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 [1]. 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

streszczenie

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.
Układ umożliwia automatyczne sterowanie oświetleniem i ogrzewaniem oraz pozwala na wykrycie intruza na monitorowanym obszarze i zaalarmowanie o takim fakcie poprzez emisje dźwięku.
Cechą wyróżniająca przedstawiony system od komercyjnych rozwiązań jest pełna modyfikowalność przez użytkownika zarówno w zakresie zainstalowanych podzespołów, jak i algorytmów realizowanych przez procesor sterujący.



abstract

This article presents the electronic part of the prototype system for monitoring and control of energy saving and home security circuits.
The device is based on the AVR Arduino Leonardo kit.
The system enables automatic control of lighting and heating systems and allows detection of intruders on monitored area with response to such an event by sound.
The distinguishing feature of the presented system from commercial solutions is full user modification of installed components as well as algorithms implemented in the control processor.

 

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.

Literatura

1. M. Łukasiński, M. Kaczmarek, Charakterystyka i perspektywy rozwojowe systemów zabezpieczeń i automatyki budynku, „elektro.info” 6/2016), s. 80–83.
2. T. Karvinen, Getting Started with Sensors, Kimmo Karvinen, Helion S.A., 2015.
3. E. Williams, Make: AVR Programming, Hellion, 2014.
4. https://www.arduino.cc, dostęp 10.01.2016.
5. M. Riley, Inteligentny dom, Helion, 2013.

Wymagania i zadania współczesnych systemów informatycznych sterowania i wspomagania pracy jednostek wytwórczych w Krajowym Systemie Energetycznym

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
Dostęp za pomocą SMS czasowo zawieszony







Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Pakiet: dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do wszystkich treści portalu (730 dni) - 185,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Pakiet: roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do wszystkich treści portalu (365 dni) - 105,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Prenumerata elektroniczna (365 dni) - 79,00 zł
Roczny dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Prenumerata elektroniczna (30 dni) - 15,00 zł
30 dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Roczny dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Dwuletni dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie! - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś dwuletnią prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
30 dniowy dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Prenumerata elektroniczna (730 dni) - 138,00 zł
Dwuletni dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Regulamin korzystania z portalu elektro.info.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jak czyścić i konserwować urządzenia elektryczne pod napięciem?

czyszczenie urządzeń pod napięciem Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można uniknąć poważnych awarii, nadmiernych strat energii i w najgorszym wypadku (...) czytam dalej »


Nowe wtykowe złącza silnoprądowe przystosowane do podłączania mobilnych zespołów prądotwórczych do rozdzielnic nn»

Systemy fotowoltaiczne. Jak zwiększyć efektywność energetyczną?

Złącza silnoprądowe wtykowe Rola miedzi w energetyce słonecznej
Wykonane z tworzywa sztucznego odpornego na wysokie temperatury z kolorowymi oznaczeniami i znacznikami kodowymi uniemożliwiającymi błędne połączenie(...) czytam dalej » Sektor energii słonecznej umacnia się coraz bardziej. Według Solar Power Europe, w roku 2017 została zainstalowana globalnie większa moc energii fotowoltaicznej niż (...) czytam dalej »

Przeciwpożarowa kontrola instalacji elektrycznej »

Kamera termowizyjna przy badaniu sieci elektrycznej Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można uniknąć poważnych awarii, nadmiernych strat energii i w najgorszym wypadku (...) czytam dalej »


Miejskie stacje ładowania pojazdów elektrycznych - jakie mogą mieć funkcjonalności»

Licznik zużycia energii elektrycznej - na jakie parametry zwrócić uwagę?

miejska stacja ładowania Liczniki energii elektrycznej
Samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne. Jednak ich żywot jest uzależniony od stacji ładowania. Stacja ładowania to urządzenie elektryczne, które(...) czytam dalej » Rozwój technologii przemysłowych oraz rozwój budownictwa powodują coraz większe zapotrzebowanie na moc (...) czytam dalej »

Rozwój odnawialnych źródeł energii w Polsce »
Magazyny energi w polsce

Aparatura łączeniową i sterownicza dla automatyki przemysłowej, techniki medycznej oraz automatyki budynków... czytam dalej »


Co się stało z tymi kablami?»

Jakie bezpieczniki wybrać do projektu?

Plątanina kabli  jak sobie z nią poradzić Bezpieczniki siba
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 zwiększając koszty ... czytam dalej » "Okazało się, że bezpiecznik przegrzał się, ponieważ zamontowano go w miejscu gdzie nie miał wystarczającego chłodzenia. Byliśmy w stanie znaleźć rozwiązanie tego problemu - także (...) czytam dalej»

Bezpłatne ebooki dla elektryków i nie tylko !
Ebooki dla elektryków i nie tylko

Darmowe ebooki i poradniki: projektowanie, budowa, osprzęt... (...) 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 »
9/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 9/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne urządzenia rozdzielcze zwiększające bezpieczeństwo pracy
  • - Projekt zasilania osiedla domków jednorodzinnych w energię elektryczną
Zobacz szczegóły
Jak zwiększyć niezawodność instalacji elektrycznej?

Jak zwiększyć niezawodność instalacji elektrycznej?

Instalacja elektryczna znajduje się w każdym budynku i jest częścią układu niskiego napięcia. Powinna być wykonana z niezwykłą starannością oraz dokładnością. Co...
Essentra Components Essentra Components
Essentra plc jest spółką notowaną w indeksie FTSE 250 i wiodącym międzynarodowym dostawcą specjalistycznych produktów i 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