ΙΈΙ ΚΑΒΑΛΑΣ Σ.Τ.ΕΦ
ΓΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΠΑΣ
ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
Έ ξυπνο σπίτι. Σχεδιασμός , ανάπτυξη και υλοποίηση πάνω σε αυτόνομο σύστημα (embedded system ) και διαχείριση μέσω Διαδικτύου.
ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ : ΑΝΤΩΝ1ΑΔΗΣ ΠΑΝΤΕΛΗΣ . ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ : ΓΚΟΥΣΚΟΣ ΔΙΟΝΥΣΙΟΣ ΑΕΜ : 3596
KABA.VA 2009
Κ Α Β Α Λ Α Σ ΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ
..
Εισαγωγή
Ο άνθρωτιος ακόμα και χιλιάδες χρόνια πριν είχε την ανάγκη για ευκολίες τιου θα έκαναν την καθημερινότητα του πιο εύκολη. Μ πορεί να μην έχουμε στοιχεία για το αν είχε καταφέρει να δημιουργήσει την ‘έξυπνη σπηλιά’ αλλά από την ιστορία έχουμε δείγματα από προσπάθειες αυτοματοποίησης μερικών πραγμάτων της ζωής του.
Από τη δημιουργία σπίθας με πέτρες μέχρι σήμερα βέβαια υπάρχουν μεταβατικά στάδια που δεν θα αναλύσουμε εδώ αλλά θα ασχοληθούμε με όχι τόσο με τις ανάγκες μας ,αλλά με το πώς θα κάνουμε την ζωή μας πιο εύκολη. Περισσότερο πολυτέλειες δηλαδή παρά ανάγκες.
Σε αυτή την εργασία θα παρουσιαστεί ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη ενός συστήματος όπου θα έχει την δυνατότητα να ελέγχει οποιοδήποτε μέρος της ηλεκτρικής εγκατάστασης της κατοικίας, είτε με προγραμματισμό ,είτε με απομακρυσμένη διαχείριση της εγκατάστασης μέσω διαδικτύου. Πλέον ο έλεγχος για παράδειγμα, ενός φωτιστικού σημείου σε ένα υπνοδωμάτιο, θα μπορεί να ελεγχθεί χειροκίνητα (με τον κλασικό τρόπο που όλοι γνωρίζουμε) ο λόγος για τους διακόπτες στους τοίχους. Από τον καναπέ του καθιστικού με ένα τηλεχειριστήριο τιαρακολουθώντας τη>,εόραση. Από οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη όπου υπάρχει ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής. Καθώς και από κινητό ή σταθερό τηλέφωνο.
Όλο αυτό το σύστημα έχει αναπτυχθεί πάνω σε αυτόνομο κύκλωμα με μικροεπεξεργαστή 8 bit . Πριν αναλύσουμε το όλο σύστημα είναι σκότημο να αναφερθούμε σε μερικές ένιες.
Κλασική ηλεκτρική εγκατάσταση
Ως εσωτερική ηλεκτρική εγκατάσταση (Ε.Η.Ε.) εννοούμε το ηλεκτρικό δίκτυο (υπαίθριο ή στεγασμένο) που κατασκευάζει κάθε πελάτης της ΔΕΗ μέσα στο δικό του χώρο , για να δεχθεί την ηλεκτρική ενέργεια και για να την οδηγήσει μέχρι τις καταναλώσεις του. Ο έλεγχος των καταναλώσεων γίνεται ή από τους διακόπτες στους τοίχους ή από τον κεντρικό πίνακα.
Αυτοματισμοί
To αντικείμενο του Αυτοματισμού, είναι γενικό και τιολύπ>^ρο, για τούτο και εφαρμογές του βρίσκονται τιολυάριθμες στην καθημερινή ζωή και στη βιομηχανία. Ο Αυτοματισμός είναι ένα από τα πιο “ιστορικά” πεδία της επιστήμης, διόπ η ανάπτυξή του συνοδεύει την εξέλιξη όλων των άλλων τεχνολογιών. Η γνώση του Αυτοματισμού, επομένως, αποτελεί γνώση της “τεχνολογικής ιστορίας” μας και της κληρονομιάς μας.
Στην περίπτωση του Αυτοματισμού, μάλιστα, η ιστορία αυτή είναι ιδιαίτερα πλούσια μιας και οι Αρχαίοι Έλληνες επέδειξαν ιδιαίτερη εφευρετικότητα και ανέπτυξαν πολλές και σημαντικές λύσεις αυτομαησμού, που χρησιμοποιούμε μέχρι και σήμερα.
Συχνά αναφερόμαστε σε μια "αυτόματη" συσκευή π.χ. μια φωτογραφική μηχανή, που επιλέγει το χρόνο έκθεσης και το διάφραγμα, χωρίς να χρειάζεται ρύθμιση από το φωτογράφο ή ένα κιβώτιο ταχυτήτων που αλλάζει σχέση μετάδοσης, χωρίς να κινήσουμε το μοχλό ταχυτήτων.
Ετησης, συμβαίνει να έχουμε μια ακούσια κίνηση ή ρίγος και να λέμε ότι έγινε αντανακλαστικά ή "αυτόματα", δηλαδή ότι υπακούει σε κάποια εσωτερική εντολή του οργανισμού, χωρίς να προέρχεται από τη δική μας βούληση ή να μπορεί να ελεγχθεί από το Γενικότερα, ονομάζουμε "αυτόματες" αυτές τις μηχανές και τις διατάξεις, που εκτελούν τις αναμενόμενες λειτουργίες "από μόνες τους", δηλαδή χωρίς την καταβολή της ανθρώπινης προσπάθειας.
Ο AvmuaTiouoc είναι το πεδίο της επιστήμης και της τεχνολογίας που ασχολείται με αυτά ακριβώς τα φαινόμενα. Ειδικότερα, ο Αυτοματισμός περιλαμβάνει:
-την εξέταση και κατανόηση των μηχανισμών μέσω των οποίων ένα φαινόμενο οδηγείται στο να έχει τη μια ή την άλλη συμπεριφορά. Αυτή η αντίληψη των αιτίων που καθορίζουν τις λειτουργίες ενός φαινομένου ονομάζεται και ανάλυση των σνστηυάτων
-τον έλενγο, δηλαδή την επιβολή στα φαινόμενα της επιθυμητής ή της συμφέρουσας συμπεριφοράς ή, ακόμη, την αποτροπή μιας επικίνδυνης ή ζημιογόνας εξέλιξης.
Οι δύο αυτές διαστάσεις του Αυτοματισμού είναι, βέβαια, αλληλένδετες και συμπληρωμαηκές. Η ικανότητα να ελέγξουμε ένα φαινόμενο στηρίζεται, καταρχήν, στην προηγούμενη κατανόηση των επιμέρους γεγονότων και συνθηκών που το προκαλούν.
Έτσι, στο παράδειγμα του κιβωτίου ταχυτήτων, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε πότε και γιατί ο οδηγός αλλάζει τις σχέσεις μετάδοσης και, έπειτα, να υποκαταστήσουμε αυτόν το χειρισμό με μια "αυτόματη" διάταξη (το αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων).
