Caiet de Laborator

7/28/2019 Caiet de Laborator

1/39

1. Lucrarea nr.1: SISTEM DOMOTIC SIMPLU ARDUINO ............... 1

1.1. Instalare mediu de dezvoltare Arduino. .............................. 1

1.2. Configurare placi Arduino Uno si Mega. .............................. 2

1.3. Instalare Simulator for Arduino. ............................................. 5

1.4. Aplicatii. ........................................................................... 7

2. Lucrarea nr.2: ANALIZA SISTEMELOR DOMOTICE ............... 82.1. Sistem domotic simplu.Realizarea unui nod. .............................. 8

2.2. Instalare mediu de programare Matlab. .............................. 8

2.3. Aplicatii pentru asimilarea mediului Matlab. .............................. 9

3. Lucrarea nr.3: PROTOCOALE DE COMUNICARE ............... 12

3.1. Protocolul de comunicare RS485. ............................................. 12

3.2. Standardul EIB / KNX. ............................................................ 16

3.3. Sistemul domotic pentru o locuinta unifamiliala. ............... 16

4. Lucrarea nr.4: ANALIZA SEMNALE SI SISTEME DOMOTICE 224.1. Procesarea unei imagini in Matlab. ............................................. 22

4.2. Gestiunea tehnica. ............................................................ 25

4.3. Sinteza unei functii de transfer. ............................................. 26

5. Lucrarea nr.5: SISTEME CU ESANTIONARE .............................. 27

5.1. Economia de energie cu simulatorul ABB. .............................. 27

5.2. Clasa energetica A. ............................................................ 28

5.3. Metoda locului radacinilor. ............................................................ 28

6. Lucrarea nr.6: SEMNALE ALEATOARE .............................. 306.1. Intervalul de incredere. Histograma distributiei reale. ............... 30

6.2. Intervalul de incredere. Histograma distributiei normale. 31

6.3. Filtrarea. Compararea cu o distributie standard. ............... 32

7. Lucrarea nr.7: RETELE NEURONALE. SISTEM LOGIC FUZZY 33

7.1. Retele neuronale. Aneuronul. ............................................. 34

7.2. Retele neuronale. Perceptronul. ............................................. 34

7.3. Controllerul Fuzzy de temperatura Mamdany din Matlab. 35

8. Bibliografie ........................................................... .............................. 38

CUPRINS

Sisteme domotice, imotice si de managementul cladirilor , prof.dr.ing.Sorin Larionescu

Tudor Cristian-Andrei , anul II , master E.C.D.D.


2/39

1.1. Instalare mediu de dezvoltare ARDUINO 1.0.1

Software-ul este oferit ca atare, gratuit impreuna cu placa de ciruite, insa companianu acorda nicio garantie asupra acestei versiuni. De asemenea nu-si asuma nici oresponsabilitate asupra eventualelor pierderi de informatii sau profit survenite utilizariiacestui mediu de dezvoltare.Software-ul se gaseste in variante pentru: Windows, MAC OS si Linux.


Lucrarea Nr.1: 16.10.2012.

SISTEM DOMOTIC SIMPLU ARDUINO

Tudor Cristian-Andrei , anul II , master E.C.D.D.1


3/39

1.2. Configurare placi ARDUINO UNO si ARDUINO MEGA

1.2.1. Placa ARDUINO UNO:

1.2.1.1. Arhitectura exterioara:




4/39

1.2.1.2. Schema interna a circuitelor:



3


5/39

1.2.2. Placa ARDUINO MEGA :

1.2.2.1. Arhitectura exterioara:



4


6/39

1.2.2.2. Schema interna a circuitelor:


1.3. Instalare Simulator for Arduino:

Simulator pentru Arduino este cel mai complet simulator de Arduino caracteristicidisponibile n momentul de fa.

