Тема. Дистанційний контроль температури людей в приміщенні.

Розділ 1. Розробка вимог до системи та ПЗ.

Загальний опис проектованої системи.

Система повинна забезпечувати дистанційне сканування температури людей в приміщенні з веденням журналу та формування повідомлень.

Вимоги до функцій та задач.

Система повинна передбачати виконання наступних функцій:

1. неперервне вимірювання температури людей (в градусах Цельсія) з періодичністю не більше ніж 1 секунда
2. індикація температури через інтенсивність світіння світлодіоду
3. відображення плинного значення температури об'єкту на локальному WEB-інтерфейсі та віддалено за допомогою Телеграм-бота та мобільного застосунку:
   • на локальному WEB-інтерфейсі та мобільному застосунку періодично, 1 раз/сек у вигляді кругової діаграми і числового значення в сантиметрах;
   • у Телеграм-боті передбачити режими: відображення по запиту плинного значення; включення/відключення періодичного оповіщення 1 раз/5 секунд за командою;
4. архівування значень температури об'єкту в локальну базу даних середнє за останні 10 секунд
5. відображення температури об'єкту у вигляді графіку за останні 60 секунд на:
   • локальному ВЕБ-інтерфейсі
   • мобільному застосунку
   • Google Worksheet
6. оповіщення через Телеграм-бот та пошту, якщо температура менше заданої уставки
7. формування звітів на Веб-сайті раз/годину або за запитом з відображенням:
   • у табличному та графічному вигляді відстань за останню годину
   • показники мінімальної/максимальної та середньої температури об'єкту

Вимоги до видів забезпечення.

Вимого до апаратного забезпечення

Необхідно використання наступних засобів:

• Raspberry PI3 (або RPI4), або аналогічний
• датчики температури від -50 °С до +330 °С
• наявне підключення RPI до мережі Internet через мережу WiFi або Ethernet
• смартфон або планшет з Android > V5
• прототип буде знаходитися у кімнатних умовах

Програмні засоби та Інтернет-сервіси

Необхідне використання наступних програмних засобів:

• Node-RED як база для розробки ПЗ + dashboard для локального веб-інтерфейсу
• система керування базами даних, розгорнута на RPI (MariaDB)
• хмарний застосунок Google Sheets для аналітики
• веб-сайт для онлайн доступу для звітів на базі Google Sites
• Telegram-бот для віддаленого контролю та керування
• IoT MQTT Panel для віддаленого контролю та керування

Розділ 2. Розробка архітектури та необхідної проектної документації.

Технічна структура системи .

Технічна структура системи показана на рисунку.

рис.1

Принципові схеми та схеми підключення.

Принципова схема підключення датчиків та виконавчих механізмів до RPI3 показана на рисунку.

рис.2

Монтажна схема підключення плати з прототипом показана на рисунку.

рис.3

Відомість апаратних та програмних засобів.

Таб.1

Найменування	Кількість	Примітка
Raspberry PI	1	У комплекті з корпусом, блоком живлення та картою пам'яті
Макетна плата 170	1
LM35 Temperature Sensor	1
Світлодіод	1
Резистор 1 кОм	1
Провід dupont (мама-тато)	5	2 білі, зелений, оранжевий і сірий

Програмна структура системи.

Програмне забезпечення включає наступні частини:

ПЗ Raspberry PI

• операційна система: Raspbian
• VNC Server
• СКБД MariaDB
• середовище Node.JS
• середовище Node-RED
• модулі Node-RED: ...

Хмарні застосунки та сервіси

• Google Sites
• Telegram
• Google Sheet

ПЗ для Android

• IoT MQTT Panel
• будь-який браузер
• Телеграм-клієнт

Розділ 3. Методика перевірки та засобів тестування.

Методика перевірки підсистеми Edge-рівня.

Методика перевірки Edge-рівня передбачає окрему перевірку функцій:

• функцій вводу/виводу
• функцій відображення та керування на локальному Веб-інтерфейсі
• функцій архівування в локальну базу даних
• функцій взаємодії з зовнішніми сервісами за застосунками

Перевірка функцій архівування описана в наступному підрозділі. Перевірка функцій взаємодії з зовнішніми сервісами за застосунками проводиться разом з перевіркою відповідних функцій.

