سیستم اتوماسیون کلاس‌های درس با مصرف بهینه انرژی مبتنی بر اینترنت اشیاء

چکیده- در این مقاله، طراحی و پیاده‌سازی سیستم اتوماسیون هوشمندی مبتنی بر اینترنت جهت صرفه‌جویی در مصرف انرژی، با استفاده از نسل دوم کامپیوتر گالیله شرکت اینتل ارائه شده است؛ که می‌توان از آن در مجموعه‌ها و سازمان‌های بزرگی چون دانشگاه‌ها و یا دفاتر شرکت‌ها استفاده کرد. این سیستم، بر روی اتوماسیون تمرکز دارد تا تجهیزات و وسایل الکتریکی را بتوان از راه دور و بدون دخالت انسان کنترل کرد. این سیستم از زیرساخت‌های موجود در کلاس‌ها که شامل اتصال اترنت و دوربین‌های مدار بسته می‌شود استفاده می‌کند تا سقف هزینه‌ها را کاهش دهد. این سیستم از راه دور، به صورت ریموت و از طریق وب سروری در اتاق کنترل که به اینترنت متصل است، قابل کنترل می‌باشد. مزایای استفاده از چنین سیستمی، کاهش هزینه مصرف برق و همچنین دخالت نیروی انسانی در مواردی همچون خاموش و روشن کردن چراغ‌ها و دیگر وسایل برقی است که معمولا نیازمند یک اپراتور انسانی هستند. ناگفته پیداست، که هدف غایی این پروژه، کاهش میزان مصرف انرژی است.

۱. معرفی

ارتباط میان تجهیزات متصل اینترنت در قالب یک شبکه را اینترنت اشیاء می‌نامیم. مجموع فعالیت‌های سنجش، مراوده، برقراری ارتباط و تولید داده‌های جدید تحت شبکه، از جمله ویژگی‌های مهم اینترنت اشیاء هستند. این شبکه‌ی رو به گسترش، مجموعه‌ای از اشیاء و تجهیزات متصل به اینترنت است که طریق یک IP آدرس با یکدیگر ارتباط و  تعامل دارند. اینترنت اشیاء، از طریق اتوماسیون فعالیت‌های روزمره، تصور ما از مفهوم هوشمند بودن اشیاء را جامه عمل میپوشاند. در شرایط ایده‌آل، اینترنت اشیاء، فعالیت‌های روزمره ما را بهینه ساخته و با به‌کارگیری سیستم‌های هوشمند، نه تنها زندگی ما را تسهیل کرده و به آن سرعت می‌بخشد، بلکه مطابق میل ما و در جهت آسایشمان گام برمی‌دارد. فعالیت‌هایی همچون برنامه‌ریزی هوشمند سفر از طریق سنجش شرایط آب و هوا، دم کردن قهوه، یاد آوری دارو و….

با به‌کارگیری این سیستم، گردش کار بسیار روان‌تر از پیش و بهینه خواهد شد و وظایف بر اساس الویت در سازمان‌ها به انجام می‌رسند. از طریق سنجش شرایط دستگاه‌ها و وسایل نقلیه، زمان سرویس مناسب را تعیینc می‌کند. در صورتی که کنترل سیستم روشنایی را به آن واگذار کنیم، بر اساس حضور و یا عدم حضور ما و مبتنی بر میزان مصرفمان آنها خاموش و یا روشن می‌کنند. ارتباط میان خودروها را برای دستیابی به ترافیکی روان برقرار می‌کنند. سیستم‌های گرمایشی را بر روی دمای مناسب تنظیم کرده و سیستم‌های تهویه را بر روی درجه مطلوب قرار می‌دهند. تمامی وسایل و تجهیزات برقی، بر اساس حضور یا عدم حضور ما در محل و بر اساس الگوی مصرف ما تنظیم و کنترل می‌شوند.

بطور خلاصه، اینترنت اشیاء توانایی برآورده کردن کلیه نیازهای ما را، حتی پیش از آنکه خودمان از آنها آگاه شویم را داراست. توان حقیقی اینترنت اشیاء در ارتباط متقابل و اتوماسیون نهفته است. اینترنت اشیاء نه تنها زندگی روزمره ما را تسهیل می‌کند، بلکه از توانایی بسیار زیادی برای ایجاد تغییرات اجتماعی و کمک به رشد شاخصه‌های اقتصادی برخوردار است. اما در این میان، هنوز ۸۵% از اشیاء و وسایل هستند که به اینترنت متصل نیستند و همچنین برای رسیدن به یک شبکه جامع، می‌بایست ابتدا تهدیدهای پیش رو را از مقابل برداشت. میتوان اتوماسیون را چنین تعریف کرد: نوآوری، فناوری و استفاده از آنها برای سنجش و کنترل محصولات و خدمات.