Beneficiile i caracteristici ale unei Simulator Arduino sunt: capacitatea de a nva i de a demonstra mecanismele interioare ale unui schi Arduino Testai o schi, fr hardware-ul, sau nainte de a achiziiona hardware-ul Depanai o schi S demonstreze un proiect pentru un client potenial Elaborarea unui schi complicat mai repede dect utiliznd hardware-ul

Modul de instalare si presetare: Paii prin linie de program de linie. n cazul n care o nou linie este selectat, programulva continua din acel punct. Efectueaz digitalWrite, digitalRead i PinMode pentru pini 0-53 analogRead pentru pini 0-16 i analogWrite pentru pini digitale 0-53 emuleaz Serial, ieire LCD, Ethernet, Servo, card SD, EEPROM, SoftSerial, SPI, srm



7/39

n cazul n care, n timp ce, pentru, comutai, nu funcionalitate whileloop subrutine (multi-nivel), cu argumente Vezi variabile n timp real

Step Into, Pasul Peste, Step Out sau Run modul de Abilitatea de a edita sau schia deschide n Arduino IDE Tab-uri pentru fiiere separate n schia Ajutor contextual 2 i 4 linii de suport LCD numai cu CGRAM improvizate 2 matrice dimensionale (fr iniializare) breakpoint acum cu o opiune condiionat ncrca biblioteci personalizate n mod automat dup setarea director Biblioteca Modificarea fontului, dimensiunea i stilul de Simulator ceas avansat pentru vizualizare variabil uoar

Minimizarea Mod pentru demo / formare Suport limitat pentru biblioteci personalizate sprijin limitat pentru indicatorul i structurile



6


8/39

1.4. Aplicatii:

1.4.1. Blink: Fisier / Exemple / Basic / Blink/*

Blink

Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.

This example code is in the public domain.

*/

// Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards.

// give it a name:

int led =13;

// the setup routine runs once when you press reset:

voidsetup(){

// initialize the digital pin as an output.

pinMode(led,OUTPUT);

}

// the loop routine runs over and over again forever:

voidloop(){

digitalWrite(led,HIGH);// turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1000);// wait for a second

digitalWrite(led,LOW);// turn the LED off by making the voltage LOW

delay(1000);// wait for a second


}

1.4.2. Analog-Read-Serial: Fisier / Exemple / Basic / /*

AnalogReadSerial

Reads an analog input on pin 0, prints the result to the serial monitor.

Attach the center pin of a potentiometer to pin A0, and the outside

pins to +5V and ground.


*/


voidsetup(){

// initialize serial communication at 9600 bits per second:

Serial.begin(9600);

}


voidloop(){

// read the input on analog pin 0:

int sensorValue =analogRead(A0);

// print out the value you read:

Serial.println(sensorValue);

delay(1);// delay in between reads for stability

}



9/39

2.1. Sistem domotic simplu. Realizarea unui nod.

Simularea cu Simulator for Arduino./*

AnalogReadSerial

Reads an analog input on pin 0, prints the result to the serial monitor.

Attach the center pin of a potentiometer to pin A0, and the outside

pins to +5V and ground.


*/


voidsetup(){

// initialize serial communication at 9600 bits per second:

Serial.begin(9600);

}


voidloop(){

30.10.2012.

ANALIZA SISTEMELOR DOMOTICE


Lucrarea Nr.2:

// read the input on analog pin 0:

int sensorValue =analogRead(A0);

// print out the value you read:

Serial.println(sensorValue);

delay(1000);// delay in between reads for stability

}

2.2. Instalare mediu de programare Matlab:

MATLAB (matrice de laborator) este un mediu de calcul numeric i a patra generaie de

limbaj de programare. Dezvoltat de MathWorks, MATLAB permite manipulri matriceale,trasare de funcii i date, punerea n aplicare a algoritmilor, crearea de interfee utilizator,si interfatarea cu programe scrise n alte limbi, inclusiv n C, C + +, Java, i Fortran.Dei MATLAB este destinat n primul rnd pentru calcul numeric, un set de instrumenteopional folosete motorul MuPAD simbolic, care s permit accesul la capacitile decalcul simbolice. Un pachet suplimentar, Simulink, adaug grafic multi-domeniu desimulare i Model-Based Design pentru sisteme dinamice i integrate.n 2004, MATLAB a avut aproximativ un milion de utilizatori n ntreaga industrie si mediul

academic. Utilizatorii MATLAB provin din diverse medii de inginerie, tiin, i economie.MATLAB este utilizat pe scar larg n instituii academice i de cercetare, precum i

ntreprinderi industriale.

