Курсовая работа

Разработка проекта Умный дом

Категория:

Курсовая работа

Дисциплина:

Проектирование систем обработки данных

Город:

Беларусь, Минск

Учебное заведение:

БНТУ, ФИТР

Стоимость работы:

40 руб.

Оценка: 10
Объем страниц: 52
Год сдачи: 2021
Дата публикации: 28.04.2021

* Кроме файла с работой, также есть архив с дополнительными файлами.

Описание дополнительных файлов:

RR - папка с диаграммами бизнес-процессов
С++ - папка с исходным кодом
kp2.erwin - логическая модель проекта
алгоритм.vsdx - алгоритм работы проекта
кп-1.bp1 - модель процессов проекта

Фрагменты для ознакомления

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

Разработка проекта Умный дом

 

По дисциплине: «Проектирование систем обработки данных»

Ключевые слова: умный дом, автоматизированное управление, разработка, исследование, освещение, шторы, микроклимат, безопасность.

В курсовой работе ведется исследование и разработка системы умный дом, которая должна включать в себя такие функции, как автоматизированное управление освещением, шторами, автоматизированный контроль микроклимата, обеспечение безопасности, формирование и хранение статистики, а также оповещение пользователя. При этом за пользователем остается возможность ручного формирования необходимых параметров и сценариев, в том числе и удаленно.

Разработка проекта включает в себя следующие этапы:

  1. Изучение материала и разработка модуля, позволяющего выполнять функции автоматизированного и ручного управления освещением.
  2. Изучение материала и разработка модуля, позволяющего выполнять функции автоматизированного и ручного управления шторами.
  3. Изучение материала и разработка модуля, позволяющего выполнять функции автоматизированного и ручного управления микроклиматом.
  4. Изучение материала и разработка модуля, выполняющего функции обеспечения безопасности.
  5. Изучение материала и разработка модуля, выполняющего функции сбора, хранения статистики и оповещения пользователя.

В результате выполнения курсовой работы мы имеем автоматизированную информационную систему, обеспечивающую высокий уровень комфорта, высокий уровень безопасности, а также существенно улучшающую экономические параметры.

 

Введение

1 Теоретические аспекты

          1.1 Понятие «Умный дом»

          1.2 Структура «Умного дома»

          1.3 Системы «Умного дома»

          1.4 Освещение

          1.5 Микроклимат

          1.6 Безопасность

          1.7 Сценарии «Умного дома»

2 Формирование технического задания на создание автоматизированной системы 

3 Проектирование предметной области

          3.1 Нулевой уровень декомпозиции

          3.2 Первый уровень декомпозиции

          3.3 Управление освещением

          3.4 Управление шторами

          3.5 Управление микроклиматом

          3.6 Контроль безопасности

4 Разработка модели базы данных

5 Объектно-ориентированное моделирование системы

5.1 Сценарий варианта использования

5.2 Диаграмма вариантов использования

5.3 Диаграмма последовательности и кооперативная диаграмма

5.4 Диаграмма классов

5.5 Диаграмма состояний

5.6 Диаграмма деятельности

5.7 Диаграмма компонентов

4.7 Диаграмма размещения

6 Алгоритм работы системы

Заключение

Список использованных источников

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Умный дом – комплекс решений, обеспечивающих централизованное управление системами отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, безопасности, освещения и так далее. В зависимости от необходимости либо пожеланий владельца список функций может, либо увеличиваться, либо уменьшаться.

Актуальность темы обусловлена высоким потенциалом развития систем Умного дома и отсутствием единых стандартов устройств, включенных в эти системы. В любой момент, когда возникнет необходимость систему можно легко расширить, подключив необходимые возможности.

