код заданої
платформи.
У мові Java є чіткі певні стандарти на введення/виведення, графіку,
геометрію, діалог, доступ до баз даних і інших типових застосувань. Завдяки
цим особливостям, додатки на Java мають значно кращу кросплатформність,
ніж С++, і часто, будучи написані для певного комп’ютера і операційної
системи, працюють під іншими системами без змін. Програмісти, що пишуть
на мові Java, не залежать від пакетів, нав’язаних розробниками компіляторів
на дане конкретне середовище, що різко спрощує портування програм.
У мові Java реалізовано повноцінне збирання сміття, якого немає в C++.
Немає в С++ і засобів перевірки правильності вказівників. З іншого боку, C++
володіє набором засобів (конструктори і деструктори, стандартні шаблони,
посилання), що дозволяють майже повністю виключити виділення і
звільнення пам’яті вручну і небезпечні операції з вказівниками. Проте таке
виключення вимагає певної культури програмування, тоді як в мові Java воно
реалізується автоматично [22].
Мова Java є чисто об’єктно-орієнтованою, тоді як C++ підтримує як
об’єктно-орієнтоване, так і процедурне програмування.
В C++ відсутня повноцінна інформація про типи під час
виконання RTTI (Run-Time Type Information, Run-Time Type Identification,
динамічна ідентифікація даних). Цю можливість можна було б реалізувати в
C++, маючи повну інформацію про типи під час компіляції.
У C++ є можливість введення призначеного для користувача синтаксису
за допомогою #define, що може привести до того, що модулі у великих пакетах
програм стають сильно пов’язані один з одним. Це різко знижує надійність
пакетів і можливість організації розділених модулів. З іншого боку, С++ надає
достатньо засобів (константи, шаблони, вбудовані функції) для того, щоб
практично повністю виключити використання #define [21].
Ці відмінності призводять до запеклих суперечок між прихильниками
двох мов про те, яка мова найкраща. Прихильники Java вважають ці
93
особливості перевагами; прихильники C++ вважають, що у багатьох випадках
ці особливості є недоліками, зокрема:
Ціною переносимості є вимога наявності на комп’ютері віртуальної
Java-машини, що приводить до уповільнення обчислень і практичної
неможливості використання нових можливостей апаратної архітектури.
1. Збирання сміття призводить до втрати ефективності.
2. Стандарти на графіку, доступ до баз даних тощо є недоліком, якщо
програміст хоче визначити свій власний стандарт.
3. Вказівники у багатьох випадках є могутнім, або навіть необхідним
засобом, а їхнє безконтрольне використання небезпечне лише в невмілих
руках.
4. Підтримка процедурного програмування є корисним.
Далеко не всі програмісти є прихильниками однієї з мов. На думку
більшості програмістів, Java і C++ не є конкурентами, тому що мають різні
галузі застосування.
Інші вважають, що вибір мови для багатьох завдань є питанням
особистого смаку.
4.5. Розробка інструкції користувача для Smart-лампи
Керування лампою можливе двома способами:
− за допомогою додатку на смартфоні “Fire Lamp”;
− через сенсорну кнопку на корпусі Smart-лампи.
Цей додаток інтуїтивно зрозумілий, зазначимо основні особливості його
для його використання.
Для початку потрібно натиснути на кнопку зображену на рис. 4.11, яка
надає доступ до розширених можливостей.
94

Рисунок 4.11 – Кнопка “Розширенні можливості”
додатку “Fire Lamp”
Потім у випадаючий вкладці вибираємо пункт “З’єднання”, який
показано на рис. 4.12.

Рисунок 4.12 – Вибір пункту меню “З’єднання”
додатку “Fire Lamp”
95
У цьому вікні користувачу потрібно натиснути спочатку на кнопку
“Знайти”, а потім на саму IP-адресу (рис. 4.13).

Рисунок 4.13 – Перелік світлових ефектів, зміна налаштувань,
вибір “IP-адреси” в додатку “Fire Lamp”
Результатом підключення додатку до Smart-лампи є поява відповідного
повідомлення (рис. 4.14).

Рисунок 4.14 – Інтерфейс додатку “Fire Lamp”
96
Завдання налаштувань для Smart-лампи через сенсорну кнопку на
корпусі (рис. 4.15).

