Разработка автоматизированных систем управления на основе IoT-технологий
Конференция: XI Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»
Секция: Информатика, вычислительная техника и управление
XI Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»
Разработка автоматизированных систем управления на основе IoT-технологий
Automation control systems Development on the basis of IoT technologies
Vicktor Knyazev
Cand. tech. Sci., Associate Professor, Penza State University, Russia, Penza
Alexey Afanas'ev
master student, Penza State University, Russia, Penza
Аннотация. В данной статье рассматривается необходимость в использовании дополнительных каналов связи, в беспроводном взаимодействии электронных устройств, в системах «Умный дом», для обеспечения гарантированного информационного обмена.
Abstract: This article discusses the need to use additional communication channels, wireless connection of electronic devices in systems of "Smart house" to guarantee information exchange.
Ключевые слова: Умный дом; беспроводное взаимодействие; автоматизация систем управления; Wi-fi; Bluetooth; GSM; GPRS; IoT-технология.
Keywords: Smart home; wireless communication; automation control systems; Wi-fi; Bluetooth; GSM; GPRS; IoT-technology.
"Интернет вещей" ("Internet of Things" - IoT) представляет собой научную концепцию, определяющую способы взаимодействия различных физических объектов, устройств и систем между собой и с окружающей внешней средой с применением различных технологий связи и стандартов соединения. В настоящее время все более широкую популярность приобретают решения, основанные на принципах технологии IoT для систем управления различного назначения. [1-4]
Такие системы служат для сбора информации с датчиков, обработки данных, управления исполнительными устройствами, передачи различных сигналов и т. п. Важным и перспективным направлением для IoT-технологий является их применение для систем по типу "Умный дом". [5-6]
Вопрос, касающийся беспроводного взаимодействия электронных устройств, в таких системах как «Умный дом» очень важен. Использование беспроводных технологий упрощает жизнь разработчикам и пользователям. Нет необходимости протягивать провода, и использовать дорогостоящее коммутационное оборудование, при перемещении подсистемы из одного места в другое нет необходимости перекладывать проводные соединение. Реализация проводного соединения остается только там, где требуется очень высокая скорость передачи данных.
Спрос на системы "Умный дом" все более возрастает, поскольку в рамках системы "Умный дом" набор домашних устройств способен выполнять различные действия и решать определенные задачи даже без участия человека. С внедрением в вычислительные устройства интерфейсов беспроводной связи эти полезные приборы становятся еще более удобными и функциональными.
Ключевое значение для систем "Умный дом" имеет использование Wi-Fi-соединений. [7-8] Однако, существуют причины, негативно влияющие на качество сигнала WiFi, и качество связи между устройствами может ухудшиться или прерваться, например, при ремонте, установке новой техники, неправильной настройке и эксплуатации роутера и т.д.
Чтобы избежать потерю сигнала, и обеспечить гарантированный способ доставки сообщения (данных) требуется иная аппаратная реализация информационного взаимодействия устройств системы.
Представляется целесообразным задействовать и другие способы беспроводной передачи данных, такие, как Bluetooth, GSM/GPRS, радиоканалы. [9-10]
С учетом указанных способов передачи данных предлагается следующая структура автоматизированной системы управления, представленная на рисунке 1.
Рисунок1. Структура автоматизированной системы управления
В процессе работы производится формирование и шифрование данных по улучшенному алгоритму на стороне сервера, после чего зашифрованные данные подаются в один из четырех каналов связи, заранее проранжированных по скорости передачи. Исполнитель (приемник), получив сообщение, дешифрует его и отсылает ответное сообщение. В случае если ответ со стороны приемника не доходит до сервера или время передачи превышает заданное значение, то сервер сформированное зашифрованное сообщение подает в следующий канал связи, и так до тех пор, пока не будут перебраны все возможные каналы связи.
Для реализации сервера будет использоваться настольный персональный компьютер с предустановленной операционной системой Ubuntu Linux. [11-12]
В качестве исполнителя команд будет использован микроконтроллер Mega328P обоснованный на отладочной плате Arduino Uno.
Для реализации канала связи по Wi-fi будет использован микроконтроллер ESP-ESP8266. [13-14]
Для реализации канала связи по Bluetooth будет использован микроконтроллер HC-06
Для реализации канала связи по GSM/GPRS будет использован микроконтроллер SIM800L
Для реализации канала связи по Radio будет использован беспроводной маломощный приемопередатчик.
В настоящее время на основе предлагаемого подхода организации работы автоматизированной системы управления с применением различных по типу каналов связи для повышения надежности и безопасности передачи данных проводится разработка программного обеспечения сервера и микроконтроллеров.