Система умный дом имеет преимущества перед обычной электрикой практически по всем направлениям:

  • Контролирует и регулирует работу каждого устройства на основании текущих параметров согласно программе.
  • Контролирует доступ в помещения, следит за безопасностью в/за пределами охраняемой территории. Своевременно предотвращает чрезвычайные ситуации и неполадки в доме (протечка воды, газа, пожар, злоумышленное проникновение и т. д.).
  • Информирует об обстановке в доме или определенном событии через интернет или мобильный телефон. Оповещение проводится по Вашему требованию или согласно заданного графика, при нештатных ситуациях (информирует Вас и соответствующие службы).
  • Элементы системы можно в любое время постепенно дополнять (например, при расширении дома, перепланировке квартиры) исключая необходимость сверлить стены и прокладывать кабель. Любые элементы можно изначально установить, а затем «оживить».
  • Система позволяет изменять функции элементов, это возможно с помощью ПК и удаленно (нет необходимости выезда техника). Одним нажатием можно активировать несколько функций. Например, из выключателя можно сделать регулятор или наоборот.
  • Процесс управления и контроля работы домашних приборов автоматизирован. Система может работать автономно по установленной программе или пользователь можете ею управлять вручную, что экономит его домашнее (рабочее) время.

Целью проекта является разработка системы умный дом, содержащей в себе следующие функции:

  • Автоматизированное управление освещением.
  • Автоматизированное управление системами отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха (микроклиматом).
  • Ручное управление освещением, в том числе и при помощи программируемых сценариев.
  • Ручное управление микроклиматом, в том числе и при помощи программируемых сценариев.
  • Обеспечение высокого уровня безопасности.
  • Автоматизированный сбор, хранение статистики и оповещение пользователя.

Исходя из поставленной цели вытекает ряд задач проекта:

  • Изучить принципы автоматизированного управления освещением и микроклиматом.
  • Изучить принципы построения систем умный дом.
  • Разработать проект предметной области используя методологию IDEF0 в среде BPWin.
  • Разработать модели баз данных используя методологию IDEF1X в среде ERWin.
  • Разработать объектно-ориентированную модель системы в среде Rational Rose.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Понятие «Умный дом»

Умный дом (англ. Smart House) - единая высокотехнологичная система управления в доме, офисе, квартире или здании, позволяющая поставить все коммуникации под управление искусственного интеллекта, программируемого под все потребности и пожелания человека [1].

Принцип «Умного дома» предполагает совершенно новый подход в организации жизнеобеспечения строения, в котором за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно возрастает эффективность функционирования и надежность управления всех систем и исполнительных устройств здания [2].

Под «Умным домом» следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Основной особенностью «Умного дома» является объединение отдельных подсистем в единый управляемый комплекс. Важной особенностью и свойством "Умного дома" отличающим его от других способов организации жизненного пространства является то, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека с жилым пространством, когда человек одной командой задает желаемую обстановку, а уже автоматика в соответствии с внешними и внутренними условиями задает и отслеживает режимы работы всех инженерных систем и электроприборов [3]. В доме, оборудованном системой "Умный дом" достаточно одним нажатием на настенной клавише выбрать один из сценариев. Дом сам настроит работу всех систем в соответствии с вашим пожеланием, временем суток, погодой, внешней освещённостью для обеспечения комфортного состояния внутри дома.

 

Структура «Умного дома»

Структура умного дома в основном включает в себя три типа устройств:

  1. Контроллер - управляющее устройство, соединяющее все элементы системы друг с другом и связывающее ее с внешним миром. Он активирует команды автономно или выполняет задачи, поставленные человеком [4]. Для связи с внешним миром контроллер как правило подключается к интернету. Осуществляет комплексное руководство выполнения задач, поставленных панелью управления. В автоматическом или ручном режиме активирует или блокирует вспомогательные, узкопрофильные системы жизнеобеспечения дома, согласно прописанной программе для каждого механизма, устройства.

Ручным способом, обычно выполняются простые задачи: освещение, видео, аудио и т.п. Задача обрабатывается контроллером и передается на устройство. В автоматическом режиме, согласно заданному алгоритму, контроллер самостоятельно активирует процессы обеспечения установленного сценария. При изменении или отклонении от нормы, контроллер вносит нужные поправки.