Рисунок 4.15 – Керування на пряму через сенсорну кнопку Smart-лампи
4.6. Структурна схема Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino
Запропонована структурна схема Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino за допомогою контролера WeMoS D1 Mini та адресної
світлодіодної матриці WS28812b 16 × 16 LED представлена на рис. 4.16.
Для проектування самої Smart-лампи з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino знадобились такі елементи як:
− плата контролера WeMoS D1 Mini;
− адресна світлодіодна матриця WS28812b 16 × 16 LED;
− блок живлення 5 В 3 А;
− конденсатор 470UF 6,3 В;
− сенсорна кнопка TTP223В.
Після чого варто помістити готову конструкцію в корпус.
Використання світлодіодної матриці WS2812B в запропонованій Smart-
лампі з управлінням по Wi-fi надає широкі можливості щодо створення
97
світлових ефектів та візуалізації різноманітних візерунків, наприклад таких, як
ефект вогню.

Рисунок 4.16 – Вдосконалена структурна модель Smart-лампи
з управлінням по Wi-fi на платформі Arduino
Також розроблена Smart-лампа з управлінням по Wi-fi є значно
дешевшою у грошовому еквіваленті, що зробить її більш доступною для будь-
якого споживача на ринку готової продукції.
Висновки
1. Розроблено інформаційну систему управління освітленням, що
дозволить забезпечити більшу зручність та ефективність керування
освітленням Smart-лампи з управлінням по Wi-fi завдяки можливості
налаштування освітлення, зміни кольору та інших функцій у вигляді
мобільного додатку для користувачів. Крім того, вона відкриває можливості
для інтеграції з іншими Smart-пристроями, що сприяє створенню цілісної
екосистеми будику;
2. Вдосконалено структурну модель Smart-лампи на базі платформи
Arduino, розкрито необхідні компоненти та їх взаємодію.
ВИСНОВКИ
В кваліфікаційній роботі магістра вирішена науково-технічна задача
підвищення ефективності Smart-ламп з управлінням по Wi-fi на платформі
Arduino за рахунок огляду та аналізу існуючих моделей Smart-ламп з
управлінням по Wi-fi, що представлені на ринку, системного аналізу
функціональних можливостей інформаційних систем управління освітленням
до них, вдосконаленню структурної моделі Smart-лампи на базі платформи
Arduino, розробки інформаційної системи управління освітленням, що
дозволить забезпечити більшу зручність та ефективність керування
освітленням Smart-лампи з управлінням по Wi-fi завдяки використанню
запропонованої функціональної інформаційної системи у вигляді мобільного
додатку для користувачів.
У результаті виконання досліджень отримано наступні наукові і
практичні результати:
− систематизована інформація про існуючі моделі Smart-ламп з
управлінням по Wi-fi, що представлені на ринку, визначено їх технічні
характеристики та функціональні можливості застосування;
− систематизована інформація про функціональні можливості
інформаційних систем управління освітленням Smart-ламп з управлінням
по Wi-fi, визначено переваги та недоліки їх застосування;
− вдосконалено структурну модель Smart-лампи на базі платформи
Arduino, розкрито необхідні компоненти та їх взаємодію.
− розроблено інформаційну систему управління освітленням, що
дозволить забезпечити більшу зручність та ефективність керування
освітленням Smart-лампи з управлінням по Wi-fi завдяки можливості
налаштування освітлення, зміни кольору та інших функцій у вигляді
мобільного додатку для користувачів. Крім того, вона відкриває можливості
для інтеграції з іншими Smart-пристроями, що сприяє створенню цілісної
екосистеми будику;
99
− розроблені діаграми поведінки інформаційної системи, що дозволяє
користувачам Smart-лампи з управлінням по Wi-fi не лише ефективно
управляти освітленням, а й використовувати додаткові функції, такі як
налаштування інтенсивності світла, зміна кольору тощо, що робить їх більш
адаптивними до індивідуальних потреб користувачів. Також здатність точного
контролю освітлення та автоматизація роботи Smart-ламп в залежності від
