Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Prototypowy system kontroli i sterowania układami zabezpieczeń i oszczędności energii domu jednorodzinnego

Prototype system for monitoring and control of energy saving and home security circuits
W artykule przedstawiona została część elektroniczna prototypowego systemu kontroli i sterowania układami zabezpieczeń i oszczędności energii domu jednorodzinnego. Urządzenie opracowano na podstawie zestawu Arduino Leonardo z procesorem AVR.
W artykule przedstawiona została część elektroniczna prototypowego systemu kontroli i sterowania układami zabezpieczeń i oszczędności energii domu jednorodzinnego. Urządzenie opracowano na podstawie zestawu Arduino Leonardo z procesorem AVR.
Rys. redakcja EI

Charakterystykę i perspektywy rozwojowe systemów zabezpieczeń i automatyki budynku opisano w „Charakterystyka i perspektywy rozwojowe systemów zabezpieczeń i automatyki budynku”. System „otwarty” powinien zatem wyróżniać się szczegółowym schematem połączeń elektrycznych i wykazem zastosowanych układów elektronicznych.

W artykule:

• Opis działania systemu
• Regulacje oświetlenia i ogrzewania
• System zabezpieczeń antywłamaniowych
• Przykładowe modyfikacje systemu

Producent powinien udostępnić kod programu z opisem przykładowych modyfikacji i możliwością jego zmiany przez użytkownika, zarówno w zakresie wykonywanych procedur, jak i ich parametrów oraz obsługiwanych podzespołów. Takie rozwiązanie zapewnia elastyczność systemu i gwarantuje pełno kontrolę użytkownika nad jego funkcjonalnością.

Do konstrukcji prototypu systemu kontroli i sterowania układami zabezpieczeń i oszczędności energii domu jednorodzinnego wykorzystano zestaw procesora AVR ­ATmega32u4 o nazwie Arduino Leonardo [2, 3].

  • Każdy produkt jest wyposażony w specjalistyczne oprogramowanie zapewniające obsługę wszystkich elementów zestawu, przez co do zaprogramowania samego urządzenia należy ograniczyć się jedynie do wgrania napisanego programu za pomocą aplikacji dostarczonej przez producenta [2].
  • Komunikacja między płytką a komputerem odbywa się za pomocą złącza magistrali szeregowej [4].
  • Systemy Arduino zawierają kilka rodzajów pamięci:
    - ulotną SRAM, w której przechowywane są wyniki obliczeń procesora,
    - nieulotną programowaną blokowo Flash do przechowywania kodu programu zawierającą także kod producenta umożliwiający programowanie tej pamięci,
    - nieulotną EEPROM na dane programu.
  • System może być zasilanych z dwóch źródeł:
    - z zasilacza prądu stałego
    - lub poprzez złączę USB z komputera lub innego urządzenia aktywnego.
  • System oferuje kilka rodzajów wyprowadzeń, jakimi są wejścia analogowe podłączone do 10-bitowego przetwornika analogowo-cyfrowego, porty cyfrowe oraz złącze magistrali szeregowej.
  • Poziomy napięć zależą od napięcia zasilania procesora: 5 V lub 3,3 V.
  • Dodatkową opcją niektórych wersji Arduino są wyjścia PWM, umożliwiające modulacje szerokości impulsu, przy użyciu których można sterować np. jasnością świecenia diody LED, czy też sterować silnikami krokowymi.
  • Złącze USB w urządzeniach Arduino obsługiwane jest na dwa sposoby, albo przez dodatkowo zainstalowany mikrokontroler, albo mikrokontroler główny, co pozwala na emulacji takich urządzeń jak mysz czy klawiatura [4].