 

Системы «Умного дома»

Под термином система «Умного дома» подразумевается программно-аппаратный комплекс, позволяющий автоматизировать и упростить управление различными системами, а также другим оборудованием дома или квартиры [5].

Умный дом подразделяют на отдельные подсистемы, основные из которых:

  • Освещение – оборудование умного дома позволяет создавать различные световые схемы, оптимально подстраивая их под потребности пользователя, а также обеспечивая удобное управление ими.
  • Микроклимат – сюда входит не только отопление, но и системы вентиляции и кондиционирования. Используемые контроллеры не только подберут оптимальный температурный режим в помещении, но и позволят сэкономить значительную сумму.
  • Безопасность – на базе умного дома можно настроить не только оповещение о незаконном проникновении в жилище, но и использовать систему «присутствие в доме», а также проводить мониторинг за утечками газа, воды и задымленностью.

 

Освещение

Включение и отключение всех осветительных приборов в системе Умный дом может осуществляться по сигналу, отправляемому с одного автоматизированного устройства. С этой целью используется автоматическое и дистанционное (ручное) управление освещением.

Для работы в автоматическом режиме задаются схемы работы систем освещения. Исходя из тех данных, которые поступают с датчиков присутствия, движения и освещенности, или в зависимости от времени суток будет активироваться та или иная группа приборов.

Микроклимат

Здоровье и работоспособность во многом зависят от условий микроклимата и воздушной среды в жилых и общественных помещениях.

По мере насыщения зданий отопительно-вентиляционными системами,

осветительной техникой и электробытовым оборудованием современный дом становится все сложнее.

Системы автоматизации позволяют контролировать и управлять всем домом. Работу системы обеспечивают приточная вентиляция, кондиционеры, электрическое или водяное отопление, теплые полы, приводы открывания окон. Для управления применяют датчики, фиксирующие текущее состояние микроклимата в доме, а также средства управления - переключатели и панели.

 

Безопасность

Система безопасности состоит из трех основных составляющих:

  • Защита от возгораний и автоматическая система пожаротушения;
  • Защита от протечек;
  • Защита от проникновения посторонних лиц на охраняемую территорию.

Контроль возгораний осуществляется с помощью системы датчиков, реагирующих на малейшее изменение состава воздуха при появлении в нём угарного газа. В случае фиксирования такого события, будет включена противопожарная система, прекращен доступ свежего воздуха, способствующего разгоранию пламени, перекрыт газ, отключено электричество. Сигнализация в виде сирены и светового сигнала оповестит присутствующих в помещениях о пожаре, а если он начнется, когда хозяев нет дома, система отправит голосовое сообщение или SMS на мобильный телефон. Параллельно включается функция дымоудаления, а в службу безопасности поступает информация о пожаре.

Сценарии «Умного дома»

Сценарии - это запрограммированная реакция умного дома на то или иное событие [10]. Другими словами – это реакция автоматизированных инженерных систем, которые входят в систему «Умный Дом» (освещение; привода жалюзи, штор; климат; безопасность; энергосбережение и т.д.) на определенное событие. При этом, системы начинают совместно или последовательно менять свои параметры, например: включение/выключение различных групп света, на определенную яркость, в определенной последовательности, в определенном сочетании; закрытие/открытие определенных штор/жалюзи; установление определенной климатической обстановки в помещении; задание определенных параметров системы охранной сигнализации, видеонаблюдения и т.д.

 

ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА СОЗДАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

1. Общие сведения

Полное наименование системы: 

Условное обозначение системы:

Шифр темы или шифр (номер) договора:

Наименование предприятий (объединений) разработчика и заказчика (пользователя) системы и их реквизиты:

Заказчик: 

Разработчик: 

Основание для создания: 

Плановые сроки начала и окончания работы по созданию системы:

Начало: 

Окончание:

Сведения об источниках и порядке финансирования работ:

Источник финансирования:

Объем финансирования: 

2. Назначение и цели создания системы

2.1 Назначение системы: 

2.2 Цели создания системы:

Критерии оценки достижения цели создания системы - .