Όπως και τα άλλα πεδία της σύγχρονης τεχνολογίας, ο Αυτοματισμός ενσωματώνει όλες τις σχετικές δραστηριότητες και αποτελέσματα, δηλαδή:
-τις μιεθόδους και τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση και τον έλεγχο των συστημάτων με μαθηματικές ή άλλες μεθόδους, καθώς και τις γενικότερες θεωρητικές προσεγγίσεις από τις οποίες προέρχονται και στις οποίες στηρίζονται αυτές οι μέθοδοι -όλα τα βήματα της διαδικασίας ανάτττυξης των αυτόματων συστημάτων: την αρχική θεώρηση και σύλληψη, τη σχεδίαση, την κατασκευή, την εγκατάσταση, τη δοκιμαστική λειτουργία και την οριστική εφαρμογή
-τις διάφορες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται ή υποβοηθούν στην εφαρμογή των μεθόδων του αυτομαησμού και περιλαμβάνουν όργανα και ειδικό εξοτιλισμό, τεχνικές γνώσεις, τεκμηρίωση κλπ
-τις ίδιες τις τεχνητές ή φυσικές διατάξεις και μηχανές που χρησιμοποιούμε για να επιβάλλουμε την ετηθυμητη συμπεριφορά και οι οποίες, επομένως, επιτελούν την
"αυτόματη" λειτουργία.
Ό λες αυτές οι περιοχές συναποτελούν την "ύλη" του Αυτοματισμού και το αντικείμενο εργασίας των τεχνικών που απασχολούνται σε αυτόν τον τομέα (οι Τεχνικοί Αυτοματισμού).
ψηφιακά η)χκτρονικά
Τα ψηφιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα χρησιμοποιούνται για την υλοτιοίηση λογικών συναρτήσεων και την αποθήκευση ψηφιακών δεδομένων. Τυτακά τιαραδείγματα τέτοιων κυκλωμάτων αποτελούν οι λογικές πύλες, οι μικροεπεξεργαστές και οι ημιαγωγικές μνήμες. Ψηφιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα χρησιμοποιούνται επίσης για τη μετάδοση της πληροφορίας και την αλληλεπίδραση με τα φυσικά μεγέθη του περιβάλλοντος (αναλογικά σήματα).
Τα ψηφιακά κυκλώματα διαχειρίζονται την πληροφορία ως μία σειρά από διακριτά “ψηφία” σε αντίθεση με τα αναλογικά κυκλώματα, τα οποία επεξεργάζονται μεγέθη από ένα συνεχές πεδίο τιμών. Η πλειοψηφία των ψηφιακών συστημάτων χρησιμοποιεί δύο μόνον “ψηφία”, υλοποιώντας τη δυαδική λογική. Στα ψηφιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα κάθε δυαδικό ψηφίο (λογική κατάσταση 0 και 1) αντιπροσωπεύεται από μία φυσική ποσότητα τάσης ή ρεύματος. Για την αποφυγή σφαλμάτων λόγω της αναπόφευκτης παρουσίας θορύβου σε κάθε ψηφιακό κύκλωμα, η τάση ή το ρεύμα που αντιστοιχεί σε κάθε δυαδικό στοιχείο δεν έχει μία συγκεκριμένη τιμή·
αντιθέτως, κάθε λογική κατάσταση ανηστοιχεί σε μία προκαθορισμένη τιεριοχή τιμών τάσης ή ρεύματος. Οι περιοχές αυτές προσδιορίζουν τις λογικές στάθμες των δύο ψηφίων.
Τα ψηφιακά κυκλώματα λειτουργούν με τέτοιον τρόπο, ώστε να απορρίπτεται κάθε προσηθέμενος θόρυβος, εφόσον αυτός είναι μικρότερος από ένα προκαθορισμένο επίπεδο. Για παράδειγμα, εάν στην ονομαστική στάθμη τάσης V0 του λογικού ψηφίου 0 προστεθεί θόρυβος VN, το αποτέλεσμα V0 + VN θα εξακολουθήσει να αντιπροσωπεύει το ψηφίο 0, εάν συνεχίζει να βρίσκεται μέσα στην προκαθορισμένη περιοχή τιμών του ψηφίου 0.
Ακόμη πιο σημαντικό είναι το γεγονός ότι, εάν το V0 +VN οδηγηθεί στην είσοδο ενός ψηφιακού κυκλώματος, το αποτέλεσμα στην έξοδο θα έχει αποκατασταθεί στην τιμή νΟ, ή αλλιώς θα έχει αναγεννηθεί. Η αναγέννηση του ψηφιακού σήματος μεταξύ των διαφόρων βαθμίδων των ψηφιακών κυκλωμάτων είναι μία πολύ σημαντική ιδιότητα, η οποία αποτρέπει τη συσσώρευση των επιδράσεων του θορύβου πάνω στο σήμα και εμποδίζει τη μετάδοση των αλλοιώσεων στις επόμενες βαθμίδες.
Τα ψηφιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα αιαλούν την απαιτούμενη ενέργεια για τη λειτουργία τους και την αναγέννηση του σήματος μέσω δύο γραμμών τροφοδοσίας. Η θετικότερη συμβολίζεται με VCC, ενώ η αρνητικότερη (γείωση - GND) αποτελεί συνήθως (όχι πάντοτε) την τάση αναφοράς (0V) του συστήματος.
Τα ψηφιακά κυκλώματα χρησιμοποιούν ημιαγωγούς (τρανζίστορ) ως ενεργά στοιχεία-διακόπτες για την υλοποίηση της δυαδικής λογικής. Τα τρανζίστορ αυτά λειτουργούν συ-νήθως σε καταστάσεις αγωγής-αποκοπής (“ΟΝ” και “OFF”). Στα σύγχρονα ολοκληρωμένα ψηφιακά κυκλώματα χρησιμοποιού-νται κυρίως τρανζίστορ CMOS, λόγω του μεγάλου βαθμού ολοκλήρωσης που επιτρέπουν, ενώ τρανζίστορ διπολικής επαφής (BJT) χρησιμοποιούνται σε εξειδικευμένα κυκλώματα πολύ υψηλής ταχύτητας.
Αυτόνομα συστήματα (embedded systems)
Τα ενσωματωμένα συστήματα αναφέρονται σε συσκευές, όργανα ή μεγάλων τεχνικών έργων / συστημάτων που έχουν κατασκευαστεί για να επεξεργάζονται ένα ή μερικά εκ των προτέρων καθορισμένα καθήκοντα. Ο υπο>Λγιστής που ελέγχει το όλο θέμα είναι ενσωματωμένο ή «ενσωματωμένο» κατά τη συσκευή.
Κηνιτά τηλέφωνα και προσωπικοί ψηφιακοί βοηθοί (PDAs) αποτελούν παραδείγματα των συσκευών με τα ενσωματωμένα συστήματα. Και οι δύο ασκούν ένα συγκεκριμένο αριθμό καθηκόντων που ελέγχονται από ένα ενσωματωμένο στο ηλεκτρονικό σύστημα. Αδρανειακής καθοδήγηση συστήματα που χρησιμοποιούνται για την πλοήγηση αεροφωτογραφίες ή ως μέρος του πακέτου της καθοδήγησης έξυττνες βόμβες και τιυραύλους είναι τιαραδείγματα των μέσων με τα ενσωματωμένα συστήματα.
Ένα σύστημα ελέγχου της κυκλοφορίας (η οποία ελέγχει από μακριά φανάρια, χωρίς την ανάγκη για ανθρώπινη παρέμβαση) είναι ένα παράδειγμα ενός μεγάλου μηχανική δομή, με ένα ενσωματωμένο σύστημα.
Στην πραγματικότητα, η γραμμή μεταξύ «ενσωματωμένα συστήματα και τα συστήματα γενικής χρήσης (το οποίο μπορεί ή δεν μπορεί να περιλαμβάνει ένα ενσωματωμένο σύστημα) γίνεται θολή καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται.
