|
სტატიის შინაარსი ავტორის ექსკლუზიური შემოქმედებაა. სტატიის ტექსტის და მასალების გამოყენებისას აუცილებელია ავტორის მითითება!
ჩაშენებული სისტემა არის მიკროპროცესორული სისტემა, რომელიც გამოიყენება კონტროლის, მონიტორინგის და ავტომატიზაციის მოწყობილობებში.
ჩაშენებული სისტემის მიზანია შეამციროს ადამიანის როლი მოწყობილობების მართვაში და უზრუნველყოს მათი ამოცანების სრულყოფილი შესრულება. ადამიანის წინაშე შეიძლება იდგას სხვადასხვა სახის ამოცანა, მათ შორის ისეთიც, რომლის განხორციელება დაკავშირებულია რისკებთან. ამიტომაც, ასეთი სახის სისტემების გამოყენება ამარტივებს პროცესების ავტომატიზაციას და მკვეთრად ამცირებს ამოცანის შესრულების დროს.
ჩაშენებული სისტემების ფართო გავრცელებამ გამოიწვია სხვადასხვა მოწყობილობების გაერთიანება და დეცენტრალიზაცია. მოწყობილობების მართვისთვის შესაძლებელია სხვადასხვა სახის პროტოკოლების გამოყენება. პროგრამული უზრუნველყოფა, რომელიც გამოიყენება ამ მოწყობილობების ავტომატიზაციისთვის, შესაძლებელია ეფუძნებოდეს სხვადასხვა ტექნოლოგიას. თუმცა, ამ ტექნოლოგიების საერთო მახასიათებელს წარმოადგენს „ურთიერთობა“, რომელის დამყარებაც ხორციელდება ჩაშენებულ სისტემას და გარე მოწყობილობას შორის.
ESP32 MMS-ის ზოგადი აღწერა
ჭკვიანი სისტემების, კერძოდ კი ჩაშენებული სისტემის წინაშე დასმული ყველა გამოწვევის გათვალისწინებით, დაპროექტდა ჭკვიანი სისტემა ESP32 MMS (Multifunctional Measurement Station), რომელიც აერთიანებს ჭკვიან მოწყობილობას, მონაცემთა შენახვის და დამუშავების სისტემას და ამოცანათა ავტომატიზაციის სისტემას. მოწყობილობის მთავარ რგოლს წარმოადგენს 6 (3/3) ღერძიანი აქსელერომეტრი და გიროსკოპი, ატმოსფერული წნევის სენსორი და ტემპერატურის და ტენიანობის სენსორი.
ESP32 MMS-ის მთავარ უპირატესობას წარმოადგენს დეცენტრალიზებული მართვის და ავტომატიზაციის სისტემა, რომელიც უზრუნველყოფს მის უწყვეტ მუშაობას და ყველა მიღებული ან გადაცემული ინფორმაციის შეგროვებას და შემდგომ დამუშავებას. მომხმარებელს ეძლევა შესაძლებლობა, სპეციალური სერვისების დახმარებით სწრაფად მიიღოს მისთვის საჭირო ინფორმაცია და მართოს სხვადასხვა პროცესები პარალელურ რეჟიმში.
ESP32 MMS-ის მუშაობის პრინციპი
ჭკვიანი მოწყობილობების მართვისთვის და მათი ინფორმაციის ანალიზისთვის გამოიყენება სხვადასხვა სახის სისტემები. მათ საერთო თვისებას წარმოადგენს ავტომატიზაციის სერვისი, რომელიც უზრუნველყოფს ინფორმაციის სწრაფ დამუშავებას. ამ სისტემებს შეუძლიათ რეალურ დროში მიიღონ და დაამუშაონ სენსორებიდან ან მართვის ელემენტებიდან მიღებული მონაცემები.
ამის გათვალისწინებით, სისტემისთვის გამოყენებულ იქნა ჭკვიანი მოწყობილობების მართვის და ავტომატიზაციის სისტემა openHAB. მისი 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.
ასევე, ESP32 MMS-ის მართვისთვის და მონაცემთა დამუშავებისთვის გამოიყენება პროგრამული უზრუნველყოფა jAmaSeis, რომელიც წარმოადგენს მიწისძვრის დეტექტირების პროგრამას. მისი საშალებით ხორციელდება ESP32 MMS-დან მიღებული სეისმური ტალღების დამუშავება და მიწისძვრის მაგნიტუდის და ეპიცენტრის დადგენა.
|
სისტემის მუშაობის აღწერა
ESP32 MMS-ის შემადგენლობაში შედის 3 სენსორი:
- 6 ღერძიანი აქსელერომეტრი და გიროსკოპი (MPU6050)
- ატმოსფერული წნევის სენსორი (BMP180)
- ტემპერატურის და ტენიანობის სენსორი (DHT11)
სამივე სენსორი დაკავშირებულია ESP32 დაფასთან.
openHAB და სეისმური ტალღების შესწავლის პროგრამა jAmaSeis ახორციელებს ESP32 MMS-ის მართვას სხვადასხვა მონაცემზე დაყრდნობით, რომელსაც იღებს MQTT ბროკერიდან (გარდა აქსელერომეტრის და გიროსკოპის მნიშვნელობებს). MQTT ბროკერზე იგზავნება სენსორების მონაცემები და მათი მიმდინარე მდგომარეობა. ასევე, სისტემის მონიტორინგისთვის გამოიყენება ფუნქციები, რომლებიც აკონტროლებენ ESP32 MMS-ის მუშაობის მიმდინარე მდგომარეობას და ამ მნიშვნელობების ცვლილების შემთხვევაში ახდენენ შესაბამის რეაგირებას.
|
|
ESP32 MMS-ის მართვის მთავარ მოწყობილობას წარმოადგენს ESP32. ეს არის პროგრამირებადი დაფა, რომელიც გამოიყენება ჭკვიანი მოწყობილობების მართვისთვის. ESP32 დაფის საშუალებით შესაძლებელია მონაცემების გადაცემა ინტერნეტით.
| GPIO პორტები | დანიშნულება |
|---|---|
| 13 | BUZZER |
| 14 | LED_OK |
| 15 | LED_ALERT |
| 16 | LED_WARNING |
| 17 | HUMIDITY_SENSOR |
| 18 | SELF_TEST_BUTTON |
| 23 | S1_DIP |
| 25 | S2_DIP |
| 26 | S3_DIP |
| 27 | S4_DIP |
| 32 | S5_DIP |
ESP32 MMS-ის შემადგენლობაში შედის MPU6050 სენსორი, რომელიც გამოიყენება როგორც ციფრული აქსელერომეტრი და გიროსკოპი. სპეციალური პროგრამული უზრუნველყოფა jAmaSeis-ი ამუშავებს მოწყობილობიდან მიღებულ მონაცემებს. ეს ინფორმაცია შეიძლება შეიცავდეს სხვადასხვა ღერძის მიმდინარე მნიშვნელობას. ღერძის არჩევა ხორციელდება მოწყობილობის ორიენტაციიდან დამომდინარე. მას შემდეგ, რაც ESP32 MMS-ი ჩაირთვება, ის ახორციელებს MPU6050 სენსორის დაკალიბრებას. ასევე, ESP32 MMS-ს გააჩნია 2 DIP გადამრთველი. პირველი გადამრთველის საშუალებით შესაძლებელია შუქდიოდების სტატუსის კონტროლი. ხოლო მეორე გადამრთველის გამოყენებით ხდება მუშაობის რეჟიმის არჩევა:
- 1 გადამრთველი: MPU6050, BMP180, DHT11 სენსორების მონაცემების გაგზავნა openHAB-ზე.
- 2 გადამრთველი: XYZ ღერძების მონაცემების გაგზავნა, სეისმური მონიტორინგის სისტემაში.
- 3 გადამრთველი: X ღერძის მონაცემების გაგზავნა, სეისმური მონიტორინგის სისტემაში.
- 4 გადამრთველი: Y ღერძის მონაცემების გაგზავნა, სეისმური მონიტორინგის სისტემაში.
- 5 გადამრთველი: Z ღერძის მონაცემების გაგზავნა, სეისმური მონიტორინგის სისტემაში.
|
მონაცემების მართვა
ESP32 MMS-დან მიღებული და გადაცემული ინფორმაცია იგზავნება MQTT ბროკერზე. თავის მხრივ, ბროკერი უგზავნის ამ ინფორმაციას ყველას, ვისაც გამოწერილი აქვს შესაბამისი Topic-ები.
ESP32 MMS-იდან მიღებული ინფორმაცია ინახება openHAB-ის სისტემაში 1 წლის განმავლობაში. ეს ამარტივებს ძველ ინფორმაციაზე წვდომას.
|
ESP32 MMS სისტემაში მონაცემების გადაცემა და მიღება ხორციელდება შემდეგნაირად:
- ESP32 იღებს მონაცემებს სენსორებიდან (MPU6050, BMP180, DHT11). ცალკეული სენსორის ინფორმაციის შენახვა და გაანალიზება შესაძლებელია Serial Monitor-ის საშუალებით. ასევე შესაძლებელია ამ მონაცემების შენახვა MQTT ბროკერის გვერდის ავლით.
- ESP32-ის მიერ მიღებული ინფორმაცია გადაეცემა MQTT ბროკერს, შესაბამისი გადაცემის არხის საშუალებით (Topic). MQTT ბროკერი შეიძლება დაყენებული იყოს ლოკალურად. ამ შემთხვევაში, ESP32 MMS-ის ინფორმაციაზე წვდომა შესაძლებელი იქნება მხოლოდ ლოკალურ ქსელში. ასევე, Serial Monitor-ის საშუალებით ინფორმაცია გადაიცება jAmaSeis პროგრამაში. მასში გადაიცემა ისეთი ინფორმაცია, როგორიცაა AX, AY, AZ, GX, GY, GZ ღერძების მნიშვნელობები. მათზე დაყრდნობით ხდება მიწისძვრის დაფიქსირება. JAmaSeis პროგრამის გამოყენებით,
SდაPტალღებს შორის დროითი ინტერვალის გამოთვლით, შესაძლებელია მიწისძვრის მაგნიტუდის და ეპიცენტრის დადგენა. - MQTT ბროკერზე არსებული გარკვეული გადაცემის არხები გამოწერილი აქვს openHAB-ს. ის იღებს შესაბამის ინფორმაციას MQTT ბროკერიდან და ამის საფუძველზე მართავს ESP32 MMS-ს. ამასთანავე, MQTT ბროკერზე არსებული ინფორმაცია ხელმისაწვდომია ნებისმიერი მომხმარებლისთვის, იმის გათვალისწინებით, რომ მან იცის გამოყენებული გადაცემის არხები. ამ არხების გამოწერით შესაძლებელია ინფორმაციის მიღება ან სხვა სახის მონიტორინგის და ავტომატიზაციის სერვისების გამოყენება.
- MQTT ბროკერიდან გადაცემული და openHAB-ის მიერ დამუშავებული ინფორმაციის საფუძველზე იქმნება გვერდი, რომელზეც წვდომა შესაძლებელია ნებისმიერი მოწყობილობის გამოყენებით. აღსანიშნავია, რომ თუ მომხმარებელს სურს ჰქონდეს წვდომა openHAB-ის მართვის გვერდთან ინტერნეტის საშუალებით, ის უნდა იყოს დარეგისტრირებული https://myopenhab.org გვერდზე და მისი სააღრიცხვო მონაცემები უნდა იყოს დამატებულის openHAB-ის სისტემაში. ამის შემდეგ მომხმარებელს შეეძლება მისი მოწყობილობით შევიდეს დაშორებულ openHAB-ის სისტემაში და მიიღოს წვდომა მოწყობილობების მართვის გვერდზე.
- მომხმარებელს, თავისი მოწყობილობის გამოყენებით შეუძლია მართოს ESP32 MMS, გააგზავნოს მასზე შესაბამისი მოთხოვნები ან მიიღოს მის შესახებ ინფორმაცია (სისტემის სრული ინფორმაცია და მიმდინარე მდგომარეობა). ამ შემთხვევაში, მიმღების როლს წარმოადგენს ESP32, ხოლო გადამცემის როლს, მომხმარებლის მოწყობილობა. ასევე, JAmaSeis პროგრამა იყენებს სხვადასხვა სახის პროგრამულ ალგორითმებს, ESP32 MMS-იდან ინფორმაციის მისაღებად.
ESP32 MMS-ის გამოყენება
ESP32 MMS-ის მუშაობისთვის საჭიროა 5 ვოლტი ძაბვა. მისი მიწოდება შესაძლებელია USB სალტის საშუალებით, რომელიც განთავსებულია ESP32 დაფაზე. ასევე, მომხმარებლის კომფორტისთვის, ESP32 MMS-ს გააჩნია Step-up converter-ი, რომელიც მომხმარებელს საშუალებას აძლევს დაუკავშიროს ნებისმიერი მოწყობილობა ან დამატებითი სენსორი.
მას შემდეგ, რაც მომხმარებელი მიაწვდის ძაბვას, მოწყობილობა ჩაირთვება. ამის მანიშნებელი იქნება მწვანე შუქდიოდი. ის ანათებს მანამ, სანამ მოწყობილობა არ გაითიშება.
ადამიანის ყურადღების მისაქცევად ESP32 MMS-ი იყენებს ზუმერს. მისი საშუალებით ხდება სხვადასხვა სახის ხმოვანი სიგნალების გენერაცია, რომლებიც აღნიშნავენ სისტემის გარკვეულ მდგომარეობებს.
იმ შემთხვევაში, თუ ტემპერატურის და ტენიანობის სენსორისის მნიშვნელობა მიაღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას (მაქსიმალურ მნიშვნელობას ირჩევს მომხმარებელი, კოდში MaxTemperature ცვლადის ცვლილებით), ჩაირთვება შესაბამისი ხმოვანი სიგნალი.
ESP32 MMS-ს გააჩნია 2 ღილაკი. 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 საჭიროა მარჯვენა ზედა ღილაკის დაჭერა. ამ რეჟიმში არ ჩაირთვება ზუმერის მდგომარეობის ლურჯი შუქდიოდი. ეს რეჟიმი საჭიროა შუქდიოდების მუშაობის შესამოწმებლად. ასევე ამ რეჟიმის გამოყენება შეიძლება სისტემის მუშაობის ხარვეზების აღმოსაჩენად.
- Reset ღილაკი.
ESP32 MMS-ის გამოყენება როგორც ჭკვიანი მოწყობილობა
ESP32 MMS-ის ჩართვისას მოწყობილობა დაიწყებს Wi-Fi ქსელთან დაკავშირებას. ქსელის პარამეტრები მითითებულია კოდში. თუ ESP32 MMS-ი ვერ დაუკავშირდება Wi-Fi ქსელს, ის ვერ შეძლებს MQTT ბროერთან კავშირის დამყარებას. აღსანიშნავია, რომ მას შეუძლია მუშაობა ინტერნეტის გარეშეც. ამ რეჟიმში მოხდება ყველა სენსორის მონაცემების წაკითხვა და დამუშავება. მაგრამ ამ დროს მომხმარებელს არ მიუვა შეტყობინებები ESP32 MMS-დან და ის ვერ შეძლებს მის მართვას დაშორებულად.
მოწყობილობის ინიციალიზაციის გავლის შემდეგ ESP32 MMS-ი იწყებს სენსორებიდან მონაცემების შეგროვებას და მათ დამუშავებას. მოწყობილობა ამოწმებს სხვადასხვა სენსორის მდგომარეობას და აგზავნის ამ მონაცემებს MQTT ბროკერზე ან jAmaSeis პროგრამაში.
ამ მონაცემებზე დაყრდნობით სისტემა იღებს სხვადასხვა გადაწყვეილებებს. ასევე, სისტემა ელოდება მომხმარებლის მიერ ბრძანებების გადაცემას და ასრულებს მათ. მონაცემების პარალელური რეჟიმში გადაცემისთვის გამოიყენება millis() ფუნქცია. მისი მიზანია თავიდან აიცილოს მონაცემების გადაცემის შეფერხება. ამასთანავე, მის მთავარ უპირატესობას წარმოადგენს ამოცანების პარალელური შესრულება, რითაც იზრდება სისტემის საერთო წარმადობა და მცირდება რეაგირების დრო.
სისტემის ავტომატიზაციის წესები (Rules)
სისტემის სრულყოფილი მართვისთვის და ავტომატიზაციის გამოიყენება ე.წ. წესები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ESP32 MMS-ის მიერ ინფორმაციის მიწოდებას მომხმარებლისთვის. სისტემა იყენებს 3 წესს:
| დასახელება | დანიშნულება | შენიშვნა |
|---|---|---|
| ESP32 MMS Error | ESP32 MMS-ის შეცდომის გაგზავნა მომხმარებლისთვის | - |
| ESP32 MMS Connected Notification | მომხმარებლის ინფორმირება ESP32 MMS-ის დაკავშირების შესახებ MQTT ბროკერთან | - |
| ESP32 MMS Disconnected Notification | მომხმარებლის ინფორმირება ESP32 MMS-ის გათიშვის შესახებ | ავტომატური შეტყობინება |
სამომხმარებლო ინტერფეისი
ESP32 MMS-ის 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 ESP32 MMS-ის გამოყენება შესაძლებელია მრავალმხრივი ოპერაციების შესასრულებლად, სისტემა იყენებს რამოდენიმე მომხმარებლის ინტერფეისს. თითოეული მათგანი საჭიროა ერთი კონკრეტული ამოცანის შესასრულებლად. თუმცა, მომხმარებლისთვის მოწყობილობის მართვის გასამარტივებლად წარმოდგენილია ისეთი მომხმარებლის ინტერფეისიც, რომელიც აერთიანებს ყველა ცალკეულ ინტერფეისს და აწვდის მომხმარებელს ამომწურავ ინფორმაციას, მისი მდგომარეობის და მის მიერ დამუშავებული ინფორმაციის შესახებ.
|
გაერთიანებული ინტერფეისის გამოყენებით ხდება როგორც ინფორმაციის მიღება მოწყობილობის სტატუსის შესახებ, ასევე ხორციელდება მოწყობილობის მიერ გადაგზავნილი მონაცემების წაკითხვა. ამ ინტერფეისის ჩანართები იყოფა თემატურად. თითოეულ ჩანართში წარმოდგენილია კონკრეტული ინფორმაცია ან მართვის ელემენტები. ამ ინტერფეისის ჩვენება ხდება openHAB-ის ჩართვისას.
მონაცემთა წარმოდგენის და მართვის დიაგრამები
მონაცემთა მარტივი სახით წარმოდგენისთვის ESP32 MMS იყენებს დიაგრამებს. მათი საშუალებით ხდება მომხმარებლისთვის ტემპერატურის, ტენიანობის, ტემპერატურული ინდექსის, სიმაღლის და ატმოსფერული წნევის შესახებ ამომწურავი ინფორმაციის მიწოდება. თითოეულ დიაგრამას შეუძლია შეინახოს 1 წლის მონაცემები.
მოცემული დიაგრამების გამოყენება მომხმარებელს შეუძლია ნებისმიერი მოწყობილობიდან. სისტემის შესაძლებლობების სრულად გამოსაყენებლად, დიაგრამებს გააჩნიათ მართვის ისეთი ფუნქციები, როგორიცაა მონაცემთა დალაგება მნიშვნელობების მიხედვით, დიაპაზონის არჩევა, დიაგრამის კონკრეტული არეების გადიდება, სასურველი დროის დიაპაზონის არჩევა და მნიშვნელობების ავტომატური განახლება.
დასკვნა
ESP32 MMS წარმოადგენს ჩაშენებული სისტემის და ჭკვიანი მოწყობილობის საუკეთესო მაგალითს. მისი გამოყენებით მომხმარებელს შეუძლია მიიღოს ამომწურავი ინფორმაცია გარე ფაქტორების შესახებ. ESP32 MMS-ის დახმარებით, შესაძლებელია მიწისძვრის ზუსტი დადგენა, ხოლო სხვადასხვა სენსორის გამოყენებით, მიწისძვრის ეპიცენტრის და მაგნიტუდის მნიშვნელობების ცდომილების შემცირება. ESP32 MMS არის მრავალფუნქციური გამზომი სადგური, რომელიც ეხმარება მომხმარებელს სხვადასხვა ფაქტორების დადგენაში და მათ ანალიზში.
დეცენტრალიზებული მართვის მოდელის გამოყენება საშუალებას აძლევს ESP32 MMS-ს 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. MQTT ბროკერის გამოყენება ამარტივებს მოწყობილობის ინტეგრაციას სხვა სახის მართვის და მონიტორინგის სისტემებში და შესაძლებელს ხდის მოწყობილობის მართვას როგორც ერთი კონკრეტული მომხმარებლის მიერ, ასევე მომხმარებელთა ჯგუფის მიერაც.
ყოველივე ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე აშკარაა, რომ ეს მოწყობილობა უზრუნველყოფს ყველა დაცვის მექანიზმის სრულყოფილად გამოყენებას. ESP32 MMS-ს ტესტირებამ აჩვენა, რომ მისი სანდოობა მაღალ დონეზეა და მისი ჩვენებების ცდომილება მცირეა.