مطابق این تعریف، هر کس که در زمینه این فناوری مشارکت کند به این حرفه، یعنی اتوماسیون مشغول است و کل این فرایند همان حرفه اتوماسیون نام می‌گیرد.

به زبان ساده، اتوماسیون استفاده از فناوری جهت بهینه‌سازی هوشمندانه بهره وری در تولید محصولات و خدمات است. هدف اتوماسیون، افزایش کیفیت، تولید فرای توانایی بدنی و حد مجاز کاری انسان‌ها جهت توسعه اقتصادی و افزایش کیفیت است. سیستم‌های کنترل بسیاری برای مدیریت تجهیزات جهت کارهای همچون فرایندهای صنعتی در کارخانه‌ها، برودت سردخانه‌ها، سوئیچینگ شبکه‌های تلفنی، هدایت کشتی‌ها، هواپیماها و بسیاری فرامین اجرایی دیگر بدون نیاز به نیروی انسانی و یا با حداقل نیروی انسانی ممکن، همه و همه از امکاناتی هستند که سیستم‌های اتوماسیون می‌توانند در زمینه‌های مختلف در اختیار ما بگذارند. اتوماسیون می‌تواند نه تنها سبب صرفه‌جویی در نیروی کاری و انسانی شود، بلکه می‌تواند به افزایش کارایی، دقت و کیفیت کمک شایانی کند. در عین حال، با ارائه روش‌های بهینه و هوشمندانه سبب صرفه جوئی در میزان مصرف انرژی می‌شوند.

فراهم آوردن آسایش در ساختمان‌ها و ادارات، ضمن نظارت بر میزان مصرف انرژی، ره‌آوردی رویائی است. فراموش کردن خاموش کردن چراغ‌ها و یا دیگر تجهیزات برقی ادارات، می‌تواند تاثیر زیادی در افزایش قبوض پرداختی داشته باشد؛ یک راه حل مقرون به صرفه و ایده‌آل، کاهش هزینه‌ها از طریق کنترل درجه حرارت و میزان روشنایی، بر اساس داده‌های به‌هنگام مربوط به دمای محیط و  حضور افراد در آنجاست. یک سیستم هوشمند، که توانایی درک الگوهای رفتاری و ذخیره‌سازی کارهای روزمره را دارا باشد، روشی نه تنها هوشمندانه که بسیار قابل اعتماد برای کنترل سیستم‌های حرارتی و روشنایی خواهد بود. چنین سیستمی قادر خواهد بود بر اساس تنظیماتی که از قبل تعیین شده است و یا بر اساس داده‌هایی که در لحظه دریافت می‌کند، شرایط را کنترل کرده و حتی از طریق صفحات لمسی امکان کنترل را به کاربران واگذار کند.

بهینه‌سازی ساختمان‌های هوشمند، تنها محدود به ادارات و شرکت‌ها نیست و می‌تواند خانه‌های مسکونی و اماکن آموزشی را هم پوشش دهد. چنین سیستم‌هایی نه تنها در خانه‌ها، شرایط مطلوب‌تری را برای ساکنین فراهم می‌سازد بلکه با اضافه شدن روزمره امکانات، به دلیل هزینه‌های معقول، به عنوان یک سرمایه‌گذاری مقتصدانه توجیه پذیر است. در این مقاله، تلاش شده تا یک سیستم اتوماسیون کنترل انرژی با توانایی بهینه‌سازی کارکرد سیستم و صرفه‌جوئی در منابع بر اساس جدول زمان‌بندی و مبتنی بر اینترنت اشیاء ارائه دهیم. زمان بندی کارها بر اساس انرژی در اختیار، سبب افزایش کارایی و مصرف بهینه است.

 

۲. پروژه‌های مرتبط

رایانش ابری، عرصه‌ای نو ظهور و نیازمند تحقیقات بیشتری است تا بتواند امکان کنترل آسوده و مقرون به صرفه را در اختیار افراد قرار دهد.

پژوهش‌هایی از همین دست هم، برای توسعه اینترنت اشیاء و محصولات و خدمات مبتنی بر آنها نیز در حال انجام است که زمینه‌های متعددی همچون اتوماسیون، هوش مصنوعی، فناوری دوستدار محیط زیست و مصرف بهینه انرژی را شامل می‌شود.

