3 Аппаратно-физическая реализация управления освещением в доме с интегрированной интеллектуальной системой

3.1 Комплектация инс

Комплектация системы управления освещением в доме с интегрированной интеллектуальной системой состо из:

 машина ЭВМ (компьютер);

 электрический датчик контроля Е (освещенности);

 камера видео фиксации;

 Датчик движения (сенсор);

 жесткий диск (или мини серверная для хранения ифнормации);

- Аппаратное устройство для передачи данных с функцией Wi-Fi.

В качестве машины ЭВМ была выбрана модель Raspberry Pi3 Model A (Рисунок 17).

Рисунок 17 – Внешний вид Raspberry Pi3 Model A

Raspberry Pi 3 Model A - это небольшой компьютер, который был разработан Raspberry Pi Foundation. Он имеет компактные размеры, но обладает широкими функциональными возможностями. Характеристики Raspberry Pi 3 Model A:

 процессор. Внутри этого компьютера находится мощный 64-битный четырёхядерный процессор ARM Cortex-A53, работающий на частоте 1,2 ГГц;

 память. Его оперативная память составляет 512 МБ (RAM);

 беспроводная связь. Raspberry Pi 3 Model A поддерживает встроенные модули Wi-Fi и Bluetooth, что позволяет подключаться к Интернету и другим устройствам без проводов;

 порты. Устройство оснащено разнообразными разъемами, включая USB для подключения внешних устройств, HDMI для подключения к телевизорам, а также Ethernet и GPIO для разнообразных периферийных устройств;

 компактность. Raspberry Pi 3 Model A обладает небольшими размерами, что делает его идеальным для встраивания в различные устройства и проекты;

 эффективность. Этот компьютер спроектирован с учетом экономии энергии и не потребляет большое количество электроэнергии;

 ОС и программное обеспечение. Он поддерживает различные операционные системы, такие как Raspbian, и часто используется для создания собственных компьютеров, медиа-центров и автоматизации разных систем.

Raspberry Pi 3 Model A стал популярным среди людей, занимающихся DIY-проектами, которым нужен недорогой и компактный компьютер для своих задач. Цена на Raspberry Pi 3 Model A в рублях может меняться в зависимости от того, какая комплектация вам нужна. Этот мини-компьютер стоит примерно от 2,500  4,500 рублей.

Электрический датчик контроля Е (освещенности), работающий на основе Arduino Uno (Рисунок 2), представляет собой устройство, которое использует Arduino Uno для измерения уровня освещенности в окружающей среде. Его распространенное применение заключается в участии в разнообразных проектах, где он автоматически регулирует уровень освещения в зависимости от уровня света. Этот датчик обычно включает в себя фоторезистор или другие светочувствительные компоненты, которые меняют свои свойства в зависимости от уровня освещенности. Arduino Uno Rev 3, в свою очередь, используется для сбора данных от датчика и управления освещением в соответствии с предварительно заданными настройками.

В качестве камеры для видео фиксации выбираем Raspberry Pi Camera Module (V3) (Рисунок 18).

Рисунок 18 – Внешний вид Raspberry Pi Camera Module (V3)

Характеристики Raspberry Pi Camera Module (V3):

 качество изображения. Разрешение - 8 мегапикселей (3280 x 2464 пикселей), что позволяет получать детализированные снимки;

 запись видео. Камера записывает видео в нескольких режимах, включая Full HD (1920 x 1080), HD (1280 x 720), VGA (640 x 480) и другие, а также снимает до 30 кадров в секунду при разрешении 1080p;

 сенсор изображения. Для захвата изображений камера использует сенсор Sony IMX219, который был дополнен оптическими линзами для улучшения качества снимков;

 подключение к Raspberry Pi. Камера подключается к Raspberry Pi с помощью специального CSI-порта (Camera Serial Interface), что обеспечивало надежную связь между ними;

 компактность и удобство. С ее компактными размерами легко интегрировать ее в проекты;

 режим фотосъемки. Камера поддерживает разнообразные режимы фотосъемки, включая возможность съемки в формате RAW для обработки изображений в последствии;

 программное управление. Управление с мини-компьютера Raspberry Pi 3 , на языке программирования Python и других поддерживаемых языках;

 инфракрасная поддержка. Можно использовать в условиях недостаточной освещенности, подключив инфракрасные светодиоды (IR LED) для съемки в темноте.

Цена камеры Raspberry Pi Camera Module (V3) в рублях может меняться в зависимости от того, какая комплектация камеры предлагается. Обычно, такая камера стоит примерно от 1,500  3,000 рублей.

В качестве датчика движения (сенсор) выбираем HC-SR501 PIR (рисунок 19).

