IoT и системы управления умным домом

В наше время сложно найти человека, который не слышал о таком термине как «Интернет вещей» или IoT. Ежегодно американская исследовательская компания Gartner публикует так называемый «Цикл зрелости технологий» – график, в хронологическом порядке представляющий технологии, которые либо уже готовы к применению, либо только вступают в стадию исследований. По состоянию на 2015 год, IoT находится на вершине «пика завышенных ожиданий». Это означает, что о данной технологии известно всем.

В первую очередь следует заметить, что IoT не является технологией в прямом смысле этого слова. IoT – это концепция, идея вычислительной сети физических объектов, имеющих технологии для взаимодействия друг с другом и/или с внешней средой. В отличие от обычного Интернета, который лишь способ объединения компьютеров, это – попытка выйти за его пределы. Таким образом, IoT можно назвать следующим шагом развития «физического» интернета (Подразумевается сам Интернет, а не Web), цель которого – объединить все системы ради обеспечения дополнительной выгоды для конечного потребителя [4].

Самым распространенным примером Интернета вещей является технология «умный дом». Умными называют дома, в которых за безопасностью, энергосбережением и комфортом следит программное обеспечение, объединяющее бытовые приборы в единую систему с помощью технологии передачи данных. Представьте, что дом самостоятельно управляет освещением и выключает свет в комнате, если в ней не находится человек, следит 1

за протечками водосточных труб и состоянием качества воздуха, предупреждает о возможности возгорания, автоматически поливает домашние растения и кормит домашних питомцев, если Вы задержались на работе или уехали в командировку. С такой системой Вы можете быть уверены, что Ваш дом находится в безопасности, а неожиданная протечка под ванной не вызовет потоп у соседей.

Раньше системы «умного дома» разрабатывались «под ключ» и любые изменения требовали значительных финансовых и временных затрат. На рынке представлено множество программно-аппаратных решений на базе нескольких популярных технологий. Основные представлены в таблице ниже.

Таблица 1

Решения для построения «умного дома»

С появлением Arduino ситуация несколько изменилась. Теперь такую систему может реализовать каждый с минимальными финансовыми вложениями. Arduino – это электронный конструктор и удобная платформа для быстрой разработки электронных устройств для новичков и профессионалов. Платформа пользуется огромной популярностью во всем мире благодаря удобству и простоте языка программирования, а также открытой архитектуре и программному коду. Устройство программируется через USB без использования программаторов. Arduino позволяет компьютеру выйти за рамки виртуального мира в физический и взаимодействовать с ним. Устройства на базе Arduino могут получать информацию об окружающей среде посредством различных датчиков, а также могут управлять различными исполнительными устройствами [5]. Таким образом, возможность реализовать простейшую систему «умного дома» становится доступна каждому.

Следует отметить, что на рынке мало готовых решений для дистанционного управления «умным домом» с помощью планшета или смартфона. На данный момент самое популярное кроссплатформенное решение представляет компания Blynk. Одноименное приложение позволяет настроить взаимодействие между Arduino и смартфоном. Однако Blynk не совсем подходит для управления системами «умный дом», т.к. не предоставляет готового backend, такого как сервер с базой данных для сбора и анализа статистики. На данный момент автором разрабатывается система, которая не содержит данного недостатка и представляет собой готовое решение для управления «умным домом».

В эту систему входят:

• 1)    Мобильное приложение на языке Swift для платформы iOS.

• 2)    Серверная часть, состоящая из базы данных под управлением MySQL, и программы-прослойки на языке Python.

Задачи, которые можно автоматизировать с использованием данной разработки:

• 1)    Управление освещением, сбор статистики по расходу электроэнергии, прогнозирование расхода электроэнергии на следующий месяц.

• 2)    Мониторинг и управление температурой.

• 3)    Анализ влажности почвы, автополив растений, программируемые сценарии, история полива.

• 4)    Обнаружение пожара, контроль за состоянием воздуха, сбор статистики качества воздуха.

• 5)    Мониторинг и предотвращение утечек воды.

Разрабатываемая система является клиент-серверной и построена по принципу «толстый – тонкий клиент». Таким образом, основную вычислительную работу, такую как сбор и анализ статистики, выполняет удаленный web-сервер, а мобильное приложение и Arduino только отправляют и обрабатывают информацию. На рис. 1 схематично изображена архитектура создаваемого решения. Arduino (в роли тонкого клиента) подключается к серверу и оповещает его о любых изменениях (смена уровня освещения, температуры, влажности почвы, состоянии воздуха и др). Сервер же, в свою очередь, записывает эту информацию в базу данных и отправляет ее мобильному клиенту, где она отображается удобном виде. Через мобильное приложение пользователь может отправить команду на сервер, где она будет обработана и перенаправлена управляющим механизмам Arduino.

Рис. 1. Архитектура решения.

На рисунке 2 представлен фрагмент пользовательского интерфейса разработанного мобильного приложения. В данном случае подразумевается, что к 9-аналоговому выходу на Arduino подключена RGB светодиодная лента. Таким образом, перемещая ползунки, пользователь может изменить цвет и яркость освещения в помещении.

Данная разработка представляет собой комплексное решение для управления «умным домом» на платформе Arduino. Разрабатываемая система легко развертывается и масштабируется в домашних условиях, не требует специфических навыков и опыта программирования под мобильные платформы. Используя данную разработку, пользователь может в режиме реального времени получать актуальные показатели датчиков, осуществлять удаленное управление из любой точки земного шара. Есть возможность отслеживать собранную статистику и, даже отправляясь в командировку, быть уверенным в том, что не забыл выключить утюг и закрыть дверь, а неожиданное происшествие, такое как протечка водосточных труб, может быть мгновенно устранено.

Рис. 2. Пример пользовательского интерфейса разработанного приложения.

Так как с каждым днем технологии IoT становятся популярными, данная разработка найдет применение среди желающих повысить уровень комфорта своего жилища и автоматизировать рутинную деятельность, будь то полив комнатных растений или управление освещением и температурой в помещении.