Opis działania systemu

W opracowanym systemie kontroli i sterowania układami zabezpieczeń i oszczędności energii domu jednorodzinnego do wyboru użytkownik ma trzy tryby pracy:

  • tryb normalnej pracy, w którym możliwe jest zadanie dowolnej temperatury w każdym pomieszczeniu;
    - Urządzenie steruje ogrzewaniem, aby utrzymać zadaną temperaturę, której wartość może być dodatkowo inna o zaprogramowanych porach.
    - Domyślnie procesor jest zaprogramowany w taki sposób, że w godzinach od 9:00 do 16:00 oraz od godziny 23:00 do 5:00 temperatura zostaje automatycznie obniżona o 2°C.
    - Włączanie oświetlenia następuje po wykryciu ruchu w pomieszczeniu przez zainstalowane w nich czujniki.
  • tryb specjalny, sterowanie temperaturą przebiega w analogiczny sposób jak w trybie normalnym natomiast po wykryciu ruchu lub otwarcia drzwi/okien następuje włączenie alarmu.
  • tryb energooszczędny, w którym następuje zmniejszenie ogrzewania we wszystkich pomieszczeniach do zaprogramowanej temperatury minimalnej i włączenie zabezpieczeń zainstalowanych w systemie.

Regulacja oświetlenia

Temat regulacji oświetlenia jest bardzo szeroki, ponieważ obejmuję nie tylko sam sposób sterowania, lecz także samego planowania instalacji.

Ogromne znaczenie dla finalnego efektu ma sposób w jaki rozmieszczona jest instalacja zasilająca oświetlenie. Nie ma możliwości np. stworzenia scen świetlnych [1], przy założeniu, że jedynym źródłem światła jest centralnie umieszczona lampa.

Kolejnym przykładem, w którym również nie istnieje możliwość sterowania zainstalowanym już oświetleniem jest przypadek, w którym wszystkie źródła światła są zasilane z jednego przyłącza. Jedyną możliwością jest wtedy załączanie, czy też wyłączanie wszystkich punktów świetlnych jednocześnie.

W tych i wielu innych przypadkach jedynym rozwiązaniem jest modernizacja dotychczasowej instalacji, lub zainstalowanie dodatkowej.

Przy założeniu, że oświetlenie jest kompatybilne z systemem sterującym i źródeł światła zasilanych z odrębnych przyłączy jest kilka w pomieszczeniu, opracowany system umożliwia automatyczną regulację mocy sztucznego oświetlenia i zdalne jego włączanie i wyłączanie.

  • Na przedstawionym etapie realizacji systemu prototypowego płynna regulacja mocy źródeł światła została ograniczona do oświetlenia LED zasilanego bezpośrednio napięciem stałym.
  • Sterowanie pozostałym oświetleniem ograniczone jest do załączania i wyłączania punktów świetlnych.
  • W pomieszczeniach zainstalowane są czujniki ruchu, które podłączone są do odpowiednich wejść cyfrowych mikrokontrolera.
  • Po wykryciu ruchu czujnik wysyła sygnał do układu Arduino.
    - Jedynka logiczna, czyli wartość napięcia równa od 3,5 V do 5 V (stan wysoki) pojawia się na wejściu cyfrowym mikroprocesora.
    - Na sygnał ten system reaguje wysterowaniem odpowiedniego przekaźnika poprzez wystawienie na odpowiednim, ze względu na lokalizację źródła światła, wyjściu mikrokontrolera sygnału wysokiego.
  • Jednocześnie możliwe jest zaprogramowanie na jak długi czas, po zaniku ruchu, czyli pojawieniu się na odpowiednim wejściu cyfrowym procesora stanu niskiego (od 0 V do 1,5 V) światło ma pozostać włączone.
  • Jest także możliwość zaprogramowania procesora co do godziny, o której powinien automatycznie włączyć lub wyłączyć zadane źródło światła.
  • Sterowanie oświetleniem LED odbywa się natomiast za pomocą wyjść PWM mikrokontrolera. Sterowanie to polega na modulacji szerokością impulsu, co w praktyce stanowi regulację czasu trwania stanu wysokiego.

W efekcie można zmieniać natężenie źródła światła LED.

Podsumowując system umożliwia:

  • automatyczne włączenie oświetlenia po wykryciu ruchu oraz zaplanowanie czasu zwłoki do jego wyłączenia,
  • włączanie/wyłączanie całego lub części oświetlenia o zaprogramowanej godzinie,
  • za pomocą jednego urządzenia, np. pilota, włączanie/wyłączanie całego lub części oświetlenia z dowolnego miejsca,
  • sterowanie natężeniem światła w przypadku oświetlenia LED.

Regulacja ogrzewania

W ramach regulacji ogrzewania opracowany system automatycznie wykonuje pomiar temperatury, sprawdzenie, czy aby wszystkie okna i drzwi są zamknięte i sterowanie grzejnikami poprzez elektrozawory.

