سیستم خانه ی هوشمند BMS
خانه ی هوشمند BMS
سیستم خانه ی هوشمند BMS در واقع خانه ای است که بر تمام فعالیت هایی که اغلب در زندگی روزمره انجام میشوند، کنترل دارد و هدف اصلی از آن دستیابی به زندگی ایمن و راحت تر است. خانه ی هوشمند، خانه ای است که با سیم کشی ساخت یافته و ویژهای مجهز شده است و این توانایی و قابلیت را برای ساکنین آن فراهم میآورد تا از راه دور یک برنامه و یا مجموعه ای از دستگاه های الکترونیکی خانگی خودکار را با وارد کردن یک فرمان کنترل کنند. فناوری اطلاعات و ارتباطات[2] (ICT) اخیراً از یک موجودیت خارجی به محیط داخلی خانه، منتقل شده است. پیاده سازی خانه ی هوشمند بر اساس نرم افزار Lab VIEW انجام میشود. این پروژه شامل سیستمهای زیادی است از جمله سیستم نور داخلی[3]، سیستم نور خارجی[4]، سیستم زنگ خطر سرقت[5]، سیستم دما[6]. هر کدام از ما در زندگی خود به آسایش و ایمنی نیاز داریم. بسیاری از سیستم های واقعی که در ساختمان ها استفاده میشوند، انعطاف پذیری مخصوص را ندارند و به کاربران آن میزان راحتی و ایمنی که نیاز دارند را ارائه نمیدهند. ایجاد یک سیستم کامل، چالش بزرگی است زیرا نیاز به سیستم های کنترلی هست که در همان زمان اجرا شوند. هدف از این پروژه نقشه ی فرآیند بازدهی کاربرد بهینه ی فناوری خانه های هوشمند است تا به کاربران این اطمینان را بدهد تا به فناوری مناسب برای نیازهای خود دسترسی داشته باشند.
کلمات کلیدی: سیستم خانه ی هوشمند ، Lab view، ایمنی، دستگاه تنظیم خودکار[7].
مقدمه:
الف. سیستم خانه ی هوشمند BMS
سیستم خانه ی هوشمند BMS یک اصطلاح جمعی برای فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) است که درمورد خانه هایی استفاده میشود که در آن اجزای مختلف از طریق شبکه ی محلی[8] با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. از این فناوری با توجه به معیارهای مختلف میتوان برای نظارت، هشدار و انجام وظایف استفاده کرد. فناوری خانه ی هوشمند امکان برقراری ارتباط اتوماتیک با محیطهای اطراف را فراهم میآورد که این ارتباط میتواند از طریق اینترنت، تلفن ثابت و یا گوشیهای همراه باشد [۷]. در سیستمهای خانهی هوشمند از فناوری پیشرفتهی کامیپوتری، فناوری ارتباطات شبکه و فناوری کنترل اتوماتیک استفاده میشود که زیرسیستم را با سیستم کنترل ترکیب میکند و سیستم کنترل شامل کنترل روشنایی، کنترل دما، کنترل زنگ خطر سرقت و آتش، سیستم سوئیچینگ منبع تغذیه اصلی خانه میباشد. خانهی هوشمند دارای دو واسط است:
- واسط کامپیوتر
- واسط واحد کنترل راه دور
در واسط کامپیوتر، نرم افزار Lab VIEW واحد کنترل کنندهی اصلی است که همه ی زیرسیستمها را در خانه کنترل میکند. علاوه بر واسط Lab VIEW برای خانهی هوشمند، واسط کنترل راه دور برای نظارت بر سیستم روشنایی داخلی، سیستم روشنایی خارجی، سیستم دما، سیستم زنگ خطر سرقت استفاده میشود [۲ و ۱].
