بخشی از مقاله
چکیده
به بکارگیری امکاناتی که یک خانه را هوشمند نماید، همواره یکی از مواردی بوده است که بشر توجه زیادی به آن داشته و در طول دورهای مختلفِ توسعه ی فناوری ، راه حل های متعددی برای این منظور خلق کرده است. خانه هوشمند به خانهای گفته میشود که ساکنین آن امکان تنظیم و کنترل تجهیزات الکترونیکی منزل خود را از راه دور و نزدیک داشته باشند. در جهت ایجاد خانه های هوشمند نیاز به طراحی ، توسعه و یکپارچه نمودن سیستم های سخت افزاری و نرم افزاری می باشد.
یکی از پلتفرم های سخت افزاری که امروزه در طراحی و توسعه خانه های هوشمند نقش به سزایی دارد آردوینو می باشد. این پلتفرم در واقع یک میکروکنترلر تکبردی است که به منظور تولید راحتتر برنامههایی که با اشیاء یا محیط تعامل داشته باشند طراحی شدهاست.یکی از موارد پرکاربرد در منازل چند راهی های برق می باشند که در این تحقیق و به کمک پلتفرم آردوینو نسبت به هوشمند سازی آن اقدام نمودیم بطوری که قابلیت کنترل ، روشن و خاموش کردن پلاگها از طریق فناوری بلوتوث همچنین نرم افزارهای توسعه یافته شده و تعبیه شده در تلفنهای هوشمند مجهز به سیستم عامل آندرویید اقدام نمودیم.
-1 مقدمه
به بکارگیری امکاناتی که یک خانه را هوشمند نماید، همواره یکی از مواردی بوده است که بشر توجه زیادی به آن داشته و در طول دورههای مختلفِ توسعه ی فناوری ، راه حل های متعددی برای این منظور خلق کرده است. خانه هوشمند به خانهای گفته میشود که ساکنین آن امکان تنظیم و کنترل تجهیزات الکترونیکی منزل خود را از راه دور و نزدیک داشته باشند. از طرفی موجبات افرایش ایمنی راحتی را برای ساکنان آن فراهم نموده و قادر خواهیم بود منابع ارزشمند انرژی را مدیریت نماییم.
هدف از اجرای پروژه های هوشمند سازی منازل را می توان تبدیل فضا به یک فضای متمایز و لوکس، تبدیل ساختمان به یک ساختمان با مصرف بهینه انرژی و یا تبدیل خانه به یک خانه مدرن و امن با مدیریت هوشمند عنوان نمود. در جهت هوشمند سازی منازل و ساختمانها سیستمهای سخت افزاری و نرم افزاری در این راستا طراحی و تولید می گردند تا بسترهای ارتباطی قوی را برای منازل ایجاد تا نسبت به وضعیتهای متغیر محیط عکس العمل نشان داده و خود را با آن ها وفق دهند، همچنین به ساکنین ساختمان این اجازه را می دهند که از منابع موجود به صورت موثرتری استفاده نموده و امنیت و آرامش آنها را افزایش دهد.
امروزه یکی از وسایل پرکاربرد در منازل پریزها و چند راهی ها می باشند که وظیفه سنتی آنها اتصال وسایل الکتریکی جهت تامین جریان الکتریسیته از منابع انرژی می باشد در این تحقیق سعی گردیده در راستای هوشمند سازی منازل این وسایل را هوشمند نمود.چنین پریزی قادر خواهد بود براحتی تمام تجهیزات برقی مانند لوازم آشپزخانه، آباژورها، لوازم شارژی و سایر لوازم را به کمک تلفنهای هوشمند و از راه دور کنترل کرده و برنامه ریزی نماید. همانطور که پیش تر اعلام گردید در جهت ایجاد خانه های هوشمند نیاز به طراحی ، توسعه و یکپارچه نمودن سیستم های سخت افزاری و نرم افزاری می باشد.
یکی از پلتفرم های سخت افزاری که امروزه در طراحی و توسعه خانه های هوشمند نقش به سزایی دارد آردوینو می باشد. این پلتفرم در واقع یک میکروکنترلر تکبردی است که به منظور تولید راحتتر برنامههایی که با اشیاء یا محیط تعامل داشته باشند طراحی شدهاست. سختافزار آن شامل یک برد سختافزار متنباز که حول میکروکنترلر ایویآر اتمل یا یک آرم اتمل طراحی شدهاست آردوینو در سال 2005 به منظور ایجاد راهی ارزان و ساده برای برنامهنویسی اشیائی تعاملی ایجاد شد.
آردوینو به همراه یک محیط یکپارچه توسعه نرمافزار ساده ارائه میشود که در رایانههای عادی قابل اجرا است که اجازه برنامهنویسی به کمک سی یا سی++ را برای آردوینو میدهد. در بخش دوم این تحقیق به معرفی کامل این پلتفرم خواهیم پرداخت در بخش سوم این تحقیق به طراحی و توسعه سخت افزاری یک پریز هوشمند به کمک پلت فرم آردوینو خواهیم پرداخت و در نهایت به معرفی و توسعه نرم افزارهای مورد نیاز اشاره می نماییم و در انتها نتایج به دست آمده را بررسی می نماییم.