Χαρακτηριστικά το^ν Ενσο^ματωμένοίν Συστημάτοιν Το βασικό χαρακτηριστικό ενός ενσιοματωμένου συστήματος είναι ότι είναι να χειρίζονται μερικά απλά καθήκοντα, αν και τα βήματα που εμπλέκονται στη διακίνηση ή πραγματοποιώντας το καθήκον μπορεί να είναι τόσο περίπλοκο ότιως κάθε προγράμματος ηλεκτρονικού υπολογιστή. Έ να videogame ε>χγκτή, για παράδειγμα, μπορεί να λεχθεί και να έχουν απλά καθήκοντα - φορτίο και το παιχνίδι επιτρέπει στον παίκτη να ελέγχει μέσω εντολών που εγγράφονται μέσω του ακουστικού. Στην πραγματικότητα, όμως, ένα παιχνίδι ελεγκτή (ιδίως τα νεότερα παιχνίδια που κατασκευάζονται για το X-box ή PS3) περνά μέσα από μια σειρά από ενέργειες και δράσεις που χρειάζονται τόσο πολύ επεξεργασηκή ισχύ ως μεμονωμένο υπολογιστή. Μεταξύ των χαρακτηριστικών της σύγχρονης ενσωματωμένα συστήματα είναι οι εξής:
Αρχικά, ένα ενσωματωμένο σύστημα δεν είχε κανένα χρήστη - προγράμματα ενημέρωσης και είχαν ήδη ενσωματωθεί στο σύστημα (για παράδειγμα, το σύστημα καθοδήγησης για Intercontinental βαλλιστικών πυραύλων ή ICBM) και δεν υπήρχε ανάγκη για την ανθρώπινη αλληλεπίδραση ή παρέμβαση εκτός από την εγκατάσταση της συσκευής και δοκιμή αυτό.
Πολλές σύγχρονες ενσωματωμένα συστήματα ωστόσο, να έχουν πλήρη κλίμακα των διεπαφών χρηστών, αν και αυτές είναι μόνο για τις εισροές των δεδομένων, αλλά δεν πρέπει να παρέχει πρόσθετη λειτουργικότητα του συστήματος, π.χ. QWERTY πληκτρολόγια για τα PDA που έχει χρησιμοποιηθεί για ονόματα, διευθύνσεις, αριθμούς τηλεφώνου και τις σημειώσεις, ακόμη και η πλήρης μεγέθους των εγγράφων. Η στιγμή PDAs επιτύχουν την πλήρη επιφάνεια εργασίας του υπολογιστή λειτουργιών, ωστόσο, δεν μπορούν πλέον να θεωρούνται ενσωματωμένα συστήματα.
Αρχικά, αυτό που αναφέρεται σε βασικά συστήματα όπως οι διακόπτες, οι μικρές χαρακτήρα-ή-ψηφία και εμφανίζει μόνο τα LED που προορίζονται για να δείτε την <ο)γεία»
του ενσωματωμένου συστήματος, αλλά αυτό έχει επίσης επιτύχει κάποιο επίπεδο πολυπλοκότητας. Η ταμειακή μηχανή ή ένα ΑΤΜ με οθόνη αφής τεχνολογία θεωρείται ένα ενσωματωμένο σύστημα, δεδομένου ότι έχει περιορισμένες χρήσεις, ακόμα και αν το χρήστη (η οθόνη αφής) είναι ένα πολύπλοκο σύστημα.
Σε περιορισμένη έκταση, αποτελεί το κλειδί για τον καθορισμό αυτών, όπως τα ενσωματωμένα οπιστήματα. Υπό μία έννοια, το BIOS chip είναι ένα ενσωματωμένο σύστημα, δεδομένου ότι έχει περιορισμένες αρμοδιότητες, καθώς και έργα αυτόματα (όταν ο υπολογιστής είναι να εκκινήσετε). Περιφερειακά σαν το USB μπορούν επίσης να θεωρηθούν ως τα ενσωματωμένα συστήματα.
Έξυπνο Σπίτι
Το σύνολο των αυτοματισμών ττου ετητρέπουν την εξελιγμένη κεντρική διαχείριση και τον τεχνολογικά προηγμένο έλεγχο κτιριακών συστημάτων, είτε μιλάμε για μια κατοικία είτε για έναν επαγγελματικό χώρο, ονομάζεται συνήθως "έξυπνο" σπίτι, "έξυπνο"
κτίριο ή αλλιώς smart home. Τι κάνει όμως ένα "έξυπνο" σπίτι ... έξυπνό; Τι εννοούμε όταν λέμε ότι ένα σπίτι διαθέτει δείκτη νοημοσύνης;
Κυρίως αυτό σημαίνει ότι, χρησιμοποιώντας την τελευταία λέξη της τεχνολογίας σε διάφορα λειτουργικά συστήματα στις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις, η διαχείριση γίνεται όσο το δυνατόν πιο αυτοματοποιημένη και βασίζεται σε αρχές αυτοματισμού, τηλεχειρισμού, χρονοπρογραμματισμού, οπτικοποίησης κ.τ.λ.
Τα "έξυπνα" κτίρια αναλαμβάνουν από μόνα τους πρωτοβουλίες , όπως να ρυθμίσουν την εσωτερική θερμοκρασία του χώρου, να κλείσουν την κεντρική θέρμανση ή τον κλιματισμό όταν έχει ξεχαστεί ανοιχτό κάποιο παράθυρο, να ανεβάσουν μόνα τους τις τέντες όταν φυσάει πολύ, να προσομοιώσουν κάποια λειτουργία στο κτίριο π.χ.
ανοιγοκλείνοντας τα φώτα και τα ρολλά, ώστε να αποθαρρύνουν τους διαρρήκτες κατά την απουσία των ιδιοκτητών, ή απλά να τους ενημερώσουν για την κατάσταση του κτιρίου μέσω κινητού τηλεφώνου ή INTERNET όσο αυτοί βρίσκονται μακριά, κ.τ.λ.
Το γεγονός είναι ότι η ποιότητα φωτισμού, η σκίαση, η θερμική άνεση, το υγιές περιβάλλον, οι τηλεχειρισμός ο κλιματισμός, η πισίνα, τα ρολλή, τα ηχητικά συστήματα, το τηλεφωνικό δίκτυο αποτελούν βασικά συστατικά του ίδιου οικιακού συστήματος.
Ζητούμενο είναι πάντα η εξασφάλιση υγιεινής και ευχάριστης διαβίωσης.
Έ να "έξυπνο" σπίτι μας ετητρέπες όταν είμαστε μέσα, να ενεργούμε εύκολα, χωρίς να πηγαινοερχόμαστε στους χώρους, για να προσαρμόσουμε κάποια λειτουργία. Ό λα τα συστήματα μπορούν να ελέγχονται εύκολα από μια οθόνη αφής, έναν απλό διακόπτη τοίχου ή ένα τηλεχειριστήριο. Έ να κτίριο με δείκτη νοημοσύνης επιτρέπει να ελέγχονται οι λειτουργίες του από μακριά, μέσω τηλεφώνου ή διαδικτύου, τόσο εύκολα σαν να είμαστε εκεί.
Συχνά αναφερόμαστε σε μία αυτόματη συσκευή, π.χ. μια φωτογραφική μηχανή που μπορεί να επιλέγει μόνη της τον χρόνο έκθεσης και το διάφραγμα χωρίς να χρειάζεται ρύθμιση από τον χρήστη. Γενικά, ονομάζουμε "αυτόματες" αυτές τις συσκευές που εκτελούν τις αναμενόμενες λειτουργίες "από μόνες τους", δηλαδή χωρίς την καταβολή ανθρώπινης προσπάθειας.
Ο αυτοματισμός είναι το πεδίο της ετηστήμης και της τεχνολογίας, που ασχολείται με αυτά ακριβώς τα φαινόμενα. Ασχολείται ουσιαστικά με την ετηβολή μιας ετηθυμητής συμπεριφοράς στα φαινόμενα. Το αντικείμενο του αυτοματισμού είναι γενικό και πολύπλευρο. Εφαρμογές υπάρχουν πολυάριθμες στην καθημερινή ζωή και στη βιομηχανία.