зовнішніх умов забезпечує зменшення витрат електроенергії й заощаджує
кошти користувачів.
В результаті проведеного дослідження запропонована Smart-лампа з
управлінням по Wi-fi на платформі Arduino, що дозволяє забезпечити
простоту, зручність, доступність та можливість комфортного використання в
побуті. Крім того, Smart-лампа з управлінням по Wi-fi завдяки розробленій
інформаційній системі управління освітленням має змогу налаштування
взаємозв’язку з іншими Smart-пристроями та автоматизувати функціонування
освітлення “розумного будинку”.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Розумна лампа: особливості використання, види, пристрій + огляд
кращих моделей лампочок. Режим доступу : https://sovet-
ingenera.com/elektrika/svetylnik/umnaya-lampa.html
2. Керуючи настроєм за допомогою світла, ви керуєте своїм життям.
Світлодіодні Smart-світильники. Режим доступу :
https://ledmir.com.ua/articles/svetodiodnye_smart_svetilniki
3. LED смарт лампочка Wi-Fi з можливістю. Режим доступу :
https://www.aliexpress.com/item/1005002092053172.html
4. Wi-fi лампочка “Nomi”. Режим доступу :
https://rozetka.com.ua/119496217/p119496217/
5. Smart-світильник з підключенням до сматрфону. Режим доступу :
https://rozetka.com.ua/ua/332811223/p332811223/
6. 3D світильник “Joyver”, нічник, 3D лампа з акриловою пластиною.
Мишко з серцем 3D. Режим доступу : https://prom.ua/ua/p1568758184-svetilnik-
joyver-nochnik.html
7. Panamalar Smart Dusk Lamp. Режим доступу :
https://prom.ua/ua/p1600407001-wifi-proektsionnaya-lampa.html
8. Кутовий LED торшер. Режим доступу :
https://gley.com.ua/ua/Tovary_dlya_doma/Prochaya_tekhnika_dlya_doma/nochnik
i-led-torsheri/uglovoj-led-torsher-led-lampa-led-nochnik-rgb-podsvetka-2m-
sensornyj-pult-upravleniya
9. Світлодіодна розумна лампа Videx. Режим доступу :
https://rozetka.com.ua/ua/214252861/p214252861/
10. Розумна лампочка з підключенням до Вашого смартфону. Режим
доступу : https://rozetka.com.ua/ua/332091322/p332091322/
11. Розумна Wi-Fi Лампа SONOFF. Режим доступу :
https://homesmart.com.ua/umnaya-wi-fi-lampa-sonoff-b05-b-a60-rgb/
12. MIDIAN MDYCTD180. Режим доступу : https://www.xiaomi.ua/
uk/nastilna-muzichna-lampa-xiaomi-midian-mdyctd180/p37224/
101
13. Петін В.О. Проекти з використанням контролера Arduino. Вид. 2-ге
вид. перероб і доп. К., 2015. 464 с.
14. Іго Т. Розумні речі: Arduino, датчики та мережі для зв’язку пристроїв.
Пер. з англ. Вид. 3-тє. К., 2019. 608 с.
15. Марроліс М., Джепсон Б., Уелдін Н. Р. Arduino. Велика книга
рецептів. Пер. з англ. Вид. 3-тє. К., 2021. 896 с.
16. Міні сенсорний датчик TTP223. Режим доступу :
https://erg.com.ua/p473982029-mini-sensornyj-datchik.html
17. Сенсорна кнопка на базі TTP223. Режим доступу :
https://vados3.com.ua/p911543996-sensorna-knopka-bazi.html
18. Дейтел П., Дейтел Х., Уолд А. Android для розробників. Вид. 3-тє. К.,
2016. 512 с.
19. Монк С. Програмуємо Arduino. Професійна робота зі скетчами. К.,
2017. 265 с.
20. Програмування мовою C для AVR та PIC мікроконтролерів. Вид. 2-
ге, перероб. та доп. / Упоряд. Ю. А. Шпак. К., 2011. 544 с.
21. Шилдт Герберт. Java: посібник для початківців. Пер. з англ.
Вид. 7-е. К., 2019. 816 с.
22. Склярук В. Д., Уткіна Т. Ю. Smart-лампа з управлінням по Wi-fi на
платформі Arduino [Електронний ресурс] / [упоряд. : Батраченко О. В.,
Бєляєва С. С., Захарова О. В. та ін.]. Студентська науково-практична
конференція ЧДТУ : зб. тез доповідей, 19–22 квітня 2022 р. М-во освіти і науки
України, Черкас. держ. технол. ун-т. Черкаси : ЧДТУ, 2022. С. 55–56.
23. Склярук В. Д., Уткіна Т. Ю. Дослідження Smart-ламп з управлінням
по Wi-fi на платформі Arduino [Електронний ресурс] / [упоряд. : Єгорова О. В.,
Захарова О. В., Кисельов В. Б. та ін.]. Студентська науково-практична
конференція ЧДТУ : зб. тез доповідей, 18–20 квітня 2023 р. М-во освіти і науки
України, Черкас. держ. технол. ун-т. Черкаси : ЧДТУ, 2023. С. 22.

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