МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский технический университет связи и информатики»
Кафедра «Сетевых информационных технологий и сервисов»
Практическая работа на тему
«Умные вещи»
по дисциплине
«Информационные технологии и программирование»
Москва, 2022 г.
Содержание
Введение 3
Умные часы 4
Умное зеркало 6
Заключение 11
Список использованных источников 12
Введение
Ни для кого не секрет, что жизнь человека становится с каждым днем все проще, благодаря различным гаджетам, бытовым устройствам и так далее. В современном мире даже можно управлять домом с помощью смартфона, который есть практически в каждом кармане, хотя данные технологии казались фантастическими ещё несколько десятков лет назад.
«Умный дом» является специальной системой управления зданием, решающей задачи безопасности, связи и развлечений. Данная система состоит из таких элементов, как выключатели, таймеры, сенсоры, различные датчики, которые помогают измерять физические параметры. Также присутствуют вспомогательные устройства: блоки питания, модули и интерфейсы. Такую систему можно поставить не только в больших загородных домах, но и в обычной квартире.
Достоинством является то, что можно контролировать чайник, микроволновку, кондиционер, телевизор и другие бытовые приборы с помощью смартфона или планшета из любого места. В умном доме осуществляется контроль над сигнализацией, газом, водой, а также видеонаблюдением и противопожарной системы, что, несомненно, может обезопасить помещение от утечек и непредвиденных ситуаций. Системные датчики и таймеры, реагирующие на присутствие человека, способствуют экономии электричества в доме.
Умный дом — это система, которая была придумана в 70-х годах 20 века в Соединенных Штатах Америки для обозначения технологически оснащенного дома для комфортного проживания людей. Электронные приборы дома объединены в единую систему, которые связанны между собой через сеть. Подразумевается, что эта система должна иметь определённый заданный алгоритм действий в конкретных ситуациях.
Рассмотрим более подробно некоторые устройства, а именно умное зеркало и умные часы.
Умные часы
Для взаимодействия с системами умного дома, обычно, используется web-интерфейс или приложение на персональном смартфоне/планшете.
Однако для решения некоторых простых задач такие сложность и богатство возможностей являются избыточными. Ну, например, хочется знать текущее время, и быть в курсе климатической обстановки в детской комнате и на улице. При этом не хочется вставать с кровати, брать в руки смартфон, а уж тем более взаимодействовать с умным домом.
Рисунок 1 – Умные часы
Принцип работы
Мы рассматриваем взаимодействие часов с платформой Home Assistant, однако, они могут работать с любой другой системой домашней автоматизации, способной публиковать сообщения в MQTT-брокер. Задействованные устройства, сети и системы:
Программная платформа домашней автоматизации Home Assistant на базе дистрибутива Hass.io с установленным плагином MQTT-брокера(сервера) Eclipse Mosquitto;
Домашняя сеть WiFi, работающая в диапазоне 2.4ГГц (микроконтроллер часов не поддерживает работу с сетями 5ГГц);
Первичные источники данных: два ZigBee-датчика температуры/влажности/давления Aqara (на улице и в детской комнате) и один ZigBee-датчик движения/освещенности Aqara (в спальне, где стоят часы). Датчики заведены в Home Assistant через zigbee2mqtt. Плюс два виртуальных датчика: датчик скорости ветра и датчик атмосферного давления (созданные на базе Template Sensors и weather-компонента Home Assistant Met.no);
Сами электронные часы: платформа Wemos D1 Mini на базе микроконтроллера ESP8266, три одинаковых четырехзначных семисегментных светодиодных дисплея на базе контроллера TM1637, один RGB-светодиод с тремя резисторами среда разработки Arduino IDE для написания кода и прошивки микроконтроллера Wemos.
Рисунок
2 – Схема взаимодействия часов и элементов
умного дома
Как это все работает:
Данные с домашних физических и виртуальных датчиков собираются в Home Assistant и приводятся к нужному виду.
Раз в минуту специальная автоматизация Home Assistant формирует пакет данных с выбранных датчиков и публикует его в формате JSON в указанный топик на локальном MQTT-брокере.
Часы подключаются к домашней WiFi-сети, затем к указанному MQTT-брокеру и подписываются на нужный топик.
При появлении каждой новой публикации в топике, часы десериализуют полученное сообщение, а затем последовательно выводят на свои три дисплея полученные ими данные в определённых сочетаниях.
В нашем случае, информация поделена на три блока, отображающиеся в бесконечном цикле по 10 секунд каждый:
температура/текущее время/влажность в детской;
температура/текущее время/влажность на улице;
скорость ветра/текущее время/атмосферное давление.