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

 


Oznaczniki kabli i przewodów - jakie wybrać »

Gdzie znajdziesz systemy zasilania dla każdej dziedziny przemysłu »

drukarka etykiet systemy zasilania
Sposoby oznaczania kabli i przewodów w elektrycznych są różne.Jedne mniej trwałe, a inne (...) czytam więcej » Oferują zaawansowane usługi badawczo-rozwojowe obejmujące elektronikę, wbudowane oprogramowanie, mechanikę systemu zasilania (...) czytam dalej »

 


Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

Kamery termowizyjne Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można (...) czytam dalej »

 


Jak odwzorować światło dzienne przy użyciu opraw oświetleniowych »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

Ośiwetlenie - jakie wybrać? bezpanelowa energia słoneczna
Rodzaj oświetlenia ma również fundamentalny wpływ na nasz wzrok oraz bezpośrednio wpływa na nasze ciało, umysł i (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Jaką drukarkę do oznaczeń elektrycznych wybrać»

etykietowanie kabli i przewodów Priorytetem przy oznaczaniu sieci i jej poszczególnych elementów czy kolejnych aparatur w szafach rozdzielczych, kilometrów kabli, dziesiątek przełączników czy kolejnych aparatur w szafach rozdzielczych jest ...... czytam dalej »


Automatyka i czujniki - dlaczego to takie ważne »

Poznaj tajemnicę elektryków - złączki bezszynowe »

Czujniki i automatyka złączki bezszynowe
Zarówno w sektorze energetyki tradycyjnej jak i odnawialnej, czujniki oraz automatyka muszą być odporne na oddziaływaniu warunków środowiskowych. Ekstremalne ... czytam więcej » Czy wiesz jak wykonać montaż i jak można łączyć ze sobą złączki bez użycia szyn ... czytam dalej »

Zasilacze a odporność na zwarcia - dlaczego to takie ważne?

Promocje na kamery termowizyjne W sieciach zasilających obiekty przemysłowe i użyteczności publicznej powszechnie stosuje się zasilacze bezprzerwowe UPS w celu ochrony ważnych urządzeń odbiorczych, wrażliwyc ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Jak odwzorować światło dzienne przy użyciu opraw oświetleniowych »

Uwaga konkurs! Znasz "elektrycznych" producentów? Zagraj i wygraj atrakcyjne nagrody »

Oświetlenie jakie wybrać aby przypominało światło dzienne Konkurs
Rodzaj oświetlenia ma również fundamentalny wpływ na nasz wzrok oraz bezpośrednio wpływa na nasze ciało, umysł i ... czytam dalej » Weź udział w letnim konkursie i zgarnij nagrody. Co tydzien nowa gra i nowa szansa na wygraną. Sprawdź się i zawalcz o wygraną! chcę zagrać »

Co jeszcze potrafią enkodery Ethernet?

UPS zasilacze Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym?

Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

Switche zarządzalne spd ograniczniki przepięć
Switche niezarządzalne 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 » Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz ... 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 »
6/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 6/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Wpływ stacji szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych na sieć elektroenergetyczną
  • - Projekt zasilania oświetlenia terenu bazy logistycznej
Zobacz szczegóły
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
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