Рисунок 19 - Внешний вид датчика движения HC-SR501 PIR

Характеристики датчика движения HC-SR501 PIR:

 тип датчика. Этот датчик использует технологию пироэлектрического инфракрасного датчика движения (PIR);

 питание. Датчик работает в диапазоне напряжения 5 В;

 режим работы. Он активируется при обнаружении движения в своей зоне видимости и может служить для автоматического включения или выключения различных устройств, таких как светильники;

 угол обзора. HC-SR501 обладает широким углом обзора, который обычно составляет около 110 градусов;

 дистанция обнаружения. Датчик способен обнаруживать движение на расстоянии нескольких метров, однако это расстояние может варьироваться в зависимости от версии датчика;

 регулировка чувствительности. Этот датчик оснащен возможностью регулировки чувствительности, что позволяет пользователю настраивать его для работы в различных условиях окружающей среды;

 задержка времени. После обнаружения движения датчик может устанавливать задержку времени перед автоматическим выключением, что предоставляет возможность определить, как долго поддерживать включенным освещение или другие устройства;

 регулировка освещенности. Некоторые модификации этого датчика могут иметь функцию регулировки порога освещенности, что позволяет пользователю настраивать его работу в зависимости от уровня окружающего света.

Цена камер датчика движения HC-SR501 PIR в рублях может меняться в зависимости от того, какая комплектация камеры предлагается. Обычно, такой датчик движения стоит примерно от 100  300 рублей.

Для освещения дома с интегрированной ИС были выбраны светильники с двумя комплектами светодиодных ламп. Один набор имеет холодное белое свечение, а другой - теплое. В каждом комплекте по 6 ламп, и мы можем регулировать их яркость. Мощность каждой лампы составляет Р = 10 Вт. Напряжение (U) = 230 В. Цена каждой лампы 350 рублей.

В качестве датчика освещения была выбрана модель 2112 фотодатчика типа «К» (Рисунок 20) для автоматического управления освещением в помещениях. Например, он может регулировать яркость и включение/выключение света в зависимости от текущего уровня освещенности. Например, датчик может включать свет, если уровень освещенности упадет ниже определенного уровня, и выключать его, когда достигнута необходимая яркость. Преимущества данного датчика:

 энергосбережение. Этот датчик может использоваться для экономии энергии путем автоматического выключения света, когда его использование становится неактуальным, таким образом, предотвращая излишние расходы электроэнергии;

 системы безопасности. Датчики освещенности могут быть интегрированы в системы безопасности для обнаружения движения в темное время суток;

 Автоматизация умного дома. К2112 может быть частью системы умного дома и использоваться для автоматизации управления освещением, занавесками и другими устройствами в зависимости от уровня освещенности и потребностей пользователей.

Рисунок 20 – Внешний вид фотодатчика К2112

Характеристики фотодатчика К2112.

 принцип работы. К2111 является фотодиодным датчиком, который измеряет количество света, падающего на его поверхность;

 диапазон измерения. Этот датчик способен измерять интенсивность света в определенном диапазоне значений, и этот диапазон может варьироваться в зависимости от конкретной модели;

 выходной сигнал. В зависимости от модели К2111 может предоставлять аналоговый сигнал, такой как изменение напряжения или тока, связанное с интенсивностью света, либо цифровой сигнал, который выдает информацию об уровне освещенности в цифровом виде;

 чувствительность. Оснащен регулировкой чувствительности, что позволяет настраивать его для работы в различных условиях освещенности.

Цена фотодатчика К2112 находится в пределах 100 рублей.

Один из востребованных умных диммеров для управления освещением в сфере умных домов - это Lutron Caseta Wireless Smart Dimmer (рисунок 21).

Ключевые особенности этого устройства представлены в таблице 10:

Таблица 10 – Ключевые особенности

Название особенности	Описание
Беспроводное управление	Пользователь может легко контролировать свет с помощью смартфона или планшета или голосового помощника
Диммирование	Пользователь может легко контролировать яркость освещения
Программирование	Пользователь может легко настраивать освещение по методике программирования для особых слyчаев.
Эффективное расписание	Пользователь может настроить расписания атематического включение и отключения световых приборов для сокращения электропотребления
Дистанционное управление	Пользователь может легко управлять освещением используя мобильного приложение из любой точки мира

Рисунок 21 – Внешний вид Lutron Caseta Wireless Smart Dimmer

Цена диммера Lutron Caseta Wireless Smart Dimmer в рублях может меняться в зависимости от того, какая комплектация камеры предлагается. Обычно, цена варьируется от 4000  10000 рублей.

Общая стоимость оборудования для нашего проекта составила 18250 рублей (Если брать за основу максимальную цену из предложенного диапазона цен на оборудование). Если сравнивать его с похожей готовой системой, марки TP-Link Kasa которая стоит ≈10000 рублей за пару ламп с изменяемой цветовой температурой от 1500 до 3000 К и световым потоком 500 лм, то к этой системе также нужно добавить TP-Link Kasa module Engine стоимость в размере 15000 рублей. Функционал системы TP-Link Kasa имеет управление светом с помощью голосовых команд или мобильного приложения. Таким образом, общая стоимость системы TP-Link Kasa составляет ≈25000 рублей. Наши начальные затраты на оборудование для нашей интеллектуальной системы управления освещением оказались на 27% дешевле, чем у конкурента TP-Link Kasa, при этом сохраняя большую часть функциональности.