3. Характеристики объекта автоматизации:

4. Требования к системе

4.1 Требования к системе в целом

4.1.1 Перечень подсистем, их назначение и основные характеристики, требования к числу уровней иерархии и степени централизации системы:

4.1.2 Требования к способам и средствам связи для информационного обмена между компонентами системы

4.1.3 Требования к характеристикам взаимосвязей создаваемой системы со смежными системами, требования к совместимости, способы обмена информацией.

4.1.4 Требования к численности и квалификации персонала системы и режиму его работы:

4.1.5 Требования к показателям назначения:

4.1.6. Требования к надежности:

4.1.7 Требования к безопасности: требования не предъявляются.

4.1.8 Требования к эргономике и технической эстетике:

4.1.9 Требования к транспортабельности для подвижных АИС: требования не предъявляются.

4.1.10 Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению комплектов системы:

4.1.11 Требования к защите информации от несанкционированного доступа:

4.1.12 Требования к сохранности информации:

4.1.13. Требования к средствам защиты от внешних воздействий:

4.1.14. Требования к патентной чистоте: требования не предъявляются.

4.1.15. Требования к стандартизации и унификации:

4.1.16. Дополнительные требования: дополнительные требования не предъявляются.

4.2 Требования к функциям.

4.3 Требования к видам обеспечения.

4.3.1 Требования к математическому обеспечению: <отсутствуют>

4.3.2 Требования к информационному обеспечению.

4.3.3 Требования к лингвистическому обеспечению:

4.3.4 Требования к программному обеспечению:

4.3.5 Требования к техническому обеспечению: требования не предъявляются.

4.3.6 Требования к метрологическому обеспечению: требования не предъявляются.

4.3.7 Требования к организационному обеспечению: требования не предъявляются.

5. Состав и содержание работ по созданию (развитию) системы.

6. Порядок контроля и приемки системы: не определен.

7. Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу в действие:

8. Требования к документированию: требования не предъявляются.

9. Источники разработки

 

 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

Нулевой уровень декомпозиции

На рисунке 3.1 представлен нулевой уровень декомпозиции предметной области разрабатываемой модели.

Первый уровень декомпозиции

На рисунке 3.2 представлен первый уровень декомпозиции предметной области разрабатываемой модели.

Управление освещением

На рисунке 3.3 показан подробный процесс управления освещением на втором уровне декомпозиции.

Управление шторами

На рисунке 3.4 представлен процесс управления шторами на втором уровне декомпозиции.

Управление микроклиматом

На рисунке 3.5 представлен процесс управления микроклиматом на втором уровне декомпозиции.

Контроль безопасности

На рисунке 3.6. показан процесс обеспечения безопасности на втором уровне декомпозиции.

 

 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ БАЗЫ ДАННЫХ

В ходе разработки модели базы данных были определены следующие сущности: пользователь, датчик, микроконтроллер, панель управления, дом, сервер.

На рисунке 4.1 представлен результат разработки модели базы данных.

Далее будут описаны все сущности модели базы данных и их отношения.

Таблица 4.1 - Дом

Атрибут

Первичный ключ

Краткое описание

   
   
   
   

е Таблица 4.2 – Панель управления

Атрибут

Первичный ключ

Краткое описание

   
   
   
   
   
   
   
   

Таблица 4.3 – Датчик

Атрибут

Первичный ключ

Краткое описание

   
   

Таблица 4.4 – Микроконтроллер

Атрибут

Первичный ключ

Краткое описание

   
   

 

 ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ

 

Сценарий варианта использования

В следующих таблицах представлены разделы сценария вариантов использования.

Диаграмма вариантов использования

На рисунке 5.1 представлен результат разработки диаграммы вариантов использования.

 

Диаграмма последовательности и кооперативная диаграмма

На рисунке 5.2 представлена диаграмма последовательности разрабатываемой системы.