Sisteme domotice, imotice si de managementul cladirilor , prof.dr.ing.Sorin LarionescuTudor Cristian-Andrei , anul II , master E.C.D.D.

8


10/39

Compatibilitati: calcul vectorial

calcul matriceal

calcul variabil

calcul grafic

proiectare orientata pe obiecte

comunicare cu alte limbaje de programare

Number Year

27 2012

2.3. Aplicatii pentru asimilarea mediului de programare Matlab:

2.3.1. Gestiune:

Version Release name Bundled JVM Release Date

R2012aMATLAB 7.14 1.6.0_17 March 1, 2012



9


11/39

2.3.2. Filtru de ordin 1:



10


12/39

2.3.3. Zero Order Hold:


11


13/39

3.1. RS 485 :

3.1.1. Schema circuitelor unui sistem simplu de securitate:


Lucrarea Nr.3: 06.11.2012.

PROTOCOALE DE COMUNICARE


12


14/39

3.1.2. Simularea in Simulator for Arduino a functionarii unui sistem simplu de securitate:

3.1.2.1. Scriptul programului:

/*** SecuritySensors

* Reads the state of security sensors such as PIR motion detectors

* connected to analog inputs using EOL (end-of-line) circuitry to

* prevent tampering. The state of each input is reported back to a

* connected host via USB.

*

* Note that the "checkSensor" function returns a state value that is

* not used in this example. This is to allow the sketch to be simply

* modified to perform logic on the return value, such as asserting

* an output for a determined period if an input is triggered.*

* Copyright 2009 Jonathan Oxer

* Copyright 2009 Hugh Blemings

* http://www.practicalarduino.com/projects/security-sensors

*/

// Use analog inputs 0 through 3 for sensor connections A through D

byte channelAInput = 0;

byte channelBInput = 1;


byte channelCInput = 2;byte channelDInput = 3;

// Use digital outputs 4 through 7 for status indicator LEDs A through D

byte channelALed = 4;

byte channelBLed = 5;

byte channelCLed = 6;

byte channelDLed = 7;

/**

* Initial configuration

*/void setup()

{

Serial.begin(38400); // Use the serial port to report back readings

pinMode(channelALed, OUTPUT); // Set up channel A

digitalWrite(channelALed, LOW);

pinMode(channelBLed, OUTPUT); // Set up channel B

digitalWrite(channelBLed, LOW);

pinMode(channelCLed, OUTPUT); // Set up channel C

digitalWrite(channelCLed, LOW);

pinMode(channelDLed, OUTPUT); // Set up channel DdigitalWrite(channelDLed, LOW);

}Tudor Cristian-Andrei , anul II , master E.C.D.D.

13


15/39

/**

* Main program loop

*/

void loop()

{byte sensorStatus;

sensorStatus = checkSensor(channelAInput, channelALed);

sensorStatus = checkSensor(channelBInput, channelBLed);

sensorStatus = checkSensor(channelCInput, channelCLed);

sensorStatus = checkSensor(channelDInput, channelDLed);

Serial.println("");

delay(500); // Wait half a second before reading all channels again

}

/**

* Checks the state of a sensor and reports it to the connected host

*/

boolean checkSensor( byte sensorInput, byte statusOutput )

{

byte state;

int sensorReading = analogRead(sensorInput);

if( sensorReading < 400 ) {

state = 0; // Wire shorted. Possible tampering.