[1] Smart home system
[2] Information and Communication Technology (ICT)
[3] Internal light system
[4] External light system
[5] Burglary alarm system
[6] Temperature system
[7] Automation
[8] Local network
شکل 1 بلوک دیاگرام سیستم خانه ی هوشمند BMS را نشان میدهد. سیستم خانه ی هوشمند BMS به طور عمده شامل تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی است. آنها شامل حسگرها و اندیکاتورهایی هستند که برای حس کردن و نشان دادن سیگنال استفاده می شوند. همهی زیرسیستمها بهعنوان واحد کنترل اصلی سیستم به نرم افزار Lab View متصل میشوند. Lab VIEW از حسگرهای متصل شده، ورودیهای مختلف میگیرد و با توجه به برنامهی تعریف شده، آنها را پردازش میکند و سپس خروجی منطقی را برای کل سیستم تغذیه (قدرت) خانه فراهم میآورد [۲]. هدف اصلی اکتساب داده اندازهگیری پدیدهی الکتریکی مانند ولتاژ، دما، جریان و صدا است. سخت افزار DAQ بهعنوان واسطی بین کامپیوتر و زیرسیستمها عمل میکند. آن در درجهی اول بهعنوان دستگاهی عمل میکند که سیگنالهای آنالوگ ورودی را دیجیتال میکند و بنابراین کامپیوتر میتواند آنها را تفسیر کند. هر مؤلفه بهطور عمده بهعنوان یک تابع منفرد عمل میکند و با سایر مؤلفهها هماهنگسازی انجام نمیشود [۵]. با اتصال به نرم افزار Lab VIEW، سیستم کنترل از راه دور برای انجام عملیات در سیستمها بهکار میرود. همچنین کنترل و سوئیچ بار در هر اتاق خانه با استفاده از گیرندهی واحد اتاق در هر اتاق استفاده میشود.
ب. Lab VIEW
Lab View از میزکار مهندسی ابزار دقیق مجازی آزمایشگاه [1] گرفته شده است و در سال 1983 توسط اسناد ملی که به نام NI مشهور است آغاز به کار کرد. NI Lab VIEW یک بستر توسعهی گرافیکی برای مهندسان و دانشمندان است. مانند C و Java، نرم افزار Lab VIEW بهعنوان زبان G شناخته شده است. Lab View بهطور عمده برای مشکلات پیچیده طراحی شده است [۳]. Lab View یک زبان برنامه نویسی گرافیکی است که برای ایجاد برنامههایی به نام VI استفاده میشود که در یک فرم تصویری بلوک دیاگرام نامیده میشوند و بسیاری از جزئیات نحوی سایر زبانهای برنامه نویسی مانند C و MATLAB که از روش برنامه نویسی مبتنی بر متن استفاده میکنند را حذف میکند. Lab VIEW در دسترس همه سیستم عامل های اصلی است و بهراحتی در سراسر سیستم عامل قابل حمل است. این روش ساده و انعطافپذیر است و از آنجاییکه یک روش گرافیکی است، نیاز به نوشتن برنامه با 100 خط مانند سایر زبانهای برنامه نویسی را ندارد. هر VI دارای دو پنجرهی Block Diagram و Windows-Front Panel است. Front Panel یک واسط کاربر است که کنترل و اندیکاتور دارد. Block Diagram یک کد برنامه است که انتقال داده روی سیستمها از طریق توابع از سمت کنترل کنندهها به اندیکاتورها را نشان میدهد. اشکال عمدهی Lab VIEW هزینهی آن است. بنابراین برنامههای Lab View فعلی فقط به برنامههای مقیاس بالا در سطوح صنعتی محدود شدهاند و باید به سمت خانهها انتقال داده شوند و مزیت آن در اتوماسیون خانه تنها این نیست که طراحی را ساده میکند بلکه دقت و سرعت سیستم را نیز افزایش میدهد.
طراحی:
Lab VIEW از حسگرهای متصل شده، ورودیهای مختلف را میگیرد و با توجه به برنامهی تعریف شده آنها را پردازش میکند و سپس خروجی منطقی را برای کل سیستم تغذیه خانه فراهم میکند. ویژگیهای اضافی آن، این است که دارای سیستم حفاظت قدرت نیز هست بنابراین هنگامی که هرگونه نقص در خانه رخ میدهد، سیستم حفاظتی بلافاصله منبع تغذیه اصلی را به دام میاندازد.
[1] Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench
- کنترل LAB VIEW
Lab VIEW روشنایی داخلی، روشنایی خارجی، دما، سیستم زنگ خطر سرقت در خانه را کنترل میکند.