-2 معرفی معماری کلی سیستم پیشنهادی
در طرح پیشنهادی و با کمک گرفتن از پلتفورم آردوینو همچنین سیستم عامل آندرویید سعی در ایجاد یک چند راهی هوشمند با کمترین هزینه می باشیم .در محیط های خانه های هوشمند می توان از راه دور و به کمک برنامه های توسعه یافته به کنترل لوازم منزل پرداخت[6] معماری سیستم پیشنهادی به دو قسمت اصلی تقسیم شده است . بخش سخت افزاری و بخش نرم افزاری در بخش سخت افزاری ما به کمک پلتفرم آردوینو رده اونو همچنین کمک گرفتن از رله در صدد کنترل و فرمان دهی به تعدادی پریز در جهت خاموش و روشن نمودن آنها بصورت مجزا و از راه دور هستیم در این مسیر ما با کمک گرفتن از تلفن هوشمند مجهز سیستم عامل آندرویید و کمک فناوری بلوتوث به این مهم دست خواهیم یافت.
قابل توجه است پلت فرم آردوینو قادر به اتصال به انواع سنسورها در جهت کنترل محیط اطراف خود بوده و یکی از بهترین گزینه ها در جهت هوشمند سازی خانه ها می باشد ما به کمک این پلتفرم قادر به توسعه سیستمهای مدیریت انرژی، هوشمند سازی سیستمهای تهویه مطبوع ، افزایش امنیت خانه های هوشمند ، سیتمهای کنترل فرمان به کمک صدا همچنین کنترل کامل محیط منازل و ساخنمانها در حیطه خانه های هوشمند خواهیم بود[6] در بخش نرم افزاری ما نیازمند توسعه نرم افزارها در دو حیطه می باشیم بخش مربوط به ارسال فرمان از طریق تلفن هوشمند در جهت انتخاب پریز هدف به منظور خاموش یا روشن نمودن پریز و نرم افزار مربوط به به آردوینو که فرمانها را از تلفن هوشمند و به کمک فناوری بلوتوث دریافت و نسبت به کنترل رله ها بوسیله پردازنده تعبیه شده بر روی پلتفرم آردوینو که از نوع اتمگا می باشد
شکل شماره -1 بلوک دیاگرام استفاده از پلتفورم آردوینو جهت هوشمند سازی منازل
پلتفورم آردوینو به وسیله پورتهای ورودی قادر به اتصال به تعداد زیادی حس گر محیط مانند سنسور دما ، سنسور گاز ،سنسور دود در جهت جلوگیری از آتش سوزی می باشد[1] به عنوان نمونه ما به کمک این پلتفرم قادر خواهیم بود به وسیله سنسورهای متنوع مقادریر مورد نیاز محیط خود را دریافت و از طریق باسهای تعبیه شده به پردازنده اتمگا تحویل و بر روی مقادیر مذکور به کمک دستورات نرم افزاری محاسبه انجام دهیم و نتیجه آن را به کمک خروجی های پردازنده به یک سری رله جهت کنترل دستگاه های مقصد و یا سایر سیستمهااعمال نماییم در یک سناریو قادر می باشیم به کمک سنسور دود مقادیر موجود از دود محیط را حس نموده و در صورت وجود دود در محدوده غیر استاندارد به پایه خروجی متصل به یک رله فرمان دهیم جریان برقرار تا به عنوان نمونه یک سیستم اطفای حریق را فعال نماید. همانطور که در شکل یک مشاهده می نمایید ماژولهای توسعه بلوتوث همچنین وای فای نیز قادر به اتصال به پلتفورم آردوینو به عنوان ورودی می باشند ما در این تحقیق در جهت دریافت پارامترهای کنترلی از تلفن هوشمند از ماژول بلوتوث استفاده می نماییم .
-3معرفی پلتفرم آردوینو
در سال 2005 اولین برد آردوینو در یک کلاس درسی بر اساس یک کار تحقیقاتی در انستیتو یی واقع در ایورا ایتالیا متولد شد. این برد توسعه نتیجه یک کار تحقیقاتی سخت افزاری می باشد. هدف این پروژه معرفی یک میکروکنترلر و پروگرمر قدرتنمد با کارآیی بالا و نحوه استفاده بسیار ساده در رونده برنامه نویسی ,راه اندازی همچنین توسعه المان های الکتریکی بوده است.
آردوینو یک پلت فرم محاسباتی فیزیکی منبع باز است که بر اساس یک برد میکروکنترلر ساده تهیه شده، و نیز یک محیط توسعه برای نوشتن نرم افزار جهت کار با برد می باشد. همانطور که پیش تر اعلام گردید آردوینو می تواند جهت ایجاد اشیای تعاملی، گرفتن ورودی از تعداد زیادی سوییچ و حسگر، و کنترل تنوعی از لامپ ها، موتورها، و سایر خروجی های فیزیکی به کار گرفته شود. استاندارد کنونی پلتفرم سخت افزاری آردوینو بر اساس میکرو کنترلر اتمگا 328 می باشد [2] این پلت فورم ، پروتوتایپ الکترونیکی منبع باز انعطاف پذیر است که به سادگی چه از لحاظ سخت افزاری و چه از لحاظ نرم افزاری قابل استفاده است.
