Тема работы:
Разработка радиосети
автоматизированного управления бытовыми приборами
Выполнил:
студент группы 319
Трубников Вячеслав
Цель работы: разработка
простейшей радиосети, демонстрирующей взаимодействие бытового прибора с
пользователем системы посредством коммуникационных сетей (IoT - интернет
"вещей") и возможностью автоматизированной работы без прямого
управления по заданным алгоритмам. Особое условие – Web-интерфейс взаимодействия с пользователем.
1. Обзор платформы
На первом этапе разработки
сети следует провести обзор модуля, на базе которого она будет строиться. В
данном случае – это платформа ESP8266, которая
представляет собой Wi-fi модуль со встроенным микроконтроллером.
Технические характеристики модуля:
- работа в сетях Wi-fi: 802.11 b/g/n с поддерживаемыми типами шифрованияWEP,WPA,WPA2;
- режимы работы в сети: клиент (station), точка доступа (soft AP) и клиент + точка доступа (station +soft AP);
- flash-память от 512 кб;
- ОЗУ данных 80кб, ОЗУ программ 32кб;
- 16 GPIO;
- потребляемый ток до 215 мА (что
является главным недостатком данного модуля);
- максимальная дистанция связи 100м;
- напряжение питания от 1,7-3,6 В.
Внешний вид модуля
представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Модуль ESP8266
Подключение и прошивка
данного модуля осуществляется с использованием UART-интерфейса, для чего используется USB to TTL Converter.
При разработке сети учитывались
следующие достоинства устройства:
- использование Wi-fi: позволяет
связываться с маршрутизатором без проводного интерфейса; высокая пропускная
способность WLAN, которая решает
проблему ограниченного числа терминалов в сети;
- наличие встроенного микроконтроллера
позволяет использовать данный модуль как полноценную базу для разработки сети,
то есть для решения многих задач не требуется наличие внешнего управляющего
устройства;
- низкая стоимость;
- поддержка разных проводных
интерфейсов, что позволяет подключать к модулю разнообразные устройства.
Для макетной разработки сети на базе ESP8266 используется модуль DevKit, представляющий собой ESP8266 со встроенным USB to TTL Converter, разведеннымиGPIO и расширенной flash-памятью.
Обобщенная архитектура взаимодействия пользователя с
устройством
Рисунок 2 –
взаимодействие пользователя с терминалом
Обеспечение обмена сообщениями через
сеть Интернет:
для реализации обмена информацией с
пользователем существует два пути, а именно:
использование облачного сервера совместно
с http сервером на базе ESP 8266 и использование специальных приложений. Суть
первого решения заключается в том, что на базе данного модуля формируется http сервер. Запросы данного сервера
перенаправляются через облачный сервер (например, MQTT), к которому может обращаться пользовательское устройство. Основной недостаток этого
решения − необходимость хранить в памяти устройства http сервер. С учётом размера памяти модуля
реализовать сложный сервер для управления бытовым прибором не представляется
возможным.
Второе решение − использование
приложений на базе Android или IOS. Существует несколько приложений, специализирующихся
на управлении IоT устройствами. К ним относятся IoT Manager и Blynk.
Остановлюсь на приложении с, поскольку
оно позволяет управлять устройствами как с использованием, так и без
использования сети Интернет.
Blynk представляет собой облачный сервис
для создания графических пультов управления и подходит для широкого спектра
микрокомпьютеров и микроконтроллеров. Подключение и настройка данного
приложения описана насетевом
ресурсе. После установки и настройки Blynk на мобильное
устройство получаем «пульт управления» пылесосом (Рисунок 2).
Рисунок 2 – Рабочий
проект Blynk
Blynk позволяет управлять портами/пинами
устройства, которое подключается к нему, без внесения изменения в программный
код, а также обмениваться любой информацией с пользователем, используя вирутальные
пины.
Пылесос управляемый пользователем должен
обладать собственной памятью, достаточной для хранения алгоритмов, задающих
автоматизированную работу устройства. В данной системе подразумевается
использовать два режима автономной работы пылесоса и режим непосредственного
управления пользователем.
Режимы автоматизированной работы:
- режим хаос позволяет пылесосу
двигаться по хаотичной траектории, имеется ввиду движение от одного препятствия
к другому, при невозможности двигаться дальше по прямой траектории устройство
автоматически выбирает случайный угол поворота и продолжает движение.
- режим спираль обеспечивает
упорядоченную траекторию движения, полностью покрывая окружающую поверхность
движением по раскручеваемой спирали, что позволяет равномерно очистить
помещение. В данном режиме, если пылесос достиг препятствия, он поворачивается
на 90о и продолжает движение по заданному алгоритму.
В дальнейшей работе ищется способ сканирования
и построения карты помещения, для точечной уборки по известной карте и
оперативного построения маршрута непосредственно пользователем.
Используема литература:
1. https://geektimes.ru/post/279860/
2. http://usamodelkina.ru/6819-sobiraem-robot-pylesos-na-arduino.html
3. https://habrahabr.ru/post/257867/
4. https://geektimes.ru/post/244209/
5. http://www.blynk.cc/getting-started