Z-HOME

ZHOME یک سیستم اتوماسیون خانگی محصول کشور هندوستان است که بر پایه فناوری اتوماسیون Z-Wave Home که از بهترین ارائه‌دهندگان خدمات بیسیم رفاه و امنیت خانگی است، تولید شده است.

برخی از مزایا:

  • عدم نیاز به سیمکشی مجدد، – استفاده از سوئیچ‌های موجود
  • هزینه یک سوم نسبت به دیگر سیستم ها
  • امکان کنترل سیستم امنیتی، روشنایی، تهویه به صورت یکپارچه
  • سیستم‌های اتوماسیون خنگم کنترل روشنایی، اتوماسیون تهویه و تهویه مطبوع و سیستم مدیریت ساختمان
  • Z-Wave همچنین امکان برقراری ارتباط بیسیم را از طریق پروتکل‌های وایرلس فراهم می‌سازد
  • سیستم‌های کنترل از راه دور با خانه‌های مسکونی و اماکن تجاری
  • استفاده از امواج رادیویی RF که علاوه بر کم مصرف بودن، در تجهیزات الکترونیک بسیاری همچون دستگاه‌های پخش موسیقی، ریموت کنترل‌ها، ساعت‌های دیجیتال و بسیاری لوازم خانگی وجود دارند.
  • وجود اپلیکیشن‌های متعدد
  • عملکرد بسیار مناسب و قابل اطمینان، حتی در سخت ترین شرایط، همچون قله‌های کوه هیمالیا

ZHOME

این امکان را در اختیار کاربران خود می‌گذارد که از پکیج‌های کوچک استفاده خود را آغاز کنند و با گسترده شدن نیازهایشان، سیستم را به مرور توسعه دهند. پکیج‌های بسیاری مخصوص مشتریان مستقیم با قیمت‌های مناسب موجود هستند که به راحتی قابل دسترسی هستند و با رده‌بندی‌های متعدد، این امکان را به کاربران می‌دهند تا کاملا متناسب با نیاز خود محصولی را تهیه کنند. پکیج‌های اصلی ارائه شده، شامل دو نوع پایه و پیشرفته است که علاوه بر امکانات معمول، امکان کنترل پرده و کرکره، همگام‌سازی با سیستم AV و همچنین اطلاع از شرایط امنیتی از طریق اعلانات بر روی دستگاه‌های iOS.

پکیج پایه

  • ۲۱ کنترلر چراغ
  • ۱ کنترلر خانه
  • ۱ دوربین مداربسته مجهز به WiFi
  • ۱ ریموت کنترل با حسگر
  • ۲ سنسور حرکتی و ۱ سنسور درب ورود

ZHOME Plus / پکیج پیشرفته

  • ۳۱ کنترلر چراغ
  • ۱ کنترلر خانه
  • پنل‌های لمسی با امکان نصب بر روی دیوار
  • ۱ ریموت کنترل با حسگر
  • ۴ سنسور حرکتی و ۲ سنسور درب ورود
  • IP Cam برای ضبط تصویر ویدیویی درب ها
  • ۳ کنترلر سیستم تهویه
  • ۲ کنترلر پرده و کرکره

ویلا پلاس

  • ۴۵ کنترلر چراغ
  • ۲ کنترلر خانه
  • پنل لمسی با امکان نصب بر روی دیوار
  • ۱ ریموت کنترل با حسگر
  • ۵ سنسور حرکتی و ۳ سنسور درب ورود
  • IP Cam برای ضبط تصویر ویدیویی درب ها
  • ۱ سیستم اتوماسیون AC
  • ۶ کنترلر سیستم تهویه
  • ۴ کنترل پرده و کرکره
  • ۱ قفل درب هوشمند بیومتریک برند Yale

سیستم اتوماسیون صوتی و تصویری اتاق ها

  • ۶ کنترلر چراغ
  • ۱ ریموت قبل حمل
  • کنترل AV و AC برای ۱ اتاق

کنترلرهای روشنایی، امکان اتوماسیون را به سوئیچ‌های موجود اضافه کرده و آنها را هوشمند می‌سازد. باز شدن درب‌ها و کنترل نور محیط، بر اساس تنظیمات شما قابل برنامه‌ریزی است. شدت نور چراغ‌های موجود در ایوان، بر اساس نور طبیعی محیط تنظیم و مشخص می‌گردند. سیستم تهویه بر اساس حضور افراد و درجه حرارت محیط تنظیم می‌شود.

دیمر و سوئیچ‌های کمبو ZHOME امکان تبدیل سوئیچ‌های معمولی به سوئیچ‌های هوشمند در اتوماسیون را ممکن می‌سازند. همچنین سیستم ZWave امکان یکپارچه‌سازی امکان با فواصل زیاد را از طریق شبکه کردن آنها ممکن می‌سازد و به همین دلیل، با استفاده از کنترلر نصب شده در یک مکان می‌توان تمامی سیستم را کنترل نمود.

سوئیچ کمبو ۱۰۰-۲۴۰ Vlt شرکت ZHome از ۲ سوئیچ رله الکترومغناطیسی و ۱ سوئیچ دیمر تشکیل شده است که در یک ماژول گرد آمده‌اند. این سیستم امکان هوشمند‌سازی سیستم معمول خانه را بدون نیاز به سیم‌کشی مجدد فراهم می‌سازد. سیستم هوشمند، همچنین وظیفه کنترل بار مصرفی را هم به عهده می‌گیرد. راه حلی مقرون به صرفه و قابل اطمینان.

ویژگی‌ها و فواید:

  • امکان همگام‌سازی با اغلب سوئیچ‌های موجود
  • اندازه کوچک برای جاسازی آسان در فضای پشت دیوارها
  • پشتیبانی از کلیه لامپ‌های موجود،هالوژن-فلورسنت-LED و …
  • کاهش میزان مصرف و هزینه
  • نوردهی قابل تنظیم و شخصی سازی
  • ذخیره‌سازی آخرین حالت روشنایی در زمان قطعی برق
  • امکان پوشش فواصل طولانی میان فضاها از طریق سیستم ZWAVE

 

SYNCO LIVING

سیستم اتوماسیون خانگی Synco Living ، آسایش و آرامش را در کنار صرفه‌جویی در مصرف انرژی را در یک خانه هوشمند برای کاربران خود فراهم می‌کند. در این سیستم به سادگی می‌توان سیستم‌های تهویه، تهویه مطبوع، روشنایی، گرمایشی، پرده و کرکره و حتی بسیاری دیگر از وسایل را کنترل کرد.

این سیستم در کنار فراهم آوردن محیطی آرام و مطلوب، جهت آسایش حال شما و بنابر سلیقه شما، صرفه‌جویی بسیاری را در انرژی برای کاربر به دنبال دارد. ضمن اینکه احساس امنیتی که از پایش دائمی خانه خواهید داشت، با هیچ چیز دیگری قابل قیاس نیست.

یک سیستم برای کل خانه

Synco™ living یک سیستم اتوماسیون خانگی هوشمند است که امنیت و صرفه‌جویی را برایتان به ارمغان می‌آورد. این سیستم قابل اطمینان، هم زمان با شما فکر می‌کند و در عین حال بسیاری از تنظیمات محیط نظیر درجه حرارت محیط و تهویه را کنترل می‌کند. Synco پرده ها، کرکره‌ها و سیستم روشنایی را کنترل می‌کند و خرابی‌های خانه را اطلاع داده و بر درب ورود و پنجره‌ها نظارت می‌کند. با تلفن هوشمند خود می‌توانید از هر کجا و در هر زمانی به این سیستم دسترسی پیدا کنید.

ایمن و آسوده

در سیستم اتوماسیون خانگی Synco ، مصرف انرژی کاهش یافته و محیط زندگی از آسایش بیشتری برخوردار خواهد بود. بسیاری از عملکردها در این سیستم بطور خودکار انجام می‌شوند و نیازی به دخالت نیروی انسانی در آنها نیست. بدین صورت نه تنها بسیاری از مراحل کارهای روزمره حذف می‌شوند، بلکه به دلیل کنترل دقیق شرایط و ذخیره‌سازی داده ها، مراحل بسیار دقیق و مستقل انجام می‌گیرند. تمامی بخش‌های این سیستم، بر اساس سیستم‌های زیمنس ساخته می‌شوند که سابقه‌ای دراز مدت در اتوماسیون دارد.

پاسخگوی نیاز شما

سیستم اتوماسیون معرفی شده در این مقاله توانایی کنترل دستگاه‌های الکترونیک و نظارت بر آنها را بدون دخالت انسان و از طریق اترنت داراست و  علاوه بر این در انرژی مصرفی نیز بسیار صرفه جویی می‌کند. این سیستم در ابتدا، در کلاس‌های درس پیاده‌سازی می‌شود که با استفاده از سوئیچ‌های نوری و دیگر کنترلرها و تحت سروری متصل به سنسورها کنترل می‌شود. سرور مربوطه را می‌توان بر روی حالت اتوماتیک تنظیم کرد، که از طریق سنجش داده‌های بهنگام، واکنش مقتضی را نشان می‌دهد. با تنظیم در حالت دستی، کاربرم می‌تواند زمان و نحوه انجام دستورات را کنترل کند، که در هر دو حالت نشان دهنده مدیریت انرژی و صرفه جویی در مصرف است.