System został zaprojektowany w sposób, który daje użytkownikowi możliwość zaprogramowania dwóch trybów pracy. W obu przypadkach wykorzystywane są te same podzespoły systemu.

  • W pierwszym trybie użytkownik ma możliwość zaprogramowania w każdym monitorowanym pomieszczeniu określonej temperatury, która jest stale utrzymywana przez system.
    - Wstępnie temperatura została zaprogramowana na 20°C w każdym pokoju dziennym.
  • W drugim trybie system samoczynnie obniża temperaturę w określonych pomieszczeniach o określonej porze dnia. Działanie to uzasadnia fakt, że obniżenie temperatury nawet o 1°C generuje oszczędności finansowe i podnosi energooszczędność ogrzewania.

Realizacja tych zadań od strony sprzętowej przebiega następująco:

  • Po wybraniu konkretnego przycisku na pilocie, zaczyna emitować on sygnał świetlny w paśmie podczerwieni.
  • Odbiornik IR podłączony do cyfrowego portu w mikrokontrolerze przetwarza odebrany sygnał na wartość cyfrowa zapisaną w systemie szesnastkowym.
  • Jeśli wartość ta pokrywa się z zaprogramowaną w systemie, zostaje zainicjowany określony tryb pracy. W tym momencie zaczyna się pomiar temperatury poprzez czujnik DS18B20.
  • Transmisja danych pomiędzy czujnikiem a mikrokontrolerem odbywa się za pomocą protokołu komunikacyjnego 1Wire.
  • Jeśli odebrana wartość temperatury jest różna od zadanej, to procesor wystawia stan wysoki na przekaźnik sterujący elektrozaworem.
  • W przypadku kiedy temperatura jest zgodna z zadaną lub za wysoka to na wejściu przekaźnika pozostaje stan niski. Reakcją jest powrót elektrozaworu do stanu początkowego, w którym dopływ ciepłej wody do grzejnika jest zamknięty.

W przypadku pomiar zamknięcia okien i drzwi proces wygląda następująco:

  • Kontaktron w przypadku kiedy okno jest zamknięte wystawia sygnał wysoki na wejście cyfrowy procesora w urządzeniu, jeśli jednak zaistnieje sytuacja, że okno jest otwarte, to w obwodzie czujnika pola magnetycznego występuje przerwa i na wejściu cyfrowym urządzenia z kontaktronu pojawia się stan niski.
  • System zareaguje podając stan wysoki na głośnik, który zacznie emitować dźwięk świadczący o niezamknięciu któregoś z okien lub drzwi.
  • Poza wspomnianymi możliwościami sterowania użytkownik po wybraniu drugiego trybu pracy urządzenia może zaprogramować wartość, o jaką ma być obniżona temperatura i o której godzinie ma to nastąpić.

Domyślnie procesor jest zaprogramowany w taki sposób, że w godzinach od 9:00 do 16:00 oraz od godziny 23:00 do 5:00 temperatura zostaje automatycznie obniżona o 2°C.

Podsumowując system zapewnia:

  • utrzymywanie temperatury w pomieszczeniach na określonym, wcześniej zaprogramowanym poziomie,
  • samoczynne obniżenie temperatury oraz utrzymywanie jej o określonych godzinach, a następnie przywrócenie jej do zadanej wcześniej wartości,
  • sprawdzanie stanu otwarcia drzwi i okien.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

Poradnik inżyniera elektryka. Komplet 3 tomów »

Poradnik inżyniera elektryka Poradnik jest przeznaczony przede wszystkim dla inżynierów elektryków. Mogą z niego korzystać również inżynierowie innych specjalności oraz studenci wydziałów elektrycznych i energetycznych wyższych szkół technicznych(...) czytam dalej »


Czy istnieje niezniszczalna oprawa LED?