digitalWrite(statusOutput, HIGH); // Turn the associated status LED on} else if ( sensorReading >= 400 && sensorReading < 590 ) {

state = 1; // Normal state, sensor not triggered

digitalWrite(statusOutput, LOW); // Turn the associated status LED off

} else if ( sensorReading >= 590 && sensorReading < 800 ) {

state = 2; // Sensor triggered.

digitalWrite(statusOutput, HIGH); // turn the associated status LED on

} else {

state = 3; // Open circuit. Cut or tamper triggered.

digitalWrite(statusOutput, HIGH); // Turn the associated status LED on

}

// Output the current reading to the host via the serial connectionSerial.print(sensorInput, DEC);

Serial.print(": ");

Serial.print(sensorReading, DEC);

Serial.print(" (");

Serial.print(state, DEC);

Serial.print(") ");

// Pass the current state back to the calling function

return state;

}


14


16/39

3.1.2.2. Simularea modelului:



15


17/39

3.2. EIB / KNX :

3.2.1. Sistem simplu de securitate:


3.3. Sistemul domotic pentru o locuinta unifamiliala:

3.3.1. Cerinte:

Locuinta = Demisol+Parter+Etaj+Curte+Garaj

Sistem de securitate la efractie

Sistem de supraveghere

Sistem de securitate la incendiu

Sistem de eficientizare energetica: termic

3.3.2. Protocoale si magistrale de comunicare accesibile:

STP

FTP

RS 485

KNX

KNX RF

DALI

NET IP

wireless

BUS


SFTP

SFTP

STAS

16


18/39

17


19/39

18


20/39

19


21/39

20


22/39

3.3.3. Schemele de circuite utilizate:Lumini

etaj, 4 detectoare de

geam spart, 1 bucla

Atic, Sirene de

alarmare laefractie, bucla Centrala termica

subsol, 4 detectoare de

prezenta, 1 bucla

exterior, 4 camere de

supraveghere, individuale

Laptop / Smartphone

Centrala de

securitate la

efractie siincendiu

Camere de

supravegherevideo


garaj, 1 tastatura, bucla

parter, 5 detectoare de

prezenta, 1 bucla

controlul iluminatului se

realizeaza cu detectoarele de

prezenta(lipsa 10 min se stinge

lumina) , centrala termica

comandata prin temperaturile

prelevate de detectoarele de

incendiuparter, 7 senzori

magnetici, 1 bucla

parter, 7 senzori de geam

spart, 1 bucla

bucatarie, 3 detectoare de

incendiu, 1 bucla

etaj, 4 detectoare

magnetice, 1 bucla

parter, 3 detectoare de

incendiu, 1 bucla

subsol, 4 detectoare

magnetice, 1 bucla

etaj, 4 detectoare de

prezenta, 1 bucla

etaj, 4 detectoare de fum,

1 bucla


geam spart, 1 bucla


incendiu, 1 buclausa, 1 tastatura, bucla


21


23/39

4.1. Procesarea unei imagini in MATLAB:

4.1.1. Egalizarea histogramei unei imagini: Filtreaza zgomotele albe

Lucrarea Nr.4: 20.11.2012.

ANALIZA SEMNALELOR SI SISTEMELORDOMOTICE


modalitate de apelare a functiei din tool-box-ul Matlabului

imaginea initiala imaginea rectificata


22


24/39


histograma initiala


histograma rectificata

23


25/39

4.1.2. Filtru liniar cu medie alunecatoare: Filtreaza zgomotele de tip sare si

piper


modalitatea de apelare a functiei din tool-box-ul Matlabului


imagine initiala imagine rectificata

24


26/39

4.2. Gestiune tehnica:

c =

351.800

350.700

357.500

358.100

366.900364.200

364.400

365.100

369.800

366.800



25


27/39

4.3. Sinteza unei functii de transfer:



26


28/39

5.1. Economia de energie cu simulatorul ABB:


Lucrarea Nr.5: 04.12.2012.

