Тези до наукової роботи " Альтернативні джерела світла для освітлення будинку"

№1   Слава Україні!

Мене звати Ростислав Фесун, учень 9 класу Тарасівської гімназії Зіньківської міської ради.

Тема моєї роботи «Альтернативні джерела світла для освітлення будинку»

 №2  Актуальність дослідження. «Розумні» технології дуже швидко ввійшли у побут кожного з нас, вони здатні покращувати якість життя та екологічний стан, призначені вони також для забезпечення енергоефективного і енергоощадного використання джерел енергії. Практичне вирішення «smart home» має кілька варіантів, які дозволяють управляти розумними системами в приміщенні, будинку, квартирі, котеджі: до них відносить і система розумного освітлення, яка частково за своїми функціями може бути віднесена до інтелектуальної безпеки. Для застосування технології «smart home» може бути використано бездротові технології збору і передачі даних на пристрій здійснення контролю, управління, оцифровування даних, таких як: Bluetooth та Bluetooth LE і ZigBee, Wi-Fi

№3     Мета дослідження полягає у створенні альтернативного джерела світла для дому своїми руками (проєкт енергозберігаючого освітлення за рахунок технології «розумний будинок»).

№4     Завдання дослідження:

• провести аналіз можливостей технологій «Розумний будинок» та перелічити вимоги до освітлення робочого приміщення.
• описати вплив освітлення на здоров’я людини та дати характеристику концепції HCL.
• дослідити можливості застосування «розумного освітлення» в навчальному приміщенні. Назвати головні переваги системи «розумного освітлення» та навести порядок її автоматизації.
• провести розрахунок природного і штучного освітлення в приміщенні.
• навести порядок налаштування системи освітленості в приміщенні.

№5  Система планувалася та проєктувалася відповідно до основних вимог компонентного програмування. Кожний модуль системи відповідає за реалізацію чіткого та мінімального переліку функцій та взаємодії з іншими компонентами за допомогою гнучкого інтерфейсу. Для роботи додатку необхідно мати мобільний засіб з Android або iOS операційною системою. Шар представлення, реалізований у вигляді мобільного додатку, сполучається контролером із шаром сервісу, в якому можна відокремити самостійні елементи, відповідальні за керування мультизональним освітленням (рис. 2.1.). Загальна архітектура створеної системи наведена на слайді

 №6 Управління апаратною частиною передбачає керування не тільки за допомогою Bluetooth, а й за допомогою Wi-Fi. Для реалізації керування за допомогою Wi-Fi було використано протокол MQTT. Використання даного протоколу дозволяє керувати нашим пристроєм не будучи підключеним до тієї ж мережі, що й сам пристрій. Діаграма розгортання та прецедентів системи в створюваному проєкті наведена на слайді  

Це означає, що є можливість керування з будь-якого місця, головне, щоб було підключення до інтернету. MQTT або Message Queue Telemetry Transport – це легкий, компактний і відкритий протокол обміну даними, створений для передачі даних на віддалених локаціях, де потрібен невеликий розмір коду та обмеження по пропускній здатності каналу.

          №7  Проєктована система автоматичного освітлення має на увазі включення світла з приходом сутінків, як тільки людина увійшла в кімнату. Якщо користувач залишає приміщення, світло вимикається. «Розумна» технологія береже електроенергію і дозволяє знизити витрати на оплату електроенергії. Функція автоматичної яскравості має на увазі включення світла, коли не вистачає природних сонячних променів. «Розумною» системою автоматично визначається оптимальний рівень освітленості, щоб створити сприятливу і комфортну для очей обстановку. Ступінь освітленості налаштовується також користувачем вручну: прописується як виконання сценарію. Структура бази даних представлена на слайді.