Jaki jest najlepszy hermetyk na rynku »

Niezniszczalne oprawy LED Ebook
Oprawy, które łączą w sobie zalety źródeł światła LED z nowoczesnymi systemami optycznymi. Źródła LED o dużej wydajności świetlnej, wytwarzają oświetlenie o bezprecedensowej (...) zobacz więcej  » Dzięki wprowadzonym rozwiązaniom konstrukcyjnym oprawa charakteryzuje się szczelnością oprawy IP66. Podstawa i klosz wykonany z poliwęglanu zapewnia oprawie wysoki stopień odporności na uderzenia IK09.
(...)
czytam dalej »

System zarządzania energią EMS CX3 »

System zarządzania energią EMS CX3 składa się z urządzeń o niezwykle kompaktowej budowie modułowej, które w łatwy sposób można zainstalować zarówno w nowopowstających instalacjach jak i już istniejących, w jednym rzędzie rozdzielnicy elektrycznej z innymi aparatami (...) czytam dalej »


Konkurs z nagrodami dla elektryków! Zobacz które miejsce zdobędziesz »

Przewody elektryczne i kable spełniające normy CPR »

Konkurs dla elektryków - liga specjalistów Kable przeowdy lapp
Jesteś specjalistą z branży elektrycznej lub teletechnicznej?
Weź udział w pierszej edycji Ligi Specjalistów i poczuj emocje związane z rywalizacją w konkursie! Zaglądaj na stronę ligaspecjalistow.pl i odpowiadaj na pytania ze swojej branży.  
zobacz konkurs »
Nieposiadanie Deklaracji Własności Użytkowych na kabel lub przewód jako wyrób budowlany oznacza brak możliwości wprowadzenia go na rynek Unii Europejskiej jako wyrób budowlany, a w konsekwencji niemożliwość (...) czytam dalej »


Kable średniego i niskiego napięcia - wymagania standardów międzynarodowych»

Zobacz nowości na ELEKTROTECHNIKA 2019 »

PRzewody i kable standardy Ochrona przepięciowa systemów alarmowych
Szeroki asortyment przewodów i kabli produkowanych zgodnie z wymaganiami restrykcyjnych standardów międzynarodowych(...) czytam dalej » Targi ELEKTROTECHNIKA skierowane są do producentów i użytkowników sprzętu niskiego, średniego i wysokiego napięcia oraz systemów alarmowych i rozwiązań umożliwiających instalację przewodów elektrycznych w nowoczesnych budynkach. Równolegle odbędą się Targi ŚWIATŁO oraz Wystawa TELETECHNIKA..(...) czytam dalej »

Stacje ładowania pojazdów od Kolejowych Zakładów Łączności ?

UPS zasilacze Stacja umożliwia szybkie ładowanie prądem zmiennym o mocy do 22 kW (opcjonalnie 44 kW). Wyposażona jest w dwa gniazda osobno opomiarowane (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym ??

Projektowanie skomplikowanych etykiet w terenie przy pomocy smartfona »

Switche zarządzalne Drukowanie etykiet ze smartfona
Switche niezarządzalne są to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Dzięki zainstalowaniu na dowolnym smartfonie naszej aplikacji Etykiety ekspresowe możesz projektować nawet najbardziej skomplikowane etykiety z kodami 1D, 2D i kodami kreskowymi czy etykiety seryjne korzystając (...) czytam dalej »

Nowe rozwiązania w dziedzinie zasilania gwarantowanego »

Jaką rozdzielnicę nn wybrać do projektu?

Zasilanie gwarantowane Co sie stało z kablami
Samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne. Jednak ich żywot jest uzależniony od stacji ładowania. Stacja ładowania to urządzenie elektryczne, które(...) czytam dalej » Wszelkie błędy popełnione na etapie projektowania, wykonawstwa i eksploatacji nawarstwiają się latami, stopniowo pro­wadząc do wydłużenia czasu poświęcanego na administrację systemu, zmniejszając pewność jego działania i tym samym (...) czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
1-2/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 1-2/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt zasilania transformatorów elektromedycznych bloku operacyjnego szpitala
  • - Zasady wprowadzania do obrotu i stosowania urządzeń przeciwpożarowych
Zobacz szczegóły
Elastycznie i bezpiecznie

Elastycznie i bezpiecznie

Systematycznie rozbudowujące się systemy instalacji elektrycznych powodują, że szukamy nowych rozwiązań w zakresie bezpiecznego prowadzenia tras kablowych.
ZPAS ZPAS
ZPAS z siedzibą w Przygórzu to lider produkcji szaf i obudów teleinformatycznych, energetycznych i automatyki oraz kompleksowych rozwiązań...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl