|
სტატიის შინაარსი ავტორის ექსკლუზიური შემოქმედებაა. სტატიის ტექსტის და მასალების გამოყენებისას აუცილებელია ავტორის მითითება!
IoT (ნივთების/საგნების ინტერნეტი) წარმოადგენს მონაცემთა მიღების და გადაცემის კონცეფციას, რომელიც გამოიყენება, ფიზიკურ ობიექტებს „ნივთებს“ შორის კავშირის დასამყარებლად. ის აღწერს სხვადასხვა ფიზიკური ობიექტის ურთიერთობის მოდელებს, მათ მიერ ინფორმაციის დამუშავების მეთოდებს და ინფორმაციის გადაცემის პროტოკოლებს.
IoT კონცეფციის ჩამოყალიბების აუცილებლობა გაჩნდა მას შემდეგ, რაც აუცილებელი გახდა სხვადასხვა მოწყობილობების გაერთიანება, ერთიანი მართვის სისტემის მოდელის ყველა პრინციპის გათვალისწინებით.
ჭკვიანი მოწყობილობების სწრაფმა განვითარებამ მოგვცა შესაძლებლობა შეგვექმნა ისეთი სისტემები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ამოცანების შესრულების სრულ ავტომატიზაციას. ყოველდღიურად უამრავი ახალი მომხმარებელი ემატება IoT-ის ქსელს. IoT სისტემები ჩვენი ყოველდღიური ცხოვრების განუყოფელი ნაწილია. მათი უმეტესობა გამოიყენება რიგითი მომხმარებლის ცხოვრების გასამარტივებლად და იმ კომფორტული გარემოს შესაქმნელად, რომელიც ასე სჭირდება ადამიანს.
ცერბერის ზოგადი აღწერა
|
IoT სისტემის წინაშე დასმული ყველა გამოწვევის გათვალისწინებით შეიქმნა სისტემა, რომელიც აერთიანებს ჭკვიან მოწყობილობას, მონაცემთა შენახვის/დამუშავების სისტემას და ამოცანათა ავტომატიზაციის სისტემას. მისი თითოეული რგოლი დაპროექტებულია სისტემის მაქსიმალური წარმადობისთვის. უსაფრთხოების მექანიზმების დანერგვით, უზრუნველყოფილია მოწყობილობის დაცვა როგორც შიდა ასევე გარე შეტევებისგან. ამ მოწყობილობის მთავარ რგოლს წარმოადგენს მოძრაობის სენსორი, ბუნებრივი აირის კონცენტრაციის სენსორი და ტემპერატურის და ტენიანობის სენსორი.
ცერბერის მთავარ უპირატესობას წარმოადგენს დეცენტრალიზებული მართვის და ავტომატიზაციის სისტემა, რომელიც უზრუნველყოფს მის უწყვეტ მუშაობას და ყველა მიღებული ან გადაცემული ინფორმაციის შეგროვებას და დამუშავებას. მომხმარებელს ეძლევა შესაძლებლობა, სპეციალური სერვისების დახმარებით, სწრაფად მიიღოს ინფორმაცია და მართოს სხვადასხვა პროცესები პარალელურ რეჟიმში. მომხმარებელს სურვილის შემთხვევაში შეუძლია მიიღოს როგორც აქტუალური ინფორმაცია ყველა სენსორიდან, ასევე დაათვალიეროს ბოლო ერთი წლის განმავლობაში შეგროვებული მონაცემები.
ცერბერის მუშაობის პრინციპი
|
ჭკვიანი მოწყობილობების მართვისთვის და ინფორმაციის ანალიზისთვის გამოიყენება სხვადასხვა სახის სისტემები. მათ საერთო თვისებას წარმოადგენს ავტომატიზაციის სერვისი, რომელიც უზრუნველყოფს ინფორმაციის სწრაფ დამუშავებას. ამის გათვალისწინებით, ცერბერი იყენებს ჭკვიანი სახლის მართვის და ავტომატიზაციის სისტემას openHAB-ს. ის წარმოადგენს მძლავრ ინსტრუმენტს, რომელსაც გააჩნია ყველა საჭირო ფუნქცია. openHAB-ის შესაძლებლობები მრავალფეროვანია. მისი საშუალებით შესაძლებელია არა მხოლოდ სხვადასხვა სახის და მწარმოებლის ჭკვიანი მოწყობილობების გაერთიანება და მათი მართვა დედამიწის ნებისმიერი წერტილიდან, არამედ მოწყობილობების გაერთიანება კლასტერებში და მათი დამოუკიდებლად მართვა. openHAB-ის საშუალებით შესაძლებელია რთული ამოცანების შესრულება პარალელურ რეჟიმში, წესების და სკრიპტების დახმარებით. მის მთავარ უპირატესობას წარმოადგენს მართვის სიმარტივე და სისწრაფე, რომელიც ძალიან მნიშვნელოვანის ჭკვიანი მოწყობილობების მართვის დროს.
სისტემის მუშაობის აღწერა
ცერბერის შემადგენლობაში შედის 3 სენსორი
- მოძრაობის სენსორი (PIR)
- ბუნებრივი აირის კონცენტრაციის სენსორი (MQ4)
- ტემპერატურის და ტენიანობის სენსორი (DHT11)
სამივე სენსორი დაკავშირებულია ESP8266 დაფასთან.
ცერბერის სრულყოფილი მუშაობის უზრუნველყოფისთვის გამოყენებულია ჭკვიანი სახლის მართვის და ავტომატიზაციის სისტემა openHAB. ის ახორციელებს ცერბერის მართვას სხვადასხვა მონაცემზე დაყრდნობით, რომელსაც იღებს MQTT ბროკერიდან. MQTT ბროკერზე იგზავნება სენსორების მონაცემები და მათი მიმდინარე მდგომარეობა. ასევე, სისტემის მონიტორინგისთვის გამოიყენება ფუნქციები, რომლებიც აკონტროლებენ ცერბერის მუშაობის მიმდინარე მდგომარეობას და ამ მნიშვნელობების ცვლილების შემთხვევაში ახდენენ შესაბამის რეაგირებას. მომხმარებლის სურვილის შემთხვევაში შესაძლებელია თითოეული სენსორის დამოუკიდებლად მართვა და ინფორმაციის მიღება.
|
როგორც სქემიდან ჩანს, ცერბერის მართვის მთავარ მოწყობილობას წარმოადგენს ESP8266. ეს არის პროგრამირებადი დაფა, რომელიც გამოიყენება ჭკვიანი მოწყობილობების მართვისთვის. ESP8266 დაფის საშუალებით შესაძლებელია მონაცემების გადაცემა ინტერნეტით. მოცემულ ცხრილში წარმოდგენილია ის პორტები, რომლებსაც უკავშირდება სენსორები:
| I/O პორტები | დანიშნულება | შენიშვნა |
|---|---|---|
| D0 | განგაშის შუქდიოდი | MQ4 |
| D1 | მოძრაობის სენსორი | - |
| D2 | გაზის სენსორი | ციფრული |
| D3 | განგაშის შუქდიოდი | PIR |
| D4 | გაფრთხილების შუქდიოდი | DHT11 |
| D5 | ტემპერატურის და ტენიანობის სენსორი | - |
| D6 | ზუმერი | - |
| D7 | დაცვის ღილაკი | - |
| D8 | თვითტესტირების ღილაკი | - |
| A0 | გაზის სენსორი | ანალოგური |
ცერბერის შემადგენლობაში არსებული ბუნებრივი აირის კონცენტრაციის სენსორი MQ4, მონაცემების გადასაცემად იყენებს 2 გამომყვანს. პირველი გამომყვანი გამოიყენება ანალოგური ინფორმაციის გადაცემისთვის. მისი საშუალებით შესაძლებელია კონცენტრაციის მნიშვნელობის ზუსტი დადგენა. მეორე გამომყვანი წარმოადგენს ციფრულ პინს, რომელზეც შესაძლებელია 2 მნიშვნელობის წაკითხვა, 0 ვოლტი ან 5 ვოლტი. იმ შემთხვევაში, თუ MQ4-მა სენსორმა დააფიქსირა ბუნებრივი აირის კონცენტრაციის მკვეთრი მატება, მის ციფრულ პინზე გაჩნდება დაბალი ლოგიკური სიგნალი (გაითვალისწინეთ, რომ სიგნალი ინვერტირებულია), ხოლო გაზის კონცენტრაციის შემცირებასთან ერთად, ციფრულ გამომყვანზე წარმოიქმნება მაღალი ლოგიკური სიგნალი, 5 ვოლტი.
მონაცემების მართვა
ცერბერიდან მიღებული და გადაცემული ინფორმაცია იგზავნება MQTT ბროკერზე. თავის მხრივ, ბროკერი უგზავნის ამ ინფორმაციას ყველას, ვისაც გამოწერილი აქვს შესაბამისი Topic-ები.
|
|
ცერბერიდან მიღებული ინფორმაცია ინახება openHAB-ის სისტემაში 1 წლის განმავლობაში. ეს ამარტივებს ძველ ინფორმაციაზე წვდომას და აძლევს მომხმარებელს იმის საშუალებას, რომ ნებისმიერ დროს დაუბრუნდეს რაიმე მოვლენას და მიიღოს ამომწურავი ინფორმაცია.
ცერბერის მიერ დაცვის მექანიზმების სრულყოფილი იზრუნველყოფისთვის გამოიყენება MQTT ბროკერის შეტყობინების Retain ალამი. მონაცემთა გამოქვეყნებისას Retain ალმით, ბროკერი ინახავს ამ მონაცემს. შემდგომში, გადაცემის არხის გამოწერისას, ბროკერი დაუყოვნებლივ უგზავნის ყველა გამომწერს შეტყობინებას, რომელიც მონიშნულია ამ ალმით.
ეს მექანიზმი გამოიყენება ცერბერის დაცვის რეჟიმში დაყენების დროს. ამ რეჟიმში ცერბერი აკონტროლებს პერიმეტრს მოძრაობის სენსორის საშუალებით. იმ შემთხვევაში, თუ ცერბერის მუშაობა შეწყდება, მისი ჩართვის შემდეგ ის დაბრუნდება დაცვის რეჟიმში, Retain შეტყობინების მიღებით.
ცერბერის გამოყენება
ცერბერის მთავარ უპირატესობას წარმოადგენს მისი სისტემის მუშაობის პრინციპი, რომელიც დაფუძნებულია MQTT ბროკერზე. ცერბერის მუშაობისთვის საჭიროა 5 ვოლტი ძაბვა. მისი მიწოდება შესაძლებელია USB სალტის საშუალებით, რომელიც განთავსებულია ESP8266 დაფაზე. ასევე, მომხმარებლის კომფორტისთვის, ცერბერს გააჩნია Step-up converter, რომელიც მომხმარებელს საშუალებას აძლევს დაუკავშიროს ნებისმიერი მოწყობილობა ან დამატებითი სენსორი.
მას შემდეგ, რაც მომხმარებელი მიაწვდის ძაბვას ცერბერის მოწყობილობას, ის ჩაირთვება. ამის მანიშნებელი იქნება მწვანე შუქდიოდი.
ასევე, ცერბერის ჩართვისას აინთება 2 ყვითელი შუქდიოდი, რომელიც დაკავშირებულია ESP8266 დაფის RX და TX გამომყვანებთან. ამ შუქდიოდების ფუნქციაა მომხმარებლის ინფორმირება მიღებული და გადაცემული ინფორმაციის შესახებ.
ცერბერის სამონტაჟო დაფაზე, მოძრაობის სენსორის ზევით განთავსებულის წითელი შუქდიოდი, რომელის გამოიყენება მოძრაობის სენსორის სტატუსის გასაგებად. იმ შემთხვევაში, თუ მოძრაობის სენსორი დააფიქსირებს მოძრაობას, წითელი შუქდიოდი აინთება. გასათვალისწინებელია, რომ მისი მდგომარეობა არ არის დამოკიდებული არც პროგრამულ უზრუნველყოფაზე და არც ცერბერის დაცვის რეჟიმზე.
მოძრაობის სენსორის მდგომარეობის წითელი შუქდიოდის გვერდით განთავსებულია ლურჯი შუქდიოდი. ის გამოიყენება ზუმერის ხმოვანი სიგნალის ჩართვისას, ვიზუალური შეტყობინებისთვის. თუ ზუმერი გამორთულია შესაბამისი კოდური ღილაკის საშუალებთ, ლურჯი შუქდიოდი არ ჩაირთვება.
ადამიანის ყურადღების მისაქცევად ცერბერი იყენებს ზუმერს. მისი საშუალებით ხდება სხვადასხვა სახის ხმოვანი სიგნალების გენერაცია, რომლებიც აღნიშნავენ სისტემის გარკვეულ მდგომარეობებს.
ხმოვანი სიგნალების გამოყენება ყოველთავის მოსახერხებელი არ არის. თუ მომხმარებელს სურს გამორთოს ზუმერი, მას შეუძლია გადაანაცვლოს ჩამრთველები, ზუმერის ჩართვა/გამორთვის შესაბამის კოდურ პანელზე. იმისათვის რომ ზუმერმა იმუშაოს, მომხმარებელმა უნდა ჩართოს 1, 3 და 5 ჩამრთველი. დანარჩენი ჩამრთველების მდგომარეობა გავლენას არ ახდენს ზუმერის მუშაობაზე.
იმ შემთხვევაში, თუ ტემპერატურის და ტენიანობის სენსორისის მნიშვნელობა მიაღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას (მაქსიმალურ მნიშვნელობას ირჩევს მომხმარებელი, კოდში MaxTemperature ცვლადის ცვლილებით), ჩაირთვება შესაბამისი ხმოვანი სიგნალი და აინთება ყვითელი შუქდიოდი.
ანალოგიურად, ბუნებრივი აირის სენსორის მიერ, გაზის მაღალი კონცენტრაციის დაფიქსირებისას, შესაბამის ხმოვან სიგნალთან ერთად აინთება წითელი შუქდიოდი. ის ჩაქვრება მხოლოდ მაშინ, როდესაც გაზის კონცენტრაციის მნიშვნელობა მიაღწევს ნორმალურ ნიშნულს. ბუნებრივი აირის მაქსიმალურად დასაშვები მნიშბნელობის არჩევა შესაძლებელია კოდში არსებული GasMaxAllowedValue ცვლადის შეცვლით.
ასევე, ცერბერს გააჩნია 2 ღილაკი. ეს ღილაკები არ წარმოადგენენ მისი მართვის ინსტრუმენტებს. მათი გამოყენება არ წარმოადგენს აუცილებელ პროცედურას. თუმცა, გარკვეულ შემთხვევებში, მათი საშუალებით შესაძლებელია დამატებითი ფუნქციების გამოყენება, რომლებიც გაამარტივებენ სისტემასთან მუშაობას:
- თვითტესტირების ღილაკი - გამოიყენება სისტემის თვითტესტირებისთვის. ამ რეჟიმში გადასასვლელად დაგჭირდებათ მარჯვენა ზედა ღილაკის დაჭერა. ამ დროს ჩაირთვება ყველა შუქდიოდი (გარდა მარჯვენა ქვედა ლურჯი შუქდიოდისა, რომელიც ირთვება მხოლოდ მეორე ღილაკის დაჭერისას. ასევე ამ რეჟიმში არ ჩაირთვება ზუმერის მდგომარეობის ლურჯი შუქდიოდი და მოძრაობის სენსორის მდგომარეობის შუქდიოდი, გარდა იმ შემთხვევისა, როდესაც მოძრაობის სენსორი დააფიქსირებს მოძრაობას). ეს რეჟიმი საჭიროა შუქდიოდების მუშაობის შესამოწმებლად. ასევე ამ რეჟიმის გამოყენება შეიძლება სისტემის მუშაობის ხარვეზების აღმოსაჩენად. იმისათვის რომ გამოხვიდეთ თვითტესტირების რეჟიმიდან, საჭიროა ღილაკის გაშვება (თვითტესტირების რეჟიმი მუშაობს მანამ, სანამ ღილაკი დაჭერილ მდგომარეობაშია).
- დაცვის რეჟიმის დაყენების ღილაკი - გამოიყენება სისტემის გადასაყვანად დაცვის რეჟიმში. ღილაკის დაჭერისას აინთება ლურჯი შუქდიოდი, რომელიც დაჭერის მანიშნებელი იქნება. ასევე ჩაირთვება ხმოვანი სიგნალი. ამ რეჟიმში მოძრაობის სენსორის მდგომარეობა გადაეცემა MQTT ბროკერს. იმ შემთხვევაში, თუ დაფიქსირდება მოძრაობა, ჩაირთვება შესაბამისი ხმოვანი სიგნალი და ამავდროულად იციმციმებს თეთრი შუქდიოდი ყოველ
50მილიწამში ერთხელ. ასევე, ამ რეჟიმის ჩართვა შეიძლება მომხმარებლის ინტერფეისის საშუალებითაც.
ცერბერის გამოყენება როგორც დაცვის ჭკვიანი მოწყობილობა
ცერბერის ჩართვისას მოწყობილობა დაიწყებს Wi-Fi ქსელთან დაკავშირებას. ქსელის პარამეტრები მითითებულია კოდში. თუ ცერბერი ვერ დაუკავშირდება Wi-Fi ქსელს, ის ვერ შეძლებს MQTT ბროერთან კავშირის დამყარებას. თუმცა, ცერბერს შეუძლია მუშაობა ინტერნეტის გარეშეც. ამ რეჟიმში მისი მართვა შეუძლებელია MQTT ბროკერის საშუალებით. ეს იმას ნიშნავს, რომ იმ შემთხვევაში, თუ თქვენ ჩართავთ დაცვის რეჟიმს, შესაბამისი ღილაკის საშუალებით, ის იმუშავებს მანამ, სანამ არ მოხდება ESP8266-ის გადატვირთვა.
მას შემდეგ, რაც ცერბერი დაამყარებს კავშირს ინტერნეტთან, ის დაუკავშირდება MQTT ბროკერს. თუ კავშირი წარმატებით დამყარდა, მომხმარებელი გაიგებს შესაბამის ხმოვან სიგნალს. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ჩაირთვება შეცდომის აღმნიშვნელი ხმოვანი სიგნალი და სისტემა გადავა ლოკალური მონიტორინგის რეჟიმში.
MQTT ბროკერთან წარმატებით დაკავშირების შემდეგ, ცერბერი გააგზავნის შეტყობინებას მასზე, შესაბამისი გადაცემის არხის საშუალებით. ამ შეტყობინებაში ჩაიწერება ESP8266-ის MAC მისამართი. ამავდროულად, გაიგზავნება ცერბერის სტატუსი და მიმდინარე შეცდომა. სტატუსი შეიძლება იყოს 2 სახის: Cerberus Connected ან Cerberus Disconnected. ამ სტატუსის დახმარებით შესაძლებელია იმის დადგენა, თუ რა მდგომარეობაში იმყოფება მოწყობილობა მოცემულ მომენტში.
მოწყობილობა, ინიციალიზაციის გავლის შემდეგ იწყებს სენსორებიდან მონაცემების შეგროვებას და მათ დამუშავებას. ის ამოწმებს სხვადასხვა სენსორის მდგომარეობას და აგზავნის ამ მონაცემებს MQTT ბროკერზე.
სისტემის ავტომატიზაციის წესები (Rules)
ცერბერის სრულყოფილი მართვისთვის და ავტომატიზაციისთვის გამოიყენება ე.წ. წესები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ცერბერის მიერ ინფორმაციის მიწოდებას მომხმარებლისთვის. სისტემა იყენებს 9 წესს:
| დასახელება | დანიშნულება | შენიშვნა |
|---|---|---|
| Cerberus Error | ცერბერის შეცდომის გაგზავნა მომხმარებლისთვის | - |
| ESP8266 Connected Notification | მომხმარებლის ინფორმირება ცერბერის დაკავშირების შესახებ MQTT ბროკერთან | - |
| ESP8266 Disconnected Notification | მომხმარებლის ინფორმირება ცერბერის გათიშვის შესახებ | ავტომატური შეტყობინება |
| Gas Alarm Notification | ბუნებრივი აირის განგაშის ჩართვის შესახებ მომხმარებლის ინფორმირება | ციფრული გამომყვანის მონაცემები |
| Gas Concentration Notification | ბუნებრივი აირის კონცენტრაციის მომატების შესახებ მომხმარებლის ინფორმირება | ანალოგური გამომყვანის მონაცემები |
| High Temperature Notification | მაღალი ტემპერატურის შესახებ შეტყობინების გაგზავნა მომხმარებლისთვის | - |
| Motion Detected Notification | მომხმარებლის ინფორმირება, PIR სენსორის მიერ მოძრაობის დაფიქსირების შესახებ | - |
| Security Off | დაცვის რეჟიმის გამორთვის შესახებ მომხმარებლის ინფორმირება | - |
| Security On | დაცვის რეჟიმის ჩართვის შესახებ მომხმარებლის ინფორმირება | - |
|
|
სამომხმარებლო ინტერფეისი
ცერბერის მართვის უზრუნველსაყოფად გამოიყენება მომხმარებლის ინტერფეისი, რომელიც აგებულია openHAB-ის საფუძველზე. მისი საშუალებით ხორციელდება მოწყობილობის მართვა, მონაცემების წაკითხვა და წინასწარ განსაზღვრული ოპერაციების შესრულება. იმის გათვალისწინებით, რომ ცერბერის გამოყენება შესაძლებელია მრავალმხრივი ოპერაციების შესასრულებლად, სისტემა იყენებს რამდენიმე ინტერფეისს. თუმცა, მომხმარებლისთვის ცერბერის მართვის გასამარტივებლად წარმოდგენილია ისეთი მომხმარებლის ინტერფეისიც, რომელიც აერთიანებს ყველა ცალკეულ ინტერფეისს და აწვდის მას ამომწურავ ინფორმაციას, ცერბერის მდგომარეობის და მის მიერ დამუშავებული ინფორმაციის შესახებ.
|
გაერთიანებული ინტერფეისის გამოყენებით ხდება როგორც ინფორმაციის მიღება მოწყობილობის სტატუსის შესახებ, ასევე ხორციელდება ცერბერის მიერ გადაგზავნილი მონაცემების წაკითხვაც. ამასთანავე, მომხმარებელს აქვს შესაძლებლობა ჩართოს დაცვის რეჟიმი ან/და ხმოვანი სიგნალი მოწყობილობაზე. ამის განხორციელება შესაძლებელია შესაბამისი ღილაკების დაჭერით, მომხმარებლის ინტერფეისის Security Manual Alarm ჩანართებში.
მონაცემთა წარმოდგენის და მართვის დიაგრამები
მონაცემთა მარტივი სახით წარმოდგენისთვის ცერბერი იყენებს დიაგრამებს. მათი საშუალებით ხდება მომხმარებლისთვის ტემპერატურის, ტენიანობის, ტემპერატურული ინდექსის და ბუნებრივი აირის კონცენტრაციის შესახებ ინფორმაციის მიწოდება. თითოეულ დიაგრამას შეუძლია შეინახოს 1 წლის მონაცემები.
დასკვნა
პროგრესული სისტემების და ალგორითმების გამოყენებით, ცერბერი უზრუნველყოფს დაცული გარემოს შექმნას იქ, სადაც ამის საჭიროებაა. დეცენტრალიზებული მართვის მოდელის გამოყენება საშუალებას აძლევს ცერბერს დაამუშაოს ინფორმაციის დიდი მოცულობა და სწრაფად მოახდინოს მასზე რეაგირება. ღრუბლოვანი მართვის და მონიტორინგის სისტემების გამოყენებით ხორციელდება მრავალი ამოცანის დამუშავება და მომხმარებლის ინფორმირება ამ პარამეტრების მკვეთრი ცვლილების დაფიქსირებისას.
ცერბერის შემადგენლობაში არსებული 3 სენსორის გამოყენება უზრუნველყოფს ადამიანის დაცვას როგორც გარე ასევე შიდა ფაქტორებისგან. მოწყობილობის მთავარ ამოცანას წარმოადგენს ადამიანის ჯანმრთელობაზე და მის თავდაცვაზე ზრუნვა. იმის გათვალისწინებით, რომ ცერბერის სისტემა აგებულია ახალი ტექნოლოგიების საფუძველზე, მისი გამოყენება შესაძლებელია ნებისმიერ შენობაში.
ყოველივე ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, აშკარაა, რომ ცერბერის გამოყენება მიზანშეწონილია ნებისმიერ სივრცეში, სადაც საჭიროა IoT ტექნოლოგიის გამოყენება. ეს მოწყობილობა უზრუნველყოფს ყველა დაცვის მექანიზმის სრულყოფილად გამოყენებას და იცავს ადამიანის სიცოცხლეს.