Диаграмма классов

На рисунке 5.4 представлена диаграмма классов разрабатываемой системы.

Диаграмма состояний

На рисунке 5.5 представлена диаграмма состояний разрабатываемой системы.

Диаграмма деятельности

На рисунке 5.6 изображена диаграмма деятельности системы Умный дом.

Диаграмма компонентов

На рисунке 5.7 представлена диаграмма компонентов разрабатываемой системы.

Диаграмма размещения

На рисунке 5.8 изображена диаграмма размещения разрабатываемой системы.

 

АЛГОРИТМ РАБОТЫ СИСТЕМЫ

На рисунке 6.1 изображен алгоритм работы разрабатываемой системы.

Работа системы заключается в следующем:

  • Ожидается ввод желаемых параметров пользователем
  • Если пользователь авторизировался и ввел параметры – активируется соответствующий микроконтроллер.
  • Если не авторизировался – ему будет отказано в обслуживании и будет сформирован соответствующий отчет.
  • Если пользователь не вводит данные – активируется датчик, который реагирует на параметры и внешние триггеры, активируя при необходимости нужный микроконтроллер.
  • Микроконтроллер активирует необходимое устройство регулирования, устанавливающее в помещении необходимые параметры, далее на сервер отправляется информация о срабатывании, где она сохраняется после чего отправляется пользователю.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью данной курсовой работы была разработка проекта Умный дом. В состав системы вошли функции автоматизированного управления освещением и микроклиматом, ручного управления параметрами освещенности и микроклимата, с возможность формировать и активировать пользовательские сценарии, в том числе и дистанционно, а также функции обеспечения высокого уровня безопасности посредствам видеонаблюдения, контроля закрытия окон и дверей, контроля задымленности, присутствия газов в воздухе. В состав функций управления освещением также вошли функции управления шторами (открытие/закрытие). Присутствует функция сбора данных и формирования статистики, с последующим сохранением ее на сервере и отправкой пользователю. Статистика содержит всю необходимую информацию о срабатывании микроконтроллеров и статистику по безопасности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Александров, Д.В. Инструментальные средства информационного менеджмента. CASE-технологии и распределенные информационные системы: Учебное пособие / Д.В. Александров. - М.: ФиС, 2011. - 224 c.
  2. Варфоломеева, А.О. Информационные системы предприятия: Учебное пособие / А.О. Варфоломеева, А.В. Коряковский, В.П. Романов. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 283 c.
  3. Гришин, А.В. Промышленные информационные системы и сети: практическое руководство / А.В. Гришин. - М.: Радио и связь, 2010. - 176 c.
  4. Мезенцев, К.Н. Автоматизированные информационные системы: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования / К.Н. Мезенцев. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 176 c.
  5. Пирогов, В.Ю. Информационные системы и базы данных: организация и проектирование: Учебное пособие / В.Ю. Пирогов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2009. - 528 c.
  6. Федорова, Г.Н. Информационные системы: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Г.Н. Федорова. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 208 c.
  7. Васильков, А.В. Информационные системы и их безопасность: Учебное пособие / А.В. Васильков, А.А. Васильков, И.А. Васильков. - М.: Форум, 2013. - 528 c.
  8. Вдовин, В.М. Предметно-ориентированные экономические информационные системы: Учебное пособие / В.М. Вдовин. - М.: Дашков и К, 2013. - 388 c.
  9. Балашов, Е. П. Проектирование информационно-управляющих систем / Е.П. Балашов, Д.В. Пузанков. - М.: Радио и связь, 1987. - 256 c.
  10. Ипатова, Э. Р. Методологии и технологии системного проектирования информационных систем / Э.Р. Ипатова, Ю.В. Ипатов. - М.: Флинта, 2008. - 256 c.
  11. Боковой, Ю. В. Особенности методологии проектирования информационных систем для малого и среднего бизнеса / Ю.В. Боковой. - М.: Синергия, 2006. - 254 c.
292