Πρόκειται μάλιστα για ένα από τα πιο ιστορικά πεδία της επιστήμης, διότι η ανάτπυξη του συνοδεύει την εξέλιξη όλων των άλλων τεχνολογιών.
Ο αυτομαησμός στην καθημεριιή ζωή έχει σκοπό να κάνει τη ζωή των ανθρώπων πιο εύκολη.
Τρείς είναι οι βασικοί παράγοντες που ωθούν όλο και περισσότερους κατασκευαστές, αλλα και ιδιοκτήτες, να υιοθετούν τις αρχές λειτουργίας του "έξυπνου"
κτιρίου και τις νέες τεχνολογίες αυτοματοποίησης, που διαρκώς γίνονται διαθέσιμες στην αγορά:
α) Η άνοδος του βιοτικού επιπέδου δημιουργεί μεγαλύτερες ανάγκες για άνετες, τωιοτικές συνθήκες διαβίωσης στους χώρους εργασίας και κατοικίας.
β) Οι ιδιαίτερες ανάγκες που έχουν ομάδες πληθυσμού, π.χ. άτομα με νοητικά και κινητικά προβλήματα, ηλικωμένοι κ.τ.λ.
γ) Η ολοένα αυξανόμενη περιβαλλοντική συνείδηση των πολιτών και η ανησυχία για το φαινόμενο του θερμοκηπίου δημιουργεί την ανάγκη για την εξοικονόμηση ενέργειας και την ορθολογική διαχείριση κάθε κτιριακού συστήματος.,
Η ανάγκη για περισσότερη άνεση και εξοικονόμηση ενέργειας γίνεται διαρκώς μεγαλύτερη στα σύγχρονα κτίρια. Ειδικά στη βιομηχανία, η εγκατάσταση συστημάτων αυτοματισμού μπορεί να οδηγήσει σε σημανηκή εξοικονόμηση πόρων και αντίστοιχη αύξηση της παραγωγικότητας.
Ενδεικτικά αναφέρονται κάποιοι συντηρητικοί υπολογισμοί των οικονομιών που ετητυγχάνονται:
Αύξηση παραγωγής κατά 5-35%
Μείωση κατανάλωσης ενέργειας κατά 10-35%
Αύξηση του χρόνου ζωής των μηχανών κατά 10-25%
Μείωση σπατάλης ηλεκτρικής ενέργειας κατά 15-40%
Μείωση εξόδων συντήρησης μηχανημάτων κατά 10-20%
Για μια κατοικία 120m2, η κατασκευή ενός συστήματος "έξυπνου" στηηού που καλύπτει είκοσι φωηστικά σημεία εκ των οποίων τα τέσσερα είναι ρυθμιζόμιενα (dimmable), οκτώ ηλεκτρικά ρολά και διαχειρίζεται την θέρμανση, το κόστος του αυτοματισμού όπου περιλαμβάνει τα υλικά και τον προγραμματισμό ανέρχεται στα 3000 Euro (με χρήση συμβατικών διακοπτών για ελαχιστοποίηση του κόστους). Είναι φανερό, με συντηρητικούς υπολογισμούς, ο ιδιοκτήτης του κτιρίου θα κάνει απόσβεση του συστήματος στα επόμενα ένα με δύο χρόνια.
Ο σχεδιασμός ενός συστήματος "έξυπνου" κτιρίου δεν είναι μια απλή υπόθεση, ειδικά επειδή ο συγκεκριμένος τομέας βρίσκεται σε τροχιά ανάπτυξης και συνεχώς κυκλοφορούν νέα συστήματα και νέες εφαρμογές που μόνο κάποιος ειδικός, απόλυτα εξοικειωμένος με τη φιλοσοφία του αυτοματισμού και της τεχνολογίας, μπορεί να γνωρίζει.
Πριν από την εγκατάσταση ενός συστήματος είναι απαραίτητο για τον ιδιοκτήτη ή μελλοντικό χρήστη του κτιρίου να συνεργαστεί στενά με τον σχεδιαστή της ηλεκτρικής εγκατάστασης, ώστε να καταγραφούν οι ιδιαίτερες ανάγκες και επιθυμίες ως προς τις παροχές αυτοματοποίησης που θα έκαναν πιο εύκολη τη ζωή του.
Είναι χρήσιμο να προσδιοριστούν για κάθε χώρο ξεχωριστά οι επιθυμητές, αυτοματοποιημένες και μη λειτουργίες, που αφορούν τον φωτισμό, τη θέρμανση, τον αερισμό, τον κλιματισμό, τη διαχείριση ηλεκτρικών φορτίων, τη χρήση κινούμενων ρολών, το πότισμα κήπου, τη σήμανση εγκαταστάσεων κ.α.
Θα πρέπει να προσδιοριστεί ο επιθυμητός βαθμός αυτοματοποίησης (και τηλεχειρισμού) κάθε συστήματος και να εξεταστεί κατά πόσο υπάρχουν διαθέσιμες τεχνικές λύσεις για να πραγματοποιηθεί κάθε εφαρμογή.
ο σχεδιαστής του "έξυτινου" κτιρίου έχει την υτιοχρέωση να παραδώσει στον ιδιοιοτήτη του κτιρίου τον τιλήρη σχεδίασμά (σχέδια, πρόγραμμα κ.τ.λ.) και όχι να τον δεσμεύει με αθέμιτο τρόπο.
Είναι εττίσης σημαντικό να εξεταστούν οι δυνατότητες επέκτασης και προσαρμογής της εγκατάστασης σε μελλονηκές ανάγκες και εφαρμογές, ειδικά τη στιγμή που η συγκεκριμένη αγορά συνεχώς αναπτύσσεται και οι τεχνολογικές εξελίξεις τρέχουν!
ΣχεδίαΓτη του συστήματος
HARDWARE:
Το σύστημα μας είναι ένα demo της μεγαλύτερης έκδοσης του, που αφόρα στον ελεγχο μιας κατανάλωσης σε ένα δωμάτιο ενός σπιτιού.
Αποτελείται από ένα αισθητιριο φωτός, ένα αισθητιριο κίνησης , την πλακέτα εισόδων / εξόδων και την κεντρική μονάδά ελεγχου.
Τα δεδομένα που επεξεργαζόμαστε στο συγκεκτριμενο project είναι καθαρα ψηφιακα δεδομένα. Πρεπει οτιδυποτε θελουμε να εισάγουμε στο σηστημα , να το εισάγουμε με ψηφιακη λογική 0 και 1.
Το λογικο 0 είναι στα ψηφιακα ηλεκτρονικά είναι το χαμιλό ετηπεδο τάσης που κυμενεται από 0 μέχρι το πολύ 0.8 volts και το λογικο 1 είναι το υψυλο επιτιεδο τάσης που κυμαίνεται από 3.5 μέχρι 5 volts. Φυσικά οι τέλειες τιμές είναι τα 0 και 5 volts για το λογικο 0 και 1 αντίστοιχα αλλα στην πραγμαηκοητα αυτό ισχύει μονο στη θεωρία παρα τις διορθοτικες διατάξεις που επιστρατεύουμε ώστε να μην έχουμε λανθασμένα αποτελέσματα στις λογικές πράξεις σε πολύπλοκα συνδιαστικα ψηφιακα κυκλώματα.
Έ τσι λοιπον πρεπει όλα μας τα δεδομένα να τα οδηγήσουμε με ασφάλεια για το σύστημα και τον χρήστη ( πάνω ραπ όλα), στην κεντρική μονάδα που έχει επιφορτιστεί με το να κάνει τον έλεγχο τους και ανάλογα το τι θέλει ο χρήστης να κάνει, να το πραγματοποιεί, χωρίς λάθη και καθυστερήσεις. Το πώς θα το κάνουμε αυτό θα αναλυθεί στη συνεχεία.
