Выпускная квалификационная работа на тему: Система дистанционного управления бытовой техникой с использованием сети интернет (стр. 3 )

Если реле размыкающего типа, то при поступлении на реле напряжения контакты размыкаются, а при отсутствии напряжения контакты замкнуты.

1.3. Системы обогрева помещений

Температура в доме – это важный элемент комфорта. Если температура опуститься ниже нуля, это может привести к таким серьезным последствиям, как лопнувшие трубы водоснабжения, что приведет к дорогостоящему ремонту.

Если оставить дом без отопления на зимний сезон, требуется сливать воду из водопровода, однако если появляется желание вернуться, не получиться использовать его вплоть до теплого сезона. Поэтому требуется поддержание температуры водопровода выше отметки 0 ° С. Для этого достаточно держать температуру внутри дома на уровне 5 ° С,

Комфортная температура – это температура в некоем замкнутом пространстве, которое используют люди. Комфортной считается температура в диапазоне от 15 ° С до 25 ° С.

Для отопления используются различные системы. Это может быть котел, который нагревает воду и пускает ее по трубам, отапливая необходимые помещения, или же нагревательные элементы, которые могут отапливать воздух в помещение, в котором они расположены.

Существует множество видов обогревательных систем. Одни из них нагревают помещение за счет нагревающегося в них масла, другие имеют открытый нагревательный элемент, который обогревает помещение за счет естественной, или же принудительной конвенции воздуха. Есть инфракрасные обогреватели, которые отличаются от остальных за счет того, что оно отдает тепло от нагретой у себя поверхности. Существуют газовые нагреватели, или же кварцевые. У каждого из них есть как плюсы, так и минусы.

Масляные обогреватели

Могут обеспечить прогрев воздуха в достаточно большом помещении благодаря тому, что масло обладает большой теплопроводимостью, однако сам нагреватель, нагревается не более 60 °С, что позволяет в достаточной мере избежать травмоопасности. Работают такие обогреватели практически бесшумно, лишь в самом начале их работы можно услышать потрескивание, которое обозначает, что масло разогревается.. Так же они являются пожалуй наиболее пажаробезопасными.

Недостатком таких обогревателей является то, что разогревается он достаточно медленно, соответственно быстро нагреть воздух в помещении он не может. Так же он достаточно сильно убирает влажность, что приводит к сухости воздуха и влияет на ухудшение состояния окружающих вещей, а так же неблагоприятно влияет на здоровье. Однако на данный момент на рынке существуют модели таких обогревателей, оснащенные ионизатором воздуха, что борется с негативными последствиями на здоровье.[11]

Рис 8. Масляный обогреватель

Конверторный обогреватель

Имеет открытый нагревательный элемент, который выделяет тепловые волны с помощью естественной, или же принудительной вентиляций воздуха сквозь него. Нагревают помещение очень быстро а потребление энергии достаточно мало, однако они имеют высокую пожароопасность, а значит в условиях, когда требуется оставить дом без присмотра их не оставишь включенными.[11]

Рис 9. Конверторный обогреватель

Тепловентиляторы имеют сравнительно малую цену для своей мощьности. Горячий воздух, благодаря находящемуся внутри вентелятору быстро распространяется, что позволяет быстро нагреть помещение. Однако они обладают открытым нагревательным элементом, что ведет к большой огнеопасности. Так же имеющийся вентилятор создает достаточно большой уровень шума, что не ведет к удобствам.

Инфракрасный обогреватель позволяет прогреть пол, стены, а так же мебель за счет того, что они не прогревают воздух, а отдают ему тепло. Такие обогреватели потребляют достаточно малое количество энергии, что позволяет им быть высокоэкономичными. Инфракрасные обогреватели пожаробезопасны. Однако требуется менять комплектующие, которые выходят из строя.

Рис 10. Инфракрасный обогреватель

Выбор обогревателя, подходящего к системе – это выбор каждого. Все они совместимы с системой.

Глава 2. Разработка системы дистанционного управления бытовой техники

2.1. Выбор компонентов системы

В соответствии с техническим заданием были выбраны следующие компоненты:

  Arduino Uno

  Arduino Relay module

  Термодатчик DS 18 B 20

  Розетка

  Резисторы номиналом 4К7

С помощью них была разработана система, удовлетворяющая техническому заданию

Рис. 15 Схема сбора устройства

Модуль Arduino подключается к компьютеру с доступом в интернет. С датчиков температуры, расположенных в нужных местах и подключенных с помощью провода поступает информация о температуре в окружении этих датчиков. Температура выводится на созданный сайт по запросу пользователя. В фоновом режиме данные снимаются каждые 30 минут для отслеживания температуры.