الف. سیستم روشنایی داخلی:
سیستم روشنایی خانهی هوشمند دارای مزایای بسیاری است:
-چراغها در داخل خانه با یک کنترل لمسی، روشن میشوند.
-چراغها با یک تماس لمسی، خاموش میشوند.
-عاری از خطرات شوک
-روشنایی را میتوان با توجه به شرایط اطراف کنترل کرد.
-مصرف برق کمتر خواهد بود و به کاهش هزینه منجر خواهد شد.
سیستم روشنایی داخلی شامل یک حسگر حرکتی PIR، دیمر[1] و لامپها است که به برنامهی نرم افزاری Lab VIEW متصل شدهاند. اگر فردی داخل خانه شود، سیستم یک روشنایی اتوماتیک را در خانه ایجاد خواهد کرد. دیمر تنها درصد کوچکی از روشنایی لامپ را فراهم میآورد و Lab VIEW 100 درصد روشنایی را هنگامی که سیگنال حرکتی از حسگر حرکتی PIR میگیرد، فراهم میکند. هنگامیکه حسگر حرکتی PIR یک شی در حال حرکت را تشخیص میدهد، یک سیگنال خواهد فرستاد که تنها برای مدت کوتاهی خواهد بود.
[1] Dimmer
ب. سیستم روشنایی خارجی
سیستم روشنایی خارجی به قرائت سلول خورشیدی بستگی دارد. Lab VIEW سیگنال دیجیتال را از DAQ دریافت میکند که آن سیگنال آنالوگ دریافت شده از سلول خورشیدی را به سیگنال دیجیتال تبدیل میکند و Lab VIEW آن را تحلیل خواهد کرد. بسته به زمان صبح و شب، برنامهی نرم افزاری Lab VIEW وضعیت لامپهای روشنایی خارجی را کنترل میکند.
ج. سیستم دمایی
هدف اصلی سیستم دمایی، خواندن مقدار دما از حسگر دمایی LM35 است. کاربرد اصلی استفاده از حسگر دمایی LM35 این است که از سایر حسگرهای دمایی سادهتر است زیرا مدار مجتمعی[1] است که ولتاژی متناسب با دما در درجهی سلسیوس بهعنوان خروجی میدهد و خود حسگر از اثرات غیرخطی مراقبت میکند. حسگر LM35 به طور مستقیم با DAQ متصل شده است. Lab VIEW سیگنال را از حسگر LM35 بهعنوان مقدار متغیر آنالوگ میخواند. پس از پردازش، Lab VIEW یک سیگنال خنک کننده یا گرم کننده به سیستم میفرستد.
[1] Integrated circuit
د. سیستمهای زنگ خطر سرقت[1]
نرم افزار LabVIEW مبتنی بر سیستم زنگ خطر خانه بهعنوان نگهبان خانه عمل میکند. هدف اصلی سیستم زنگ خطر حفظ ایمنی خانه و خانواده است تا خانهی خود را در برابر جرم حفظ کنیم. هنگامیکه زنگ خطر شروع میکند، یک طرح صدای بلند را برای ترساندن مزاحمان ساطع میکند. برای محافظت از خانه در برابر اشخاص غیر مجاز، ورودی را از دری جلویی در نظر میگیرد که صفحه کلید به آن متصل است. سیستم زنگ خطر خانه در LabVIEW بهوسیله تنظیم یک کد مناسب برای کار زنگ خطر ایجاد شده است. کد برای زنگ خطر واقعی، ثابت شده است. برای اجرای سیستم هشدار خانه در LabVIEW، تنظیمات در شکل 7 نشان داده شده است، ما فرض میکنیم که یک فرد میتواند از طریق درب جلو وارد خانه شود و از طریق صفحه کلید، کد را وارد میکند، اگر کد با مقدار ثابت کد هماهنگ نباشد، هشدار نوشته شده نمایش داده خواهد شد و سپس زنگ خطر به صدا در میآید. لازم به ذکر است که سیستم بهطور خودکار بعد از ۳ ثانیه کدی که قبلاً وارد کرده ایم را پاک می کند.