Перевірка функцій вводу виводу

• використовуючи вивід в налагоджувач перевіряється, що при зміні положення об'єкту у вікні Node-RED відображається коректні значення з періодичністю 1 секунда
• використовуючи вузол inject задаючи необхідну потужність перевіряється чи змінюється інтенсивність світіння індикаторного світлодіоду

Перевірка функцій відображення та керування на локальному Веб-інтерфейсі

• використовуючи вузол inject задаючи необхідне значення відстані, воно повинно відображатися у полі
• повинна бути передбачена окрема закладка у локальному Веб-інтерфейсі для налагодження:
  • перемикач імітація/реальний об'єкт для можливості вибору джерела даних (з датчиків або імітоване)
  • повзунками для імітації значення наближення, або задаванням значення в полі, необхідно задати імітоване значення, яке повинно відобразитися на полі відображення відстані
• при зміні значення уставки мінімального значення наближення нижче дійсного повинно з'явитися повідомлення "Об'єкт надто близько!", при поверненні в норму, напис повинен щезнути
• імітуючи зміну значення наближення проконтролювати що графік (тренд реального часу) правильно показує цю зміну

Методика перевірки функцій архівування.

функцій збереження даних в базу даних

Методика перевірки аналітичних сервісів.

Методика перевірки діалогових сервісів.

Розділ 4. Розробка та налагодження програмного забезпечення та супровідної документації.

ПЗ для Edge-рівня.

ПЗ розроблено в середовищі Node-RED, яке запускається автоматично з запуском Raspberry PI.

Застосунок включає кілька потоків (Flow):

• IO для обробки значень входів та керування виходами
• process для обробки і імітації змінних
• History для роботи з локальною базою даних для збереження даних
• Alarm для роботи з тривогами
• UI для роботи з локальним ВЕБ-інтерфейсом
• Bot для роботи з чат-ботом Telegram
• Report для формування звітів та взаємодії з Google Sheet

Система передбачає взаємодію через глобальні контексти Noe-RED. Передбачено наступні глобальні контексти:

• RTDB - для збереження конфігураційних та плинних даних вимірювання та керування та трендів на останню хвилину
• ALM - для збереження конфігураційних даних для налаштування тривог та стану тривог
• RPRT - для збереження буферу для формування звітів

Схеми інформаційної взаємодії

ПЗ для хмарних рішень

• Налаштування Google Sheet
• Налаштування Telegram

WEB-інтерфейси (локальний для Edge та глобальний)

• зовнішній вигляд локального WEB-інтерфейсу
• опис потоку UI
• зовнішній вигляд та опис інтерфейсу глобального Веб-інтерфейсу

Датчик температури LM35

Серія LM35 це прецизійні інтегральні датчики температури, у яких вихідна напруга пропорційна температурі за шкалою Цельсія. Це одна з переваг над датчиками з вихідною напругою за шкалою Кельвіна. Не потрібно вичитати високостабільну напругу з вихідної напруги для переводу в шкалу за Цельсієм.

LM35 забезпечує вимір температури з точністю ± 0.5 °C в повному діапазоні робочих температур -55 ... +150 °C, без зовнішньої калібрування або підгонки вихідної напруги.

Підтримуваний графічний інтерфейс :

• OpenGL ES 3.x

Підключення

Датчик TMP35 має три виводи (три ноги) - земля, живлення та вихідний сигнал. Датчик аналоговий, що значить на його виході ми маємо не 0 або 1, а напруга в діапазоні від 0 до 5 вольт.

Особливості датчика

До особливостей можна віднести : низьку вартість, гарантовану точність 0,5°С, широкий діапазон напруги (від 4 до 30В), струм менш 60мА, малий рівень власного розігріву (до 0,1), вихідний опір 0,1 Ом при струмі 1 мА.

Рекомендації щодо застосування.

Корпуси датчиків повинні бути приклеєні або притиснуті до контрольованої поверхні. Тоді температура датчиків буде в межах 0.01 °C від температури поверхні. Передбачається, що температура навколишнього повітря дорівнює температурі поверхні. В іншому випадку фактична температура датчика LM35 буде середньою між температурами поверхні і повітря. Особливо, це має значення для пластикових корпусів TO-92, в яких мідні висновки відводять значну кількість тепла. В цьому випадку реальна температура датчика може бути навіть ближче до температури навколишнього повітря, а не до температури поверхні. Щоб мінімізувати цю проблему, намагайтеся проводити висновки підключення датчиків так, щоб їх температура дорівнювала температурі поверхні, на якій встановлений датчик. Один із способів - покрити ділянку поверхні з висновками LM35 компаундом. Це вирівняє температуру висновків датчика і поверхні, і зменшить вплив навколишнього повітря.

Приклад схеми підключення