Ανάλογα με το πρόγραμμα , υπό συνθήκες θα ενεργοποιηθεί η κατανάλωση. Πως θα γίνει αυτό όμως ; θα πρέπει να δώσει ο επεξεργαστής εντολή ώστε να κλείσει το κύκλωμα του καταναλωτή που όμως είναι στα 220 volt!!
Η ηλεκτρική εγκατάσταση έχει υποστεί μερικές τροποποιήσεις έτσι ώστε να μπορούμε να την ελέγξουμε με το αυτόνομο σύστημα που αναλύουμε. Πλέον η κάθε κατανάλωση πρέπει να λειτουργεί με τηλεδιακοπτες ισχύος όπου το πηνίο τους θα δέχεται τάση 220 volts. Οι διακόπτες στους τοίχους θα είναι τύπου μπουτον που θα διακόπτουν τον
ουδέτερο αγωγό και έτσι θα υτιάρχει μεγαλύτερη ασφάλεια. Έ τσι το μονό τιου χρειαζόμαστε είναι να βάλουμε τιαράλληλα με το μπουτον αυτό έναν άλλο διακόπτη, που θα κάνει ακριβός το ίδιο. Θα πρέπει να ξεχωρίσουμε επάνω στο κύκλωμα τους αγωγούς ισχύος με αυτούς που διαρρέονται από χαμηλές συνεχείς τάσεις. Το καλύτερο εξάρτημα που να κάνει αυτή τη δουλειά είναι ο ηλεκτρονόμος. Έ τσι λοιπόν χρησιμοποιώντας την διάταξη εξόδου που θα αναλυθεί παρακάτω, καταφέραμε να οπλίσουμε το ρελε καστάνιας και να έχουμε εναλλαγή κατάστασης και από τους τοίχους του σπιτιού και ατιό το αυτόνομο σύστημα με τη βοήθεια του βοηθητικού ρελε .
Είναι η ηλεκτρονική διάταξη η οποία μπορεί να διαβάσει’ το αν είναι μέρα ή νύχτα, και να μεταφέρει την πληροφορία αυτή στον κεντρικό επεξεργαστή για περαιτέρω επεξεργασία.
Δίνοντας στο σύστημα την δυνατότητα να γνωρίζει αν είναι μέρα ή νύχτα , μπορούμε να το προγραμματίσουμε ώστε να αποφασίσει για το αν θα πραγματοποιηθούν η όχι διάφορες ενέργειες που σχετίζονται άμεσα με την μεταβλητή αυτή. Για παράδειγμα μπορούμε να προγραμματίσουριε το σύστημα ως εξής : αν είναι νύχτα και υπάρξει κίνηση στο χώρο , άνοιξε τα φώτα στον χώρο αυτό αλλιώς(αν είναι νύχτα δηλαδή) μην τα ανοίξεις και ας υπάρχει κίνηση. Λογικό ΚΑΙ (AND) στη συγκεκριριένη περίπτωση. Αυτή η λογική πράξη που θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί με μια μόνο πύλη AND την υλοποιούμε μέσα στον επεξεργαστή με μια γραμμή κώδικα. Και έτσι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις ίδιες μεταβλητές σε άλλες πράξεις ‘η να τροποποιήσουμε τη λογική αυτή μόνο
To κπ3κλίομα είναι πολύ απλό στη λειτουργία του. Βασίζεται στην αλλαγή της αντίστασης που παρουσιάζει η φωτοαντισταση R8 με τη μεταβολή του φωτός. Το ποντεσιομετρο Ρ1 μας δίνει την δυνατότητα να ρυθμίσουμε την ευαισθησία του κυκλώματος έτσι ώστε να το φέρουμε στα μέτρα που εμείς θέλουμε να δρα ανάλογα με τις ανάγκες μας και το σημείο τιου θα τοποθετηθεί.
Βασικά το κύκλωμα είναι ένας τελεστικός ενισχυτής που μέσα από τον οποίο τιερνάει το μεταβαλλόμενο ρεύμα (αφού μεταβάλλεται και η αντίσταση ) και με την βοήθεια του τρανζίστορ Τ3 που λειτουργεί σαν διακόπτης, κλείνει ή ανοίγει το κύκλωμα τροφοδοσίας του ηλεκτρονόμου R elel. το led 1 μας δείχνει πότε είναι υπό τάση ο ηλεκτρονόμος και πότε όχι ενώ η δίοδος D1 μας εξασφαλίζει την φορά του ρεύματος στον ηλεκτρονόμο.
Από τις επαφές του ηλεκτρονόμου θα χρησιμοποιήσουμε τον κοινό κόμβο COM (επαφή 1) και την NO κανονικά ανοικτή επαφή (επαφή 3). Στην επαφή 1 θα συνδεθεί η γείωση GND όπου θα ‘περιμένει’ μέχρι να κλείσει η κανονικά ανοικτή επαφή και να οδηγεί στη συνέχεια στην διάταξη I/O (εισόδων εξόδων) που θα δούμε παρακάτω.
Εδώ θα μπορούσε κάποιος να πει 0 u αφού το relel έχει τρεις επαφές, θα μπορούσαμε να οδηγούμε απευθείας το λογικό 0 και 1 στην κανονικά ανοικτή και κανονικά κλειστή...και ο κοινός κόμβος να είναι η επαφή που θα δίνει το αποτέλεσμα απευθείας στην κεντρική μονάδα. Αυτό δεν συνιστάται όμως διότι από τη μια έχουμε κάποια χιλιοστά του δευτερολέπτου κενό μέχρι να αλλάξει κατάσταση και από την άλλη μην ξεχνάμε ότι ο ηλεκτρονόμος είναι μηχανική διάταξη η οποία στερείται αξιοπιστίας σε σχέση με την ηλεκτρονική διάταξη που θα δούμε παρακάτω.
ΑισΟτιτήρίο κίνησης:
Με την ίδια λογική με του αισθητηρίου φωτός , στέλνουμε στην κεντρική μονάδα την πληροφορία για το αν υπάρχει κίνηση σε έναν χώρο η όχι. Το αξιοσημείωτο εδώ είναι ότι θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε ένα αισθητήριο κίνησης με υπέρυθρες που είναι ευρεία διαδεδομένο, α ίλ ά επέλεξα να κάνω ένα τέχνασμα με το προηγούμενο κύκλωμα ( του αισθητηρίου φωτός) για τον λόγω του ότι το ίδιο κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως συναγερμός με ακτίνα laser σε κάποιο άλλο project αλλά και στο έξυπνο σπίτι που έχουμε ε δ ώ .
Χαμηλώνοντας την τιμή της μέγιστης αντίστασης του ποντεσιομετρου Ρ1 από 100ΚΩ σε 5ΚΩ πετυχαίνουμε αύξηση της ακρίβειας στη ρύθμιση της ευαισθησίας του φωτοκύτταρου μας. Αυτό το κάνουμε γιατί θέλουμε να μειώσουμε την ευαισθησία σε τέτοιο βαθμό που δεν θα αντιλαμβάνεται το φως της μέρας αλλά θα ανηδρά στην ακτινοβολία του λέιζερ που προέθεσα στο παραπάνω κύκλωμα .
Όσο η ακτίνα του λέιζερ χτυπά την φωτοαντισταση ο ηλεκτρονόμος είναι σε κατάσταση ηρεμίας και η γείωση στην επαφή 1 παραμένει εκεί. Μόλις η ακτίνα διακοπεί, οπλίζει ο ηλεκτρονόμος με αποτέλεσμα η κανονικά ανοικτή επαφή να αλλάξει κατάσταση και να γίνει κλειστή. Έ τσι η γείωση περνά στην επαφή 3 και από εκεί στην διάταξη I/O (εισόδων εξόδων) που θα δούμε παρακάτω.