حالت دستی، کاربرم می‌تواند زمان و نحوه انجام دستورات را کنترل کند، که در هر دو حالت نشان دهنده مدیریت انرژی و صرفه جویی در مصرف است.

در این مدل، هر کدام از کلاس‌های درس به سنسور‌های تشخیص حرکت مجهز شده که در هر لحظه شرایط را سنجیده و داده‌های مربوط به آنرا از طریق اترنت به برد گالیله اینتل منتقل می‌‌کند که بر مبنای برنامه‌ای از پیش تعیین شده، داده‌ها در پایگاه ثبت می‌‌کند. گالیله سپس دستورات لازم را که توسط کاربر تعریف شده، اجرا نموده و از طریق سوئیچ‌های رله الکترومغناطیسی، وضعیت روشنایی کلاس‌ها را کنترل و تنظیم می‌کند. برنامه از پیش تنظیم شده را می‌توان از طریق پایگاه داده بر روی گالیله بارگذاری کرد و  یا در شرایطی که کلاس‌های فوق العاده برگزار می‌شوند، برنامه را به صورت دستی تغییر داد.

نتایج تجربی

این سیستم برای مدیریت مصرف انرژی، در ساختمان‌های آموزشی پیاده‌سازی شده  که به کنترل خودکار سیستم روشنایی پرداخته و از طریق سنجش شرایط در لحظه و استخراج داده‌های بهنگام با استفاده از IOT به شکل هوشمند، روشنایی کلاس‌های درس را کنترل و تنظیم می‌کند. در این آزمایش از برد گالیله شرکت اینتل و سوئیچ‌های رله الکترومغناطیسی استفاده شده است.

ساختار سیستم ارائه شده در این مقاله از طریق، سنسور‌های حرکتی نصب شده در کلاس و گرد آوری داده‌های به‌هنگام از حضور افراد، سیستم روشنایی را کنترل و تنظیم می‌کند که در تصآور بعدی می‌توان نمای آنرا مشاهده کرد.

 صفحه‌ای مربوط به پنل کنترل بر روی سرور وجود دارد که از طریق آن می‌توان، موارد جدید را به جدول برنامه‌ها اضافه نموده، برنامه فعلی را مشاهده کرد، وضعیت کلی سیستم را مرور کرد، آنرا به روز رسانی کرده و یا تنظیمات مربوط به کنترل آنرا تغییر داد.

در برگه Add Entry، کاربر قدر خواهد بود داده‌های مربوط به مورد جدید را اضافه کرده و شرایط را برای آن تنظیم کند.

در برگه View Schedule، برنامه تنظیم شده قابل مشاهده و دسترسی است که شامل تمامی روزهای هفته، کلیه کلاس‌ها و زمان و موضوعات آنها می‌گردد.

در برگه Control Mode، کاربر قادر به تغییر حالت از Auto به Manual و بالعکس خواهد بود. حالت Auto، نور را بر اساس داده‌های دریافتی خود از سنسور‌ها و برنامه پیشین کنترل  و تنظیم می‌کند و در حالت Manul، این کاربر است که بر اساس نیاز خود سیستم روشنایی را تنظیم کرده و بر اساس شرایط هر کلاس آنرا تغییر می‌دهد.

این مدل همچنین در یک موسسه آموزشی در ۸ کلاس به مدت ۷ روز پیاده‌سازی شد و داده‌های مربوط به مصرف انرژی با پیش فرض ۴واحد بر ساعت، ثبت و بررسی شدند.

این داده‌ها جهت روشن شدن میزان تاثیر این سیستم در مصرف انرژی، با داده‌های ۷ روز عادی کاری مقایسه شدند. شکل  نشان دهنده میزان تاثیر این سیستم بر مقدار مصرف انرژی است.

 جمع بندی

با به دست آمدن نتایج آزمایشی، تاثیر این سیستم بر روی عملکرد کلی آشکار و قابل مقایسه با دیگر سیستم‌هاست. هدف اصلی این سیستم، به حداقل رساندن میزان مصرف انرژی از طریق کنترل انرژی در دسترس بر مبنای جدول زمانی کلاس‌ها در محیط‌های آموزشی است. 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *