МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ДОМ» В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ДОМ» В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ 

Литвинская Ольга Сергеевна

канд. техн. наук, доц. Пензенского государственного университета архитектуры и строительства,

 РФ, г. Пенза

АННОТАЦИЯ

Цель. Моделирование подобных устройств в учебном процессе позволяет сформировать общее представление о системе и принципах совместного функционирования различных бытовых электроприборов и техники. Подобное моделирование является первым шагом на пути к созданию более детализированных, визуальных 3D моделей [1].

Метод. В работе для моделирования используется свободно распространяемая программа Packet Tracer. Симулятор сети передачи данных позволяет студентам создавать работоспособные модели проводной и беспроводной сети, настраивать коммуникационные устройства и сетевое взаимодействие. Технология визуализации работы устройств позволяет в доступной форме выполнить моделирование информационной системы.

Результат. В работе предложен вариант планирования системы «Умного дома» как совокупность приборов и технических объектов, объединенных в единую сеть. Представлен ряд условий взаимного функционирования технических объектов.

Выводы. Используя пакет моделирования возможно реальное представление процесса настройки и объединения «умных» устройств в единую сеть вещей.

Ключевые слова: моделирование; «Умный дом»; интернет вещей, настройка устройств.

Интернет вещей (IoT) состоит из множества связанных между собой устройств. Существующие сегодня системы умного дома, машины и офисы включают в себя постоянно увеличивающееся количество элементов интернета вещей. Популярность систем умного дома приводит к тому, что многие застройщики устанавливают умные устройства для комфорта, энергоэффективности и безопасности жителей. В умных домах электроприборы, освещение, системы обогрева, аудио, ТВ, компьютеры, охранные системы и камеры видеонаблюдения соединяются друг с другом с помощью беспроводной связи. Эти устройства могут контролироваться из любой комнаты в доме или даже за его пределами с помощью интернета. Когда добавляется устройство или датчик в систему, это может повлиять на производительность других элементов системы из-за недостаточной мощности сигнала между роутером и устройством или из-за взаимных помех от расположенных рядом беспроводных устройств. Размещение устройств в беспроводной системе внутри дома требует тщательного планирования еще на стадии строительства (рис. 1). 

Рисунок 1. Проектирование системы «Умный дом»

Моделирование в программной среде позволяет учащимся проектировать сложные и большие сети, что часто невозможно выполнить с физическим оборудованием из-за больших затрат.

Процесс моделирования заключается в добавлении устройства на планируемое место расположения и его настройку. На рабочую область программы добавим все необходимые «умные» приборы и устройство управления в виде контроллера. Управление выполняется с использованием телефона или планшета. Для интеллектуальной домашней сети на управляющем контроллере добавим домашний шлюз Home Gateway (рис.2).

Рисунок 2. Настройка управляющего контроллера

К контроллеру можно удаленно обратиться, добавив планшет. В окне «Планшет» выберем вкладку «Рабочий стол» и выберем вкладку «Веб-браузер». В окне веб-браузера введем IP-адрес Home Gateway 192.168.25.1 (рис.3).

Рисунок 2. Вход в систему настроек на планшете

После того, как выполнено подключение к веб-интерфейсу появится список всех доступных устройств IoT (рис.3).

Рисунок 3. Доступные устройства

При выборе устройства в списке, отображается состояние и его настройки.

Для настройки каждого из устройств открываем вкладку Config. Используемые устройства можно наделить беспроводным адаптером при входе в дополнительные настройки и выборе вкладки «Конфигурация ввода-вывода». Изменяем выпадающий список Network Adapter на PT-IOT-NM-1W, который является беспроводным адаптером (рис.4).

Рисунок 4. Конфигурация ввода-вывода датчика протечек

Для включения и выключения устройств при определенных обстоятельствах, устанавливаются условия. К примеру, многие устройства работают в зависимости от температуры (рис.5).

Рисунок 5. Условия работы устройств

 Изменим настройки окружающей среды и посмотрим, как работают устройства, связанные с температурой.

Результаты моделирования представлены на рис.6. Как видно из рис. 6 при температуре ниже 27 устройства не работают (рис.6 а). Однако, когда температура становится больше 27 градусов, устройства начинают работать (рис. 6 б). Окно закрывается, когда начинается ветер и открывается, когда он стихает (рис. 6 в, г). Ворота гаража открываются, когда детектор дыма фиксирует выхлопные газы от подъезжающей машины и закрывается, когда машину заглушают (рис 6 д, е).

Рисунок 6. Результат совместной работы нескольких устройств и окружающей среды

Формируя алгоритм действий в виде сопутствующих условий дает возможность понять принципы совместной работы «умных» устройств. В статье приводится описание выполнения подключения распространенных устройств к домашней сети, принципы настройки совместного использования нескольких устройств в зависимости от окружающей среды. Подобное моделирование можно считать первоначальным этапом планирования системы «Умного дома».

Список литературы:

1. Арляпова А. Ю., Байгозин Д. В., Плотников В. Ю. Виртуальное проектирование и имитационное моделирование подсистем «Умного дома» http://book.uraic.ru/project/conf/txt/005/archvuz30_pril/035/035.htm
2. Пахаев Х.Х., Айгумов Т.Г., Абдулмукминова Ф.М. Моделирование концепции умный дом в виртуальной среде Cisco Packet Tracer. – Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_77__1_pakhaev_aygumov.pdf_ba96f5e0f3.pdf (дата обращения 10.03.23)
3. Диденко С.С. Моделирование мультиагентной подсистемы для решения проблемы управления электропитанием в системе "умного дома". Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2021. –№ 9(4). URL: https://moitvivt.ru/ru/journal/pdf?id=996 DOI: 10.26102/2310-6018/2021.35.4.009 (дата обращения 12.03.23)