Введение. Предметная область

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Существует много производственных и не только процессов, которые требуют регулирования температуры в помещении, например в серверных, где соблюдается строгий температурный режим, в парниках и оранжереях, в любых отапливаемых помещениях с целью измерения эффективности системы отопления и её возможного регулирования. Также контроль температуры, как и других параметров (влажности, освещённости, запылённости и т.д.) необходим в продвинутых системах «умного дома», способных поддерживать оптимальные условия в помещениях.

Данная работа ставит перед собой цель не только обеспечить непрерывный контроль температуры в любом из вышеперечисленных вариантов использования, но и сделать средство контроля максимально удобным для пользователя, а также предусмотреть возможность расширения функционала получившейся программно-аппаратной системы в будущем. Система должна регулярно собирать данные о температуре в удалённых друг от друга помещениях и агрегировать их на веб-сервере, выводить в веб-интерфейсе, доступном администратору, и давать ему возможность регулировать поведение системы в зависимости от различных факторов (например, администратор должен иметь возможность настроить отправку SMS-сообщения человеку, ответственному за некоторое помещение в случае выхода температуры в нём за установленные границы).

Были выделены следующие задачи, которые необходимо выполнить для достижения поставленной цели:

1) Создание автономного устройства измерения температуры, способного передавать показания по беспроводному протоколу связи в сети интернет. Включает следующие подзадачи:

a) разработка и тестирование аппаратной конфигурации устройства

b) разработка программного обеспечения - прошивки устройства

2) Создание веб-сервера. Подзадачи:

a) определение протокола взаимодействия сервера и устройств

b) разработка back-end составляющей, которая принимает и обрабатывает данные от устройств, а также регулярно оповещает пользователей о текущей температуре и её критических изменениях

c) разработка front-end составляющей: веб-интерфейса администратора, позволяющего конфигурировать работу системы

Существует немало готовых решений каждой из задач в отдельности, но ни одно из них не удовлетворяет всем требованиям к системе. Остановимся подробнее на некоторых их них:

1. Системы умного дома, например система, основанная на протоколе Z-Wave [1].

Рис. 1 Датчик температуры Z-Wave

Рис. 2 Центр SMS-уведомления Z-Wave Home Center

Достоинства:

· Может решить, хоть и не в полном объёме, обе поставленные задачи c помощью температурного датчика (Рис. 1) и специализированного программного обеспечения (Рис. 2)

· Развитая экосистема, легко найти ответы на возникающие вопросы

Недостатки:

· Закрытость системы. После внедрения будет возможно расширить систему только способами, уже предусмотренными компанией-производителем, ввести в будущем собственные актуаторы, датчики, схемы управления будет очень сложно

· Относительно высокая цена

Использование Z-Wave может быть заманчивым с точки зрения затрат труда и времени на создание и запуск системы, но он не позволяет реализовать все требуемые функции (отправка данных с датчика по GPRS, веб-сервер, хранящий и обрабатывающий данные) уже сейчас, не говоря уже о возможном их расширении. Поэтому экономия на начальном этапе рискует отразиться большими проблемами в будущем.

2. Доступные для покупки датчики температуры с функцией уведомления по SMS.

Рис. 3 Готовый датчик температуры, произведённый в Китае

Достоинства:

· Аппаратная конфигурация готова и проверена

Недостатки:

· Не решают вторую задачу, создание подсистемы хранения и обработки температурных данных

· В связи с этим всё равно требуют разработки веб-сервера и способа коммуникации с ним, с чем могут возникнуть сложности, так как датчик представляет из себя «чёрный ящик»

· Добавление в систему новых функций затруднено

При разработке информационной системы будут учтены недостатки и достоинства, рассмотренных готовых программных продуктов.

