Интерактивный макет умного дома с реализацией управления через веб-интерфейс

Актуальность

В повседневной жизни человечество всё чаще доверяет решение своих бытовых задач различным умным устройствам. Наиболее важную роль в сфере автоматизации среды обитания играют технологии систем «Умный дом», автономно управляющие всем комплексом средств жизнеобеспечения коммерческих и жилых зданий.

Модернизация здания любого назначения – это существенное повышение комфорта и безопасности, экономия трудозатрат и времени, сбережение энергии и семейного бюджета, поэтому рынок систем «Умный дом» так стремительно развивается по всему миру. Тем не менее, аналитики рынка считают, что к 2023 году количество автоматизированных домохозяйств в России достигнет всего лишь 10%, тогда как в Северной Америке и Европе эта цифра приблизится к отметке 40% и 25% соответственно.

Цель

Разработать и реализовать интерактивный макет «Умный дом» с системой управления через web-интерфейс.

Задачи

1. Создать и напечатать 3D-модель дома.
2. Написать программное обеспечение.
3. Подготовить модель дома к демонстрации.
4. Подготовить необходимую документацию.
5. Изучить предметную область проекта.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Микрокомпьютер Raspberry Pi 3 Model B+фоторезистор
• Arduino Uno
• Фоторезистор VT90N2
• Датчики температуры SHT-11, удара KY-031
• Сервопривод-SG90
• 2 тактовые кнопки
• Блок питания с напряжением 12 В и максимальной силой тока 2 А, а также преобразователь напряжения, который понижает напряжение до 5 В
• RGB-светодиод
• Датчик звука KY-037, зумер
• PLA-пластик и 3D-принтер
• ПК с установленным ПО

Во время разработки использовалось дополнительное ПО:

• Raspbian как система для Raspberry PI
• IDE PyCharm Professional как среда для разработки и последующей развёртки на Raspberry
• Inventor Autodesk для создания 3D-модели

Облачные сервисы:

• Trello для распределения задач
• GitHub для синхронизации кода
• A360 для эффективной работы над 3D-моделью
• Дроплет от Digital Ocean для MQTT-Брокера и RestAPI сервиса

Описание

Для достижения поставленной цели были определены следующие этапы реализации проекта.

1. Обзор и анализ предметной области современных умных домов;
2. Обзор и анализ инструментов для реализации умных домов;
3. Проектирование и создание эскизов будущего макета;
4. Разработка электрической принципиальной и монтажной схемы, позволяющая реализовать программное управление умным домом на базе микроконтроллера;
5. Проектирование трёхмерной модели и её реализация с помощью аддитивных технологий;
6. Сборка аппаратной части и её интеграция в физический макет;
7. Тестирование и доработка проекта;
8. Разработка документации.
    

Результаты работы/выводы

Реализована система умного дома с возможностью управления через веб-интерфейс. Реализовано открытие двери с помощью кнопочно-звуковой комбинации. Есть датчики влажности и температуры, при определённых показаниях которых срабатывают автоматические системы.

В доме предусмотрено освещение, включающееся, когда снаружи темно. Присутствует веб-приложение, позволяющее смотреть показания датчиков и взаимодействовать с домом.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем планируется разработка макетов других видов умных домов, а также разработка методических материалов по работе с макетом. Отдельным направлением дальнейшей работы является совершенствование системы управления макетом с использованием приложения на вашем устройстве, а также разработка умного дома для промышленных предприятий.

Кроме того, макет прекрасно подходит в качестве наглядно-практического пособия для подготовки специалистов, занимающихся разработками в сфере информационных технологий, в особенности – интернет вещей (IoT).

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИУ ВШЭ

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Дни науки НИТУ «МИСИС» в секции «Электроника» – победитель