При нахождении температуры на датчике, находящемся в помещении, выше установленного порога, подается напряжение на реле, запирающее питание к розетке, в которую подключается обогревающее устройство.

Рис 14. Принципиальная схема устройства

2.2. Выбор основных комплектующих системы

2.2.1 Arduino Uno

Arduino Uno – это контроллер, построенный на системе ATmega328.

Arduino Uno имеет 14 цифровых выходов, а так же 6 аналоговых. На контроллере имеется кварцевый генератор на 16 МГц, разъем для питания ICSP, USB-разъем для соединения котроллера с персональным компьютером, кнопка перезагрузки системы.[3]

Рабочее напряжение на плате Arduino равно 5 V

Предельное входное напряжение 6 V – 20 V

Рекомендуемое входное напряжение 7 V – 12 V

Постоянный ток 40 мА

Внутренняя память 32Кб

Тактовая частота 16 МГц

ОЗУ 2 Кб

Запитывается контроллер Arduino либо через внешнее питание с помощью адаптера AC/DC, либо с помощью батареек, либо с помощью подключения через USB адаптер к персональному компьютеру.

Работает Arduino с помощью внешнего питания от 6 V до 20 V. Напряжение питания рекомендуется подавать в диапазоне от 7 V до 12 V.

Имеет выводы на питание

  VIN

  5V

  3V3

  GND

VIN используют для подачи питания при подключении внешнего источника питания.

5V является регулируемым источником напряжения и используется для питания самого микроконтроллера и компонентов платы. Подается питание либо с помощью регулятора напряжения на вывод VIN, либо от USB-кабеля, либо от какого либо другого источника напряжения с 5V.

3V3 имеет напряжение на выводе 3,3 V, которое генерируется регулятором, находящемся на самой плате. Максимальным потреблением тока на этом выводе является 50 мA.

На вывод GND выводится заземление.

Все цифровые 14 выходов модуля Arduino Uno настраиваются с помощью функций digital Read(), digitalWrite() и pinMode() на входные и выходные значения. Каждый из этих 14 выводов имеет свой нагрузочный резистор с диапазоном сопротивления от 20 до 50 кОм и имеющий пропускную способность до 40мА.

Выводы Arduino Uno:

  Последовательная шина RX (0) и TX(1)

  Внешнее прерывание 2 и 3

  ШИМ - 3, 5, 6, 9, 10, 11

  SPI - SS(10), MOSI (12), SCK (13)

  LED 13

У выводов на плате Arduino Uno существуют специальные функции

RX (0) и TX(1) используют для приема (RX) и передачи(TX) данных TTL. Выводы имеют подключения к соответствующим выводам микросхем последовательной шины ATmega328 USB – to – TTL

Внешнее прерывание используется для вызова прерывания на младших значениях, либо на заднем или переднем фронтах, или же при изменении значений.

ШИМ (Широтно-импульсная модуляция) при помощи функции analogWrite() обеспечивает модуляцию с разрешением 8 бит

SPI (последовательный периферийный интерфейс) – с помощью этих выводов осуществляют связь SPI, используя специализированную библиотеку SPI.

LED является встроенным светодиодом, который подключен к порту с номером 13. Светодиод загорается, если на выходе значение обладает высоким потенциалом.

Аналоговые выходы, в количестве 6 штук, имеют разрешение по 10 бит, а значит обрабатывает по 1024 различающихся значений. Диапазон вывода измерений до 5 V относительно земли. Можно менять верхний предел с помощью функции analogReference() и вывода AREF

Так же имеется вывод Reset, к которому подключена кнопка перезагрузки, которая дает возможность перезагрузить микроконтроллер.

2.2.3 Термодатчик DS 18 B 20

Рис 11. Термодатчик DS 18 B 20

Термодатчик DS 18 B 20 имеет диапазон определения температур окружающей среды от – 55 ° С до + 125 ° С. Он является аналоговой полупроводниковой системой. Такие датчики получают данные в цифровом виде. Разрешение цифрового сигнала 12-битное по 1-Wire протоколу. При подключении его используется «паразитное питание», а значит, необходимую энергию датчики получают, используя линию сигнала. Благодаря этому подключается такой датчик с помощью двух проводов.

Датчики можно подключать последовательно, так как у каждого датчика есть свой уникальный номер, который позволяет идентифицировать его, однако в таком случае для передачи энергии невозможно использовать линию сигнала. Следовательно при последовательном подключении требуется так же подавать питание по отдельному, третьему контакту.

Датчик температуры DS 18 B 20 имеет постоянную память, внутрь которой возможно задать начальные граничные значения, выходя за границы которых датчик перейдет в режим тревоги. Между ногами сенсора расстояние слишком мало для установки на саму плату, поэтому при необходимости монтажа датчика в нее их требуется разгибать.