SISTEME CU ESANTIONARE


27


29/39

5.2. Clasa energetica A:

5.2.1. Barem european:

A B C D E F G

Incalzire 70 117 173 245 343 500 peste

A.C.M. 15 35 59 90 132 200 peste

Iluminat 40 49 59 73 91 120 peste

Climat 20 50 87 134 198 300 peste

Ventilat 5 8 11 15 21 30 peste

TOTAL 150 259 389 557 785 1150 peste

5.2.2. Recomandari: management energetic

management tehnic

5.3. Metoda locului radacinilor:

Dia rama Ni uiest entru Stabilizarea Sistemelor Automate


kWh/mpan


28


30/39

>> Proiect714

Proiectarea unui sistem automat cu model Strejc pentru instalatie si compensator proportion

Metoda locului radacinilor a lui Evans

**************************************Valorile implicite sunt prezentate intre paranteze drepte.

Acceptarea valorilor implicite se face apasand tasta Enter

Se determina functia de transfer a partii fixe sub forma unui model Strejc:

G(s)=Kf*exp(-Tm*s)/(Ts+1)^n

Constanta de proportionalitate a partii fixe Kf=[1]=

Constanta de timp T=[1]=

Ordinul numitorului n=[1]=

Constanta de timp mort Tm=[0.2]=

-s^3 + 60 s^2 - 1500 s + 1.5e04

G = --------------------------------------------s^4 + 61 s^3 + 1560 s^2 + 1.65e04 s + 1.5e04

Continuous-time transfer function.

Se determina functia de transfer a compensatorului proportional C(s)=Kr

Constanta de proportionalitate Kr=[0.5]=

>>



29


31/39

6.1. Intervale de incredere:

6.1.1. Histograma probabilitatilor cu a variabila aleatoare:

Lucrarea Nr.6: 18.12.2012.

SEMNALE ALEATOARE

apelarea functiei din tool-box-ul Matlabului


histograma


30


32/39

6.1.2. Histograma repartitiei normale dupa teorema limitei centrale:


histograma normala

compararea probabilitatii reale cu cea normala


31


33/39

6.2. Filtrarea:



compararea distributiei originale cu una standard

histograma rectificata

32


34/39

7.1. Retele neuronale

7.1.1. Aneuronul:


Lucrarea Nr.7: 08.01.2012.

RETELE NEURONALE. SISTEME LOGICEFUZZY


33


35/39

7.1.2. Perceptronul



34


36/39

7.2. Sisteme cu logica Fuzzy simulare in Matlab:

7.2.1. Aliura controlerului de temperatura Mamdani:


7.2.2. Functiile de apartenenta ale intrarii (temperaturi) :


35


37/39

7.2.3. Functiile de apartenenta ale iesirii (tensiuni) :


7.2.4. Reguli de functionare:


36


38/39

7.2.5. Graficul iesirilor:


7.2.6. Caracteristica neliniara intrari-iesiri:

OBS: lipsa sensibilitatii controlerului pentru temperaturi de [12..18] grd.C, care conducfie la consumuri energetice nejustificate, fie la pertubarea confortului.


37


39/39

8.1. Larionescu,S. , Sisteme Domotice - Note de Curs , Bucuresti , 2013.

8.2. KNX Journal , 2012

8.4. http://www.arduino.cc/

8.5. http://arduino.org/

8.6. http://en.wikipedia.org/wiki/Arduino


BIBLIOGRAFIE8.

http://www.google.ro/search?num=10&hl=ro&site=imghp&tbm=isch&s

ource=hp&q=arduino&btnG=C%C4%83uta%C5%A3i+dup%C4%83+i

magine&biw=1506&bih=800&sei=9xr0UI6dPMXmtQbx3oCQCg

ABB , Energy Efficiency Calculation , http://www.knx-

gebaeudesysteme.de/sto_g/English/MISCELLANEOUS/EEIB_GUIDE/

_HTML/EEiB_C_123.htm , 2012

8.3.

8.7.

Documents

Caiet de Laborator