Μονάδα εισόδων - ε£όδων (Ί/Ο)
Με αυτό το κύκλωμα καταφέρνουμε να οδηγούμε σωστά την κεντρική μονάδα και να στείλουμε δεδομένα στον server ο οποίος θα ετηκοινωνεί αμφίδρομα με το αυτόνομο σύστημα , και εμείς μέσω αυτού θα μπορούμε να λαμβάνουμε πληροφορίες για την πραγμαηκή κατάσταση του κυκλώματος αλλά και να δίνουμε εντολές από οτιουδήποτε στον κόσμο.
Η κυρία λειτουργία του (και η πιο σημαντική ), είναι η διατάξεις εισόδων (μια για κάθε είσοδο). Οι μικροεπεξεργαστές δεν πρέπει σε καμιά περίπτωση στις εισόδους τους να έχουν κενό. Πρέπει να υπάρχει οποσδυποτε μια κατάσταση ή 0 ή 1. σε αντίθετη περίπτωση υπάρχει σοβαρό πρόβλημα.
Αν δεν υπάρχει ή λογικό 0 ή λογικό 1 στην κάθε είσοδο του επεξεργαστή, το σύστημα ‘παίρνει σκουπίδια’ με αποτέλεσμα να τρελαίνεται και να μην υπακούει σε καμιά εντολή, ακόμη και να δίνει στις εξόδους λανθασμένες εντολές οι οποίες δεν είναι και ότι καλύτερο. Είναι ακριβώς το ίδιοι ανεπιθύμητο φαινόμενο με τον θόρυβο, την δημιουργία αιχμών στις λογικές καταστάσεις και την αναπήδηση γείωσης στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Όλα αυτά αυξάνονται σε εκθετικό βαθμό όταν πρόκειται για ψηφιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα.
Φανταστείτε σε μια τέτοια περίπτωση να ανοιγοκλείνει μια κατανάλωση ετή άπυρο. Θα καταστραφεί η συσκευή και μπορεί αυτό να είναι το λιγότερο που θα σ υμβ εί Ή το λογικό 0 που πρέπει να είναι 0 volts , λόγω παρασιτικών ρευμάτων να γίνεται 2 ή 2.5volts... και σε αυτή την περίπτωση το σύστημα πέφτει έξω διότι μετά τις λογικές πράξεις το λογικό 0 που θα έπρεπε να είναι το σωστό αποτέλεσμα, στην αμέσως επόμενη σύγκριση δεν είναι σαφές η μετάφραση του σε λογικό 0 ή λογικό 1 και το λανθασμένο αποτέλεσμα δημιουργεί και άλλα στη συνέχεια.
Εδώ λοιπόν καταλαβαίνετε γιατί πτο πάνω είπαμε ότι δεν είναι και ότι καλύτερο την εναλλαγή αυτή από 0 σε 1 να την κάνουμε απευθείας με τις επαφές των ηλεκτρονόμων και χρησιμοποιούμε την παρακάτω διάταξη.
ΑΠΟ ΑΙΣΘΗΤΗ
ΠΡΟΣ ATMEGA32
Έ τσι λοιπόν με αυτή την διάταξη μπορούμε να οδηγήσουμε τις εισόδους του συστήματος μας αξιόπιστα καθώς επίσης έχουμε την δυνατότητα να ελέγχουμε την ορθή λειτουργία του κυκλώματος με τα μπουτον test που έχουν προστεθεί σε κάθε είσοδο.
Η βασική αρχή οδήγησης μια εισόδου σε επεξεργαστές είναι η εξής.
Πρέπει να δέχεται μονίμως ένα σήμα στην είσοδο, δηλαδή λογικό 1 , άρα Svolt διαφορά δυναμικού μεταξύ επαφής εισόδου και γείωσης ή λογικό 0 όταν υπάρχει αλλαγή κατάστασης οπότε δεν στην ουσία είναι γειωμένη η είσοδος με μηδενική τάση. Βεβαία μπορεί να γίνει και ανάστροφα, αλλά συνήθως επιλέγουμε αυτόν τον τρόπο για να μπορούμε σε περίπτωση βλάβης και σε κατάσταση αδρανείας να έχουμε τάση ώστε να μπορούμε να κάνουμε μετρήσεις και να βρούμε το πρόβλημα τηο εύκολα. Με ανάστροφα τη διάταξη θα είχαμε παντού γειώσεις σε κατάσταση αδρανείας , πράγμα που δεν βοηθά σε αναζήτηση βλαβών.
Έ τσι λοιπόν έχουμε μια αντίσταση R2 και μια R5 σε σειρά μεταξύ τους και την είσοδο του συστήματος συνδεμένη στην ένωση αυτών σχηματίζοντας έναν κόμβο. Η R2 είναι συνδεμένη στα 5volt και η R5 στην επαφή 3 (του αισθητηρίου φωτός για παράδειγμα ) όπου από εκεί θα περάσει η γείωση GND για την αλλαγή κατάστασης από λογικό 1 σε λογικό 0, καθώς και σε ένα μπουτον που κάνει την ιδία ακριβώς δουλειά με τον ηλεκτρονόμο του αισθητηρίου με το οποίο σε οποιαδήποτε στιγμή θελήσει ο χρήστης μπορεί να ελέγξει αν όλα πάνε σύμφωνα με το πρόγραμμα που έχει φορτώσει χωρίς π.χ. να πρέπει να καλύψει το αισθητήριο φωτός με ένα μαντίλι για να προσομοιώσει τη νύχτα ....
Σε κάθε είσοδο έχουμε και ένα led που είναι το ενδεικτικό για το πότε έχουμε αλλαγή κατάστασης.
Η αντίσταση που συνδέει στα Svolt είναι 1ΟΚΩ για να ρίξουμε το ρεύμα διέλευσης στην είσοδο του επεξεργαστή σύμφωνα με τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά που δίνονται από τον κατασκευαστή.
Με αυτόν τον τρόπο λοιπόν σε κατάσταση αδρανείας έχουμε ένα ασφαλές λογικό 1 στην είσοδο του επεξεργαστή και σε περίπτωση αλλαγής κατάστασης η τάση πέφτει στα 0 volt ηλεκτρονικά πλέον και χωρίς καμιά μηχανική καθηστεριση να μας βάζει σε ρίσκο αστάθειας του συστήματος μας.
Σύνδεση ηλεκτρονικού υπολογιστή με το αυτόνομο σύστημα
Με αυτό το κύκλωμα μπορούμε να στείλουμε και να λάβουμε δεδομένα από και προς τον ηλεκτρονικό υπολογιστή που είναι συνδεμένος στο δίκτυο και παίζει τον ρόλο του εξυττηρετητή - server.
Συνδέοντας την παράλληλη Θήρα του υπολογιστή με τις εισόδους και τις εξόδους του μικροεπεξεργαστή μπορούμε να δώσουμε εντολές στο σύστημα μας η να διαβάσουμε από τον υπολογιστή την πραγματική κατάσταση του κυκλώματος και να το αποτυπώσουμε σε ένα γράφημα που θα λειτουργεί σε πραγματικές συνθήκες - live status scada.
ΠΡΟΣ ATMEGA32
Και σε αυτή την περίπτωση η διάταξη εισόδου στο σύστημα μας είναι η ίδια με τις άλλες εισόδους. Αφού και από τον υπολογιστή θα στέλνουμε λογικό 0 και λογικό 1. Η μόνη διαφορά με τα αισθητήρια, που χρησιμοποιήσαμε ηλεκτρονόμους για την διακοπή ή όχι της γείωσης , είναι ότι εδώ τον ρόλο του διακότττη τον κάνει ένα ΝΡΝ τρανζίστορ . Μόλις στην βάση του πάει τάση Svolt , περνάει η γείωση GND που ‘περιμένει’ στον εκπομπο, και από τον συλλέκτη οδηγείται στην R2 όπου από εκεί με τη σειρά του δίνει την λογική κατάσταση 0 και το 1 παραμένει στα άκρα της R1.