№8   Використаний нами програмований контролер Arduino UNO R3 – це представник контролерів компанії «Arduino», створених на мікроконтролері ATmega328. Живлення Arduino UNO R3 подається по USB або від зовнішнього джерела живлення, в якості якого може використовуватися акумуляторна батарея . Рекомендується джерело живлення з напругою в діапазоні 7–12 Вольт. Обсяг флеш-пам’яті становить 32 кБ. Контролер Arduino UNO R3 може бути приєднаний до комп’ютера, іншої плати Arduino або до іншого мікроконтролера .

№9 Інтерфейс середовища програмування Arduino IDE подано на слайді.

За допомогою наступних елементів: Wi-fi та Bluetooth контролер esp32 – це наш головний компонент, світлодіодні стрічки, фоторезистори, годинник реального часу, макетна плата та інші допоміжні елементи, такі як дроти Мама-Мама, Мама-Тато, Тато-Тато та інші, – ми збираємо  схему:

№10 Радіочастотна ідентифікація (RFID) – це технологія автоматичної безконтактної ідентифікації об’єктів за допомогою радіочастотного каналу зв’язку. Ідентифікація об’єктів проводиться за унікальним цифровим кодом, який зчитується з пам’яті електронної мітки, що прикріплюється до об’єкта ідентифікації (рис. 2.3.).

Заснована на TP4056 плата (рис. 2.4. а) заряду із захистом для Li-Ion акумуляторів зі струмом до 1 A призначена для повноцінної зарядки і захисту акумуляторів з можливістю підключення навантаження.

З мобільного пристрою наш користувач відправляє команди на плату Arduino, Arduino обробляє ці команди і ми бачимо корегування світла наочно. Ми можемо спостерігати за зміною кольору, температури та яскравості нашого світлодіодного пристрою . Також, підлаштовувати його до певного часу доби, включати та виключати вручну і т.д. Наш мобільний застосунок написаний за допомогою Flutter, . Системи спілкуються за допомогою Wi-Fi та Bluetooth.

№11 Модуль освітленості на LM393 використовується для вимірювання інтенсивності світла в різних приладах. Вимірювання проводяться за допомогою світлочутливого елемента (фоторезистора), який змінює опір залежно від освітленості.

№12  Датчик руху  також називається піроелектричним, пасивним інфрачервоним або ІЧ-датчиком руху. Інтерфейс середовища програмування Arduino IDE показано в додатку роботи. В якості мови програмування для Arduino, буде використовуватися мова C / C ++. Вона багатофункціональна і не вимагає додаткових налаштувань в середовищі розробки Arduino IDE. Фрагмент програми для введення даних представлена на слайді.

№13 Алгоритм роботи програми схематично зображено в додатку та на слайді

№14  Для зв’язку Arduino та датчика рівня освітленості LM393 можна використати такий код:

Дистанційне керування освітленням здійснюється кількома способами:

1. Встановлення спеціального додатку на комп’ютер, що знаходиться на освітлюваній території.

2. Використання пульта дистанційного керування.
3. Керування освітленням за допомогою мобільних систем Android і iPhone.
4. Управління за допомогою настінного контролера, який живиться від батареї і легко встановлюється.

№15  Після того, як користувач завантажить додаток, він повинен спочатку зареєструватися, якщо у нього не має акаунта, або авторизуватися . Після цього необхідно під’єднатися до лампи, попередньо включивши її. Для цього необхідно увімкнути Bluetooth або WiFi, в залежності від типу з’єднання, яким користувач хоче під’єднатися, і у додатку зайти у налаштування та натиснути кнопку «підключитися» і після цього обрати необхідний пристрій із списку.

Після цих дій користувач може керувати лампою. Для управління кольором, яскравістю необхідно перейти на необхідний екран. Також на даному екрані можна увімкнути автоматичне освітлення, натиснувши на кнопку авто. Також є можливість зберігати обраний колір натиснувши на іконку у правому верхньому куті і увівши ім’я у вікні, що з’явилося, та натиснувши кнопку підтвердження. Реалізація керування освітленням дано в додатку та на слайді.

№16 Дякую за увагу! Все буде Україна!