3. Собственный веб-сервер можно, с оговорками, заменить системой создания онлайн-«рецептов» IFTTT [2] (Рис. 4). Этот веб-сервис позволяет выбрать из множества вариантов условие и действие, которое он выполнит в случае выполнения условия. Таким образом с его помощью можно обеспечить реакцию системы на изменения внешней среды.

Рис. 4 Примеры готовых рецептов на iftttt.com

Достоинства:

· Можно реализовать отправку SMS-сообщений ответственным пользователям, в случае использования покупных датчиков из предыдущего решения

· Позволяет серьёзно расширить функциональность системы в будущем

Недостатки:

· Невозможно хранить данные

· Низкая безопасность

· Несмотря на большой набор вариантов срабатывания, все эти варианты заранее заданы в системе, добавление собственных невозможно

Ни одно из рассмотренных выше решений не позволяет в полной мере достичь цели создания информационной системы, и найти решение, которое обеспечит требуемую гибкость и открытость для модификации вряд ли представляется возможным, поэтому было решено разрабатывать как аппаратную, так и программную составляющую с нуля.

Архитектура первой версии системы представлена на Рис. 5. Автономно работающее устройство установлено в помещении (таких помещений может быть много) и регулярно отправляет с помощью GPRS данные об измеренной температуре на сервер. Также к помещению может быть привязан ответственный за температуру в нём человек – пользователь. Сервер хранит историю измерений, список пользователей и набор правил, согласно которым отправляет различные сообщения пользователям. Также он предоставляет все эти данные администратору через веб-интерфейс, там же администратор может добавить или редактировать пользователей, устройства и правила.

Рис. 5 Общая архитектура системы

В дальнейшем возможно расширение системы с помощью добавления средств управления исполнительными устройствами на устройство измерения температуры, например инфракрасного передатчика для управления кондиционерами, реле для воздействия на другие устройства, и т.д. Это позволит во многих случаях не беспокоить ответственного за помещение пользователя и производить управление полностью автоматически.

Функциональная спецификация

Разделим функциональную спецификацию на требования к устройству отслеживания температуры и требования к веб-серверу.

Устройство должно обладать следующими функциями:

1. Измерение температуры в двух точках помещения

2. Питание от сети 220 В

3. Регулярная отправка данных об измеренной температуре с помощью GPRS через заданный интервал времени

4. Работа с сим-картами операторов МТС, Билайн, Теле2, Мегафон, и автоматическое их опознание

Веб-сервер должен обладать следующими функциями:

1. Приём температурных данных с множества устройств и хранение их в базе

2. Отображение данных в веб-интерфейсе в удобном для администратора виде

3. Предоставление администратору возможности добавлять через веб-интерфейс устройства измерения, пользователей, и правила, согласно которым будет производиться отправка SMS или иные действия

4. Регулярная отправка пользователям данных о температуре во вверенных им помещениях через SMS-сообщения

5. Внеочередная отправка уведомлений пользователям в случае срабатывания одного из созданных администратором правил (например когда температура в помещении превысила заданный порог)

6. Генерация и хранение записей о возможных ошибках устройств

Спецификация качества

Требования к качеству системы также разделим на две категории.

Устройство должно соответствовать следующим требованиям:

1. Границы измерения температуры не уже чем от -20 °C до +50 °C

2. Погрешность измерения температуры не более 1 °C

3. Уверенный и стабильный приём сигнала мобильной сети, время регистрации в сети с момента включения не более 30 с

4. Индикация состояния мобильной связи

Веб-сервер должен соответствовать следующим требованиям:

1. Пригодность к использованию, т.е. система должна быть понимаема, удобна и проста в работе

2. Надёжность. Датчики температуры должны стабильно и непрерывно отправлять показания после включения, в случае отсутствия неполадок с электроснабжением и наличия средств на счёте мобильного оператора

3. Время перехода между страницами в веб-ннтерфейсе не более 3 с

4. Регулярное автоматическое обновление данных на странице мониторинга показаний устройств без перезагрузки страницы

12 3 4 Следующая ⇒