[1] Burglar Alarm Systems
- واحد کنترل از راه دور
واحد کنترل از راه دور یکی دیگر از دستگاههای واسط مورد استفاده در اپلیکیشنهای خانه هوشمند است. کنترل از راه دور برای ارسال سیگنال کنترل به واحد کنترل مرکزی در سیستم استفاده میشود تا عملیات خاصی را انجام دهد که متصل به نرم افزار Lab VIEW است. سه بخش در سیستم کنترل از راه دور وجود دارد که عبارتند از واحد فرستنده[1]، واحد گیرندهی مرکزی[2]، واحدهای گیرندهی اتاقها[3].
واحد فرستنده کاربر را قادر به کنترل دو واحد گیرندهی مختلف میکند. بخش گیرنده در واحد کنترل از راه دور، واحد گیرندهی مرکزی است که در تماس با Lab VIEW است و عملیات اصلی را در خانه انجام میدهد. واحد گیرندهی اتاق یک بار اتاق [4]را از طریق کنترل از راه دور، کنترل میکند.
نتیجه گیری:
هدف اصلی این مقاله کنترل سیستم و نظارت بر سیستم روشنایی داخلی، سیستم روشنایی خارجی، سیستم دما و سیستم ایمنی است. سیستم خانه ی هوشمند BMS، سیستم کارآمد انرژی و ایمن شده و کاملاً خودکار را فراهم میکند. تکنولوژی خانه هوشمند انعطافپذیری و قابلیت کاملاً متفاوتی از تأسیسات معمولی و سیستمهای کنترل محیطی را فراهم میکند. همچنین، فناوری خانهی هوشمند را میتوان با سیستم کنترل از راه دور پشتیبانی کرد که با استفاده از کیت ELVIS بهعنوان سیستم نیمه کنترل عمل میکند. این سیستم همچنین به اینترنت متصل میشود تا تجهیزات خانه را از هر مکانی در جهان با استفاده از Lab VIEW نظارت و کنترل کند.
برای آشنایی با مطالب بیشتر از پیج اینستاگرامی ما دیدن فرمایید.
ACKNOWLEDGMENT:
This work was supported in part by our institution to bring up the ideas and develop our project. The authors would like to thank their Parents and the Electronics and Communication Engineering Department for their constructive comments which greatly improved the quality of this work.
REFERENCES:
[1] Dr. Basil Hamed, “The Design and Implementation of Smart House Control Using Lab VIEW”, International Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE) ISSN: 2231-2307, Vol. 1, Issue-6, January 2012.
[2] Kunal Kumar, Aditya Kumar, Anand Sharma, Abhishek Anand, Ajit Singh Pawar & Ajay Kumar, “Vision of Smart Sustainable Home & Home Application Made Real, Using Lab VIEW”, Undergraduate Academic Research Journal (UARJ), ISSN : 2278 – 1129, Vol.1, Issue-2, 2012.
[3] B V Sumangala & K Bhargava Ram, “Advantages of Lab VIEW over Embedded System in Home Automations”, International Conference on Advancement in Engineering Studies & Technology, ISBN : 978-93-81693-72-8, 15th JULY, 2012.
[4] Guneet Kour, Jaswanti, ” Lab VIEW Based Alarm Systems In Home”, ISSN 2250-0987 Jaswanti et al, UNIASCIT, Vol 2, Issue-3, pp. 305-307, 2012.
[5] Janani Prasad, Indumathi.S, “ Energy Conservation in smart home using Lab VIEW “, International Conference on Computing and Control Engineering (ICCCE 2012), 12 & 13 April, 2012 ISBN 978.
[6] Rosslin John Robles and Tai-Hoon Kim, “A Review on Security in Smart Home Development”, International Journal of Advanced Science and Technology Vol. 15, February, 2010.
[7] Xu, Jingzhi. “Smart Home.” Business Aspects of the Internet of Things, 13, 2009.
[8] Lab VIEW User Manual, April 2003 Edition, National Instruments.
[9] http://www.ni.com/labview/.
[1] Transmitter unit
[2] Central receiver unit
[3] Rooms receiver units
[4] Room load
