Задача дистанционного управления температурой, давлением и влажностью актуальна для многих промышленных и лабораторных применений, например, в области термической обработки, в сушильном оборудовании, в пищевой промышленности, в задачах поддержания микроклимата помещений для выращивания растений и многое другое. Обычные системы дистанционного мониторинга основаны на использовании проводных систем и ПК.
Такие системы имеют существенные недостатки: они громоздки и неудобны в обслуживании и реконфигурации. Внедрение беспроводных технологий в этой области позволяет отказаться от привязки к конкретному стационарному рабочему месту и повысить мобильность за счет использования мобильных и носимых устройств в системе управления в качестве инструмента человеко компьютерного интерфейса, обеспечивая дополнительное удобство для обслуживающего персонала и повышая ее эффективность.
Архитектура системы.
Для реализации разработанной системы необходимо выбрать инструменты разработки. Исходя из задач и функций разрабатываемой системы, можно выделить следующие инструменты, необходимые для развития системы управления микроклиматом:
- Датчик для измерения температуры.
- Контроллер для сбора и обработки измеренных данных.
- Устройство для передачи данных на устройство для мониторинга показаний.
- Клиентское устройство для мониторинга температуры, хранения и визуализации данных.
В качестве измерительного устройства используется цифровой датчик температуры DHT22 и цифровой датчик температуры. В качестве устройства первичного сбора показаний датчиков используется самый популярный контроллер семейства Arduino UNO - Arduino, который продолжает самую первую линейку контроллеров. Контроллер Arduino Uno может использоваться для создания систем приема и обработки сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, а также для управления различными исполнительными механизмами. Контроллер Arduino Uno может использоваться для создания устройств и систем приема и обработки сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, которые могут быть подключены к нему, а также для управления различными исполнительными механизмами.
В качестве технологии беспроводной связи между устройствами используется протокол беспроводной связи и модуль Bluetooth. Данный протокол использует радио интерфейс малой мощности и был разработан учёными в качестве замены существующих последовательных кабельных интерфейсов в бытовой электронике и промышленных приложениях. Технология Bluetooth - это гибкое и простое в использовании беспроводное решение.
Мобильное устройство.
В качестве мобильного устройства для дистанционного управления измеряемыми параметрами используется смартфон на базе ОС Android. Это многоуровневая среда, основанная на ядре Linux с богатой функциональностью. Android обладает широким спектром возможностей подключения, охватывающих Wi-Fi, Bluetooth и протоколы передачи данных по сотовой сети (GPRS, EDGE, 3G, 4G и др.).
Алгоритм работы.
Память Bluetooth модуля включает в себя специальную программу, которая обеспечивает выполнение всех процедур по обнаружению устройств Bluetooth и установлению соединения. Эта программа запускается сразу после включения контроллера, и модуль переключается в режим ожидания подключения. Соединение Bluetooth организовано по принципу "клиент-сервер". Android приложение - это клиент, который инициирует соединение, запрашивает данные и прерывает соединение. А приложение на контроллере - это сервер, который получает команды от клиента и предоставляет данные. Изменение значений измеряемых параметров отображается на смартфоне в режиме реального времени в виде графиков.
Практическая реализация.
Практическая реализация системы состоит из двух программ: программы для контроллера Arduino для считывания, обработки и передачи данных, полученных от датчиков температуры и давления, и мобильного приложения для обработки, визуализации в режиме реального времени и хранения полученной информации. Мобильное приложение состоит из двух частей, состоящих из двух классов. Первый класс реализует Bluetooth соединение с удаленным устройством, осуществляя отправку и прием данных. Второй реализует пользовательский интерфейс и обеспечивает построение графиков измеряемых значений на главном экране приложения и их хранение. Накопленные данные можно сохранить в файле на SD-карте мобильного устройства в текстовом формате с расширением. Для визуализации данных, получаемых по Bluetooth, используется внешняя библиотека GraphView. Это библиотека с открытым исходным кодом для построения различных графиков и диаграмм в Android приложениях. Библиотека GraphView позволяет визуализировать и обновлять данные, которые меняются в режиме реального времени, а также строить на одном экране несколько графиков различных типов одновременно.