Κεντρική αονάδα
Η καρδιά του συστήματος, εκεί που καταλήγουν όλα τα σήματα και μετά από την επεξεργασία τους σύμφωνα με το πρόγραμμα που είναι αποθηκεμένο, στέλνονται προς τις μονάδες που πρέπει να ενεργοποιήσουν.
Αποτελείται από : Μονάδα τροφοδοσίας
Το κύκλωμα τροφοδοσίας είναι σχεδιασμένο να καλύτττει τις ανάγκες του συστήματος αλλά να προβλέπει και τις μελλοντικές απαιτήσεις σε ρεύμα από τυχών προσθήκες κυκλωμάτων. Από τα 220 Volt εναλλασσόμενου ρεύματος που έχουμε στις πρίζες των σπιτιών μας η διάταξη αυτή μετατρέπει τα 220 volt AC σε 12 volt DC και 5 volt DC σταθεροποιημένη τάση και πλήρης εξομαλυμένη με μια ανορθωτική διάταξη ικανή να παρέχει ασφαλές και σταθερό ρεύμα στα
ηλεκτρονικά και ψηφιακά κυκλώματα που θα
τροφοδοτήσουμε
Μικροεπεξεργαστής
Σχεδιασμένος από την κατασκευάστρια εταιρία ηλεκτρονικών ATMEL ο AT mega32 είναι ένας οκταμπιτος μικροεπεξεργαστής που ενσωματώνει CPU , RAM , EPROM και πλήθος άλλων διατάξεων κάνοντας τον ένα εξαιρετικό εργαλείο για εκπαιδευτικούς και όχι μονό σκοπούς.
Προγραμματίζοντας σε γλώσσα C ή assembly , και συμβολομεταφραζοντας (compile) σε γλώσσα μηχανής (αρχείο Intel HEX) , στέλνουμε μέσω του κυκλώματος προγραμματιστή το hex αρχείο στον μικροεπεξεργαστή και από εκεί και πέρα λειτουργεί σύμφωνα με το πρόγραμμα που γράψαμε.
Ο AT mega 32 είναι έχει 40 ακίδες που από αυτές σαν εισόδους / εξόδους (I/O) μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις 32 ενώ οι υπόλοιπες χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία, το reset και τον κρύσταλλο χρονισμού. Τρεις από τις 32 ακίδες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν interrupts και άλλες τρεις σαν ακίδες προγραμματισμού.
Ο συγκεκριμένος μικροεπεξεργαστής βγαίνει σε δυο εκδόσεις DIP 40 Pin και TQFP/MLF 44 Pin.
Οθόνη υγρών κρυστάλλω ν - LC D M onitor
Με μια οθόνη 2 γραμμών , 16 χαρακτήρων , έχουμε την δυνατότητα να διαβάζουμε τα μηνύματα που εμφανίζει το σύστημα ανάλογος τις εντολές που δέχτηκε και την πραγματική κατάσταση του συστήματος. Μπορούμε στη συγκεκριμένη περύττωση, να βΐ^πουμε αν είναι ανοιχτή η κατανάλωση, αν είναι σε λειτουργία νύκτας ή όχι το σύστημα, αν υπάρχει κίνηση στον χώρο που ελέγχει το αισθητήριο κίνησης και πότε λαμβάνει εντολές από το ν υπολογιστή.
Οι δυνατότητες είναι πολλές αφού η οθόνη υπακούει στις εντολές που τιαίρνει από τον επεξεργαστή , άρα μπορούμε με τον κατάλαλο κώδικα φυσικά να εμφανίσουμε ό η θελήσουμε στην οθόνη του συστήματος.
Η οθόνη έχει 16 ακίδες σύνδεσης, από τις οποίες χρησιμοποιούνται οι πέντε για την τροφοδοσία της οθόνης και του φωτισμού και οι υπόλοιπες για τη μεταφορά δεδομένων.
Μ ονάδα λή ψ ης πρα γματικής κα τά στα ση ς
Το πρόβλημα σε αυτό το σημείο είναι το πώς θα δώσουμε στο σύστημα την πραγματική κατάσταση της κατανάλωσης αφού η κατανάλωση που ελέγχουμε είναι υπό τάση λειτουργίας 220AC. Όπως δείχνει και το σχήμα παρακάτω με τη βοήθεια ενός μετασχηματιστή μετατρέπουμε τα 220 volt AC σε 12 volt AC και στη συνεχή με μια ανόρθωση και μια σταθεροποίηση στης τάσης στα 5 volt DC έχουμε παράλληλα σε λειτουργία με την κατανάλωση αυτό το πολύ χαμηλής απαίτησης σε ενεργεία κύκλωμα.
Τώρα όταν η κατανάλωση λειτουργεί έχουμε διαφορά δυναμικού 5 volt DC άρα λογικό 1 αλλά δεν έχουμε καθαρό λογικό 0 αφού όταν δεν θα λειτουργεί δεν θα είναι γειωμένη η ακίδα εισόδου αλλά στο κενό. Πολύ απλά όπως και στα προηγούμενα θα χρησιμοποιήσουμε το ΝΡΝ τρανζίστορ σαν διακόπτη και θα οδηγούμε την γείωση στην διάταξη με τις αντιστάσεις και θα έχουμε την δυνατότητα και εδώ να οδηγούμε την είσοδο πραγματικής κατάστασης με σωστό και ασφαλή τρόπο. Είναι αυτόνομο ότι η λογική αλλάζει σε ανάστροφη. Έ τσι όταν η κατανάλωση είναι ΟΝ το σύστημα διαβάζει λογικό 0 και όταν είναι OFF διαβάζει λογικό 1.
Μ ονάδα π ρ ο γ ρ α μ μ α τισ μ ο ύ -ρ ι
Με το κύκλωμα αυτό μπορούμε να περάσουμε το πρόγραμμα που έχουμε γράψει στον υπολογιστή , στον μικροεπεξεργαστή. Χρησιμοποιούμε flash προγραμματιστή που σημαίνει ότι στέλνει τα δεδομένα απευθείας από την σειριακή ή παράλληλη Θήρα του υττολογιστή , στον επεξεργαστή. Το πρόβλημα εδώ είναι οι τάσεις που δίνει ο υπολογιστής στις ακίδες των Θηρών του που είναι της τάξης των 10 volt ακόμα και αρνητικές. Ενώ εμείς χρειαζόμαστε +5 volts για τη σωστή λειτουργία του συστήματος μας.
Το ολοκληρωμένο MAX 232 έχει σχεδιαστεί για αυτό το σκοπό και το χρησιμοποιούμε σε συνδυασμό με το κατάλληλο λογισμικό σε περιβάλλον windows ώστε να στείλουμε τα πρόγραμμα μας απευθείας στον επεξεργαστή μας.
Για να προγραμματιστεί ο επεξεργαστής χρειάζεται την εξής συνδεσμολογία. Η ακίδα SCK είναι το ρολόι που συγχρονίζει την αποστολή δεδομένων , η ακίδες MOSI και MISO οπού μεταφέρουν τα δεδομένα , η ακίδα RESET που αρχικοποιεί τον επεξεργαστή μερικές φορές κατά τη διάρκεια του προγραμματισμού. Το πόσες φορές ,ανάλογα με το πρόγραμμα. Και οι δυο τελευταίες ακίδες που είναι η τροφοδοσία του κυκλώματος.
Τροφοδοτείται από το κύκλωμα που συνδέεσαι για να προγραμματίσει.
Με το βοηθηηκό ρελε που βρίσκεται στο κύκλωμα αυτό διακόπτουμε τον ουδέτερο που θα οπλίσει το ρελε καστανιας ισχύος. Για να ενεργοποιηθεί αυτό το ρελε χρειάζεται μια τάση στο πηνίο του της τάξης των 12 volt. Με ένα ΝΡΝ τρανζίστορ ξανά με χρήση διακόπτη ελέγχουμε την γείωση που πάει στο ρελε έτσι ώστε να υπάρξει διαφορά δυναμικού 12 volts στα άκρα του. Το τρανζίστορ θα περάσει την γείωση GND από τον εκπομπού στον συλλέκτη μόλις δεχτεί τάση 5 volt στη βάση του. Αυτά τα 5 volt είναι και η εντολή που ελέγχει με τις διαδοχικές κινήσεις που ακολουθούν , την κατανάλωση. Και αυτή την εντολή τη δίνει η έξοδος του επεξεργαστή.
Με λίγα λόγια , όταν ο επεξεργαστής δώσει λογικό 1 στην έξοδο, το τρανζίστορ περνά την γείωση στην μια επαφή του πρώτου ρελε. Σε συνδυασμό με την άλλη επαφή που είναι μόνιμα στα +12 volts οπλίζει και κλείνει τις κανονικά ανοιχτά (NO) επαφές του οτιού από εκεί περνάει ο ουδέτερος και με την ίδια ακριβώς λογική οπλίζει το ρελε ισχύος αφού το πηνίο αυτό βρίσκεται υπό τάση 220volt εναλλασσόμενου ρεύματος.
Μονάδα εξόδου
Κύκλωμα ισχύος
Διαφορές μεταξύ παλαιάς εγκατάστασης και εγκατάστασης Smart House Embedded.
Ακόμη να σημειώσω ότι για να πάρουμε την πραγματική κατάσταση στο σύστημα και στο site, παράλληλα με την κατανάλωση μπαίνει σε λειτουργία και ένα τροφοδοτικό χαμηλής κατανάλωσης που αποτελείται από έναν μετασχηματιστή 230 σε 12 volt και μια διάταξη σταθεροποίησης της τάσης στα 5 volt DC που αναλύσαμε πιο πάνω στο κύκλωμα πραγματικής κατάστασης.
Σε αυτό το κεφάλαιο θα παρουσιάσω τον κώδικα του συστήματος, του προ γράμματος που είναι εγκατεστημένο στον server , καθώς και το λογισμικό ττου χρειάστηκε για την δημιουργία σχεδίασμά της κατασκευές.
Σε ψευδογλωσσα οι συνθήκες που λαμβάνουν μέρος για την λήψη αποφάσεων από το σύστημα ε ίν α ι:
Αν είναι το φως ανοιχτό , εμφάνισε στην οθόνη Information the Lights Is ON Αν ό χ ι, εμφάνισε στην οθόνη Information the Lights Is OFF
Αν είναι μέρα εμφάνισε στην οθόνη Day mode . Move sensor is OFF. Only manual & PC commands accept.
Av είναι νύχτα εμφάνισε στην οθόνη Night mode . Move sensor is ON. Manual, PC and move sensor commands accept.
Av είναι νύχτα και υπάρχει κίνηση άναψε το φως, αν γλοιός μην κανείς τίποτα.
Αν πάρεις εντολή από PC σταματά ότι κάνεις αμέσως και εκτέλεσε την εντολή αυτή.
Σε γενικές γραμμές αυτές είναι οι συνθήκες που λαμβάνουν χωρά στο project.
Βέβαια είναι λίγο μεγαλύτερος ο κώδικας σε γλώσσα C μαζί με τις συνθήκες αρχικοποίησης και ρύθμισης του μικροεπεξεργαστή αλλά είναι απλό.
Χρησιμοποιώ δυο διακοπές ( interrupts) για καλύτερη απόκριοη του συστήματος και για να είναι πιο σωστή η όλη διαδικασία.
Εδώ πρέπει να (τημειώσω ότι λόγω της φύσης του ηλεκτρικού κυκλώματος, θα πρέπει οι εντολές που θα δίνει το σύστημα στις εξόδους να είναι παλμοί. Όπως και το μπουτον στον τοίχο το πατάμε και το αφήνουμε...έτσι και το σύστημα θα πρέπει να οπλίζει το ρελε καστανιας αλλά να μην παραμένει υπό τάση το πηνίο του. Έ τσι λοιπόν από την έξοδο του μικροεπεξεργαστή θα φεύγει ένας παλμός διαρκείας μερικών ms, ικανός να αλλάξει κατάσταση στο ρελε καστανιάς.
Κώδικας σε γλώσσα C.
f
his program was produced by the odeWizardAVR V I.24.6 Standard Automatic Program Generatorm : Copyright 1998-2005 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l.
^ ittp ://www.hpinfotech.com e-mail:ofTice@hpinfotech.com J ’roject : Ptixiakh_Smart_House_Int_vIII
V ersion:
f
ate : 5/9/2008 uthor : telo3 Company : . C o m m en ts:hip type : ATmega32 'rogram type : Application
lock frequency ; 8,000000 MHz lemory model : Small ixtemal SRAM size : 0
Stack size : 512
^include <mega32.h>
^ in c lu d e <delay.h>
// .Alphanumeric LCD Module functions
^ a s m
I
.eq u __lcd_port=0xl8 ;PORTB ffendasm^ in c lu d e <lcd.h>
* PINA.O -> LIVE STATUS ♦
* PIND.2 -> FROM PC 'SCADA' interrupt ♦
* PIND.3 -> FROM MOVE DETECTOR interrupt *
* PINA.3 -> FROM LIGHT DETECTOR 'DAY/NIGHT'
Oti den xrisimopoioume, to dhJwnoume eksodo,
gia na mhn paimei skoypidia to systhma kai baraei sto gamo tou karagiozh.... */
♦Metablites pou xrhsimopoioume sthn delay_msO;*^
int dl_disp_1=200;
i
nt dl_disp_2=300;nt dl_l=20;
Dhlwshsh Synarthsewn LCD MONITOR ’
f
old Pc_lcd_mes(void); //synarthsh emfanishs mhnymatos se periptwsh entolhs apo pc./scada/intemet...Old Move_lcd_mes(void); //synarthsh emfanishs mhnymatos se periptwsh entopismoy kinishs...
void Start_System_Lcd(void); //synarthsh emfanishs mynhmatwn snarkshs...
i oid Live_Status_Lcd(void); //synarthsh emfanishs mynhmatwn me thn pragmatikh katastash toy kyklwmatos...
^ / External Interrupt 0 service routine In te rru p t [ΕΧΤ ΓΝΤ0] void ext_intO_isr(void)
Interrupt 0
//An pareis entolh apo PC...dwse palmo sthn kastania.
I
PI ace your code here PORTD.O=1;Pc_lcd_mesO;
J
delay_ms(dl_I);PORTD.0=0;
//xtipise to interupt tou pc??
//tote dwse sthn eksodo LOGIKO T ARA +5V...
//emfanise to minima sthn led //kai meta apo tosa msec...
//mhdenise thn eksodo LOGIKO O' ARA GND
|/ / t e l o s int pc_scada..
t
External Interrupt 1 service routineterrupt [EXT_INTI] void ext_intI_isr(void) //An einai nyxta BCAI exoume kinisi sto dwmatio....
/ Place your code here if(P IN A .3 = 0 )
{ PORTD.O=1;
M o v eJed m esO ; delay_ms(dl_l);
PORTD.0=0;
//xtipise to interupt ths kinishs kai einai kai nyxta??
//tote dwse sthn eksodo LOGIKO T ARA +5V...
//emfanise to minima sthn led //kai meta apo tosa msec...
//mhdenise thn eksodo